メダカの秋季感知機構の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18J10936
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 中山 友哉 名古屋大学, 生命農学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• キーワード: 光周性 / 季節適応 / トランスクリプトーム解析 / メダカ

研究実績の概要

四季がある地域に生息する多くの動物は季節による環境変化に適応するため、季節に合わせた最適な生理機能や行動をとるよう進化してきた。近年の研究より春季感知による繁殖開始の脳内情報伝達経路が明らかとなってきたが、秋季感知による繁殖停止のメカニズムは依然として明らかとなっていない。メダカは秋の短日刺激に応答して繁殖を停止するため、哺乳類の光周性に重要なメラトニンが秋季感知機構に働いていることが考えられた。しかし、メラトニンの影響を検討したところ、投与の有無に関わらず、繁殖が維持されていたため、メダカはメラトニンを介さず、繁殖を停止していることが示唆された。そこで次に長日条件から短日条件へと移行した際の脳の時系列サンプルを用いた網羅的な遺伝子発現解析を実施した。その結果、短日刺激に応じて様々な遺伝子の発現が変動していることが明らかとなった。また、RNA-seq解析よりいくつかの遺伝子はスプライシングパターンを変化させていることも明らかとなったため、メダカは短日刺激により特定の遺伝子の発現を上昇させるとともにスプライシングパターンを変化させ、秋季に適応していることが明らかとなった。
ヒトにおいても精神疾患の罹病率が季節と密接に関係していることが報告されている。例えば、季節性感情障害は冬にうつ様症状が出る病気で、季節による環境変化が大きい高緯度地域に発症者が多いが、その詳細なメカニズムは明らかとなっていなかった。我々はメダカを用いて「脊椎動物の季節適応機構」の研究をしている中で、メダカは冬になると社会性が大きく低下するうつ様行動を示すことを発見した。これらの行動変化の分子基盤を明らかにすることを目的として、既存薬ライブラリーのスクリーニングやゲノム機能解析を実施したところ、冬季のうつ様行動を改善する薬を発見し、NRF2によって制御される情報伝達経路の季節変化が重要であることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Seasonal changes in NRF2 antioxidant pathway regulates winter depression-like behavior (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Nakayama, Kousuke Okimura, Jiachen Shen, Ying-Jey Guh, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: － ページ: －
  • DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2000278117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal regulation of the lncRNA LDAIR modulates self-protective behaviours during the breeding season (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Tomoya、Shimmura Tsuyoshi、Shinomiya Ai、Okimura Kousuke、Takehana Yusuke、Furukawa Yuko、Shimo Takayuki、Senga Takumi、Nakatsukasa Mana、Nishimura Toshiya、Tanaka Minoru、Okubo Kataaki、Kamei Yasuhiro、Naruse Kiyoshi、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: Nature Ecology & Evolution 巻: 3 ページ: 845～852
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-019-0866-6
  • 査読あり
• [学会発表] 長鎖ノンコーディングRNAであるLDAIRは自己防衛行動の季節変化を制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 中山友哉、新村毅、四宮愛、沖村光祐、竹花佑介、古川祐子、下貴行、千賀琢未、中務真愛、西村俊哉、田中実、大久保範聡、亀井保博、成瀬清、吉村崇
  • 学会等名: 第26回(2019年度)日本時間生物学会学術大会
• [学会発表] Molecular mechanism of seasonal adaptation in medaka (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Yusuke Takehana, Shoji Fukamachi, Masaki Yasugi, Eiji Watanabe, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Kataaki Okubo, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse, Takashi Yoshimura
  • 学会等名: The 14th International Zebrafish Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Seasonal regulation of the lncRNA LDAIR modulates self-protective behaviors during the breeding season (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Kousuke Okimura, Yusuke Takehana, Yuko Furukawa, Takayuki Shimo, Takumi Senga, Mana Nakatsukasa, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Kataaki Okubo, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse and Takashi Yoshimura
  • 学会等名: XVI European Biological Rhythms Society Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal regulation of the lncRNA LDAIR modulates self-protective behaviors during the breeding season (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Kousuke Okimura, Yusuke Takehana, Yuko Furukawa, Takayuki Shimo, Takumi Senga, Mana Nakatsukasa, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Kataaki Okubo, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse and Takashi Yoshimura
  • 学会等名: the 1st International Exchange Symposium of Zoology: Invitation to Neuroscience
  • 国際学会 / 招待講演