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視床下部視交叉上核 (SCN) に局在する生物時計は、固有のサーカディアン周期をもつ振動細胞から構成され、細胞内では時計遺伝子の転写調節が約24時間のリズムを自律的に発振する。しかし、SCNから脳内および全身の臓器組織に存在する末梢時計への出力経路、特に行動リズムへの出力経路は、その重要性にも関わらず不明である。本研究は、SCNの中枢生物時計が、明暗周期に同調したリズムを自発行動に出力するメカニズムと、SCN外にあると考えられる行動リズム中枢の局在、およびその振動発振の分子・細胞機構を明らかにすることを目的とする。本年度は時計遺伝子Pb冠プロモータ支配下に発光酵素ルシフェラーゼを発現するPer1-lucトランスジェニックマウスを用い、異なる日長の元で飼育させた後、前額断および水平断のSCNスライスを培養し部位別に細胞リズムを測定した。さらに連続発光イメージング画像を各ピクセル毎に高速フーリエ解析にかけ、周期、位相、振幅マップを作成することに成功した。その結果、SCNには振幅、位相の異なる細胞群が大きく3つの振動細胞ネットワークを形成し、日長に依存して行動の開始、終了位相を調節していることを明らかにした。さらに光ファイバーを用い生体深部組織から生物発光を長期連続計測するシステムの開発に成功しだ。本年度は、本システムを用い、これまで不可能であった、個体への光照射をはじめとする環境刺激に対する遺伝子発現の変化を、無拘束覚醒マウスのSCNから直接、長期連続計測することに成功した。その結果、Per1発現リズムと行動リズムが一致して変動する部位がSCN内にあることが明らかとなり、中枢時計内には異なる位相をもつ複数の振動細胞ネットワークがあり、移行期をもつ中枢時計内振動細胞群が行動リズムを支配していることが強く示唆された。
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