体内時計の評価系の開発と光応答の理解によるヒト体内時計を光で調節する系の基盤確立

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H04565
• 研究機関: 公立小松大学
• 研究代表者: 平山 順 公立小松大学, 保健医療学部, 教授 (90510363)
• 研究分担者: 野川 雅道 公立小松大学, 保健医療学部, 准教授 (40292445) ; 古澤 之裕 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80632306)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 体内時計 / ウェアラブルセンサ / 生体信号 / 血中酸素飽和度 / 細胞時計 / 細胞時計 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子改変個体

研究実績の概要

体内時計は、睡眠といった多様な生理機能に日周変動を作り出し、その変動の位相（時刻）を外環境に同調させる恒常性維持機構である。この制御には、体内時計自体の時刻が光情報を利用し、自然界の昼夜の変化に同調（光同調）することが必須である。要介護者と高齢者では、体内時計の光同調が不安定になり易いため、夜間の徘徊（睡眠障害）やせん妄（意識障害）といった介護者に大きな負担となる病態が頻発する。この解決策として、在宅で簡便に使用できるヒト体内時計を調節する系が強く求められている。本研究の目的は　　　　　課題1：簡便なヒト体内時計の評価系を開発し、それを使用しヒト体内時計を光で調節する系の基盤を確立すること、およびこの光調節系の性能を向上させる光照射条件の設定のために、課題2：有益なヒト疾患研究モデル生物であるゼブラフィッシュを用いて、体内時計の光同調の分子機構を解明することである。
課題1の研究実績は、血中酸素飽和度を光計測学的手法を用いて経時的に解析する非侵襲的な体内時計の評価系の構築である。現在、この系を用いて体内時計の時刻を効率的に調節できる光照射条件の選定を進めている。課題2の研究実績は、実験モデル動物であるゼブラフィッシュを用いた遺伝学的な解析と分子生物学的な解析より、体内時計の光制御を担う新たなシグナル分子を見出し、論文報告したことである。
体内時計の破綻は、睡眠・意識障害に加えて、代謝疾患、高血圧症、および癌などの疾患を誘発する。従って、本研究には、体内時計の異常と関連する様々な疾患の予防法と治療戦略の構築のための有益な知見の提供という波及効果が期待できる。本研究では、複数の遺伝子改変個体（ゼブラフィッシュ）を作出・使用しているが、これらの個体の一部は代謝や血圧の制御に注目している研究者に分与している。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究では、課題1：簡便なヒト体内時計の評価系を開発とヒト体内時計を光で調節する系の基盤確立および課題2：有益なヒト疾患研究モデル生物であるゼブラフィッシュを用いて、体内時計の光同調の分子機構を解明することを目的としている。
課題1の研究実績は、血中酸素飽和度を光計測学的手法を用いて経時的に解析する非侵襲的な体内時計の評価系の構築である。また、この系を用いて体内時計の時刻を効率的に調節できる光照射条件の選定を進めてきた。体内時計の評価系の構築に関連する研究成果に関しては、論文の投稿の準備がほぼ完了している。
課題2の研究実績として、実験モデル動物としたゼブラフィッシュを用いた遺伝子改変個体の作出とその分子生物学的解析などにより、体内時計の光制御を担う新たなシグナル分子として細胞内の酸化還元状態の制御因子を新たに同定し、その成果の一部を論文に報告した。また、課題２の成果に関する別の論文を投稿しているが、現在2回目のRevisionの段階である。さらに、課題２の研究の過程で作製した実験系や実験動物を介した共同研究の成果を論文に発表した。

今後の研究の推進方策

課題１の研究に関しては、1）準備を進めている「体内時計の評価系の構築の関する研究成果」の論文の投稿と受理までの対応および2）体内時計の時刻を効率的に調節できる人工光の照射条件の選定を完成させることに努める。後者に関しても成果の論文発表を目指す。課題2に関しては、現在2回目のRevisionの対応を行っている論文の受理が目標である。

研究成果

• [雑誌論文] Hydroxylated benzo[c]phenanthrene metabolites cause osteoblast apoptosis and skeletal abnormalities in fish (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki N, Honda M, Sato M, Yoshitake S, Kawabe K, Tabuchi , Omote T, Sekiguchi T, Furusawa Y, Toriba A, Tang N, Shimasaki Y, Nagato EG, Zhang L, Srivastav AK, Amornsakun T, Kitani Y, Matsubara H, Yazawa T, Hirayama J, Hattori A, Oshima Y, Hayakawa K.
  • 雑誌名: Ecotoxicology and Environmental Safety 巻: 234 ページ: －
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2022.113401
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Osteoclastic and Osteoblastic Responses to Hypergravity and Microgravity: Analysis Using Goldfish Scales as a Bone Model (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tatsuki、Ikegame Mika、Furusawa Yukihiro、Tabuchi Yoshiaki、Hatano Kaito、Watanabe Kazuki、Kawago Umi、Hirayama Jun、Yano Sachiko、Sekiguchi Toshio、Kitamura Kei-ichiro、Endo Masato、Nagami Arata、Matsubara Hajime、Maruyama Yusuke、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: Zoological Science 巻: 39 ページ: －
  • DOI: 10.2108/zs210107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of the thermal responses in Japanese pearl oysters, Pinctada fucata martensii (2022)
  • 著者名/発表者名: Hatano K, Kawamura R, Watabe Y, Ogiso S, Nagami A, Matsubara H, Urata M, Matsumoto K, Yachiguchi K, Shimizu N, Hirayama J, Furusawa Y, Tabuchi Y, Srivastav AK, Suzuki N
  • 雑誌名: Int. J. Zool. Inv. 巻: 8 ページ: 371～378
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influences of the priming procedure and saline circulation conditions on polyvinylpyrrolidone in vitro elution from polysulfone membrane dialyzers (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshinori、Horiuchi Hayato、Fukasawa Shinji、Takesawa Shingo、Hirayama Jun
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 28 ページ: －
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101140
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Data on the in vitro elution of substances from three types of polysulfone membrane dialyzers as well as a non-polysulfone cellulose triacetate membrane dialyzer evaluated using ultraviolet absorption (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshinori、Horiuchi Hayato、Fukasawa Shinji、Takesawa Shingo、Hirayama Jun
  • 雑誌名: Data in Brief 巻: 39 ページ: －
  • DOI: 10.1016/j.dib.2021.107490
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oral administration of melatonin increases plasma calcium and magnesium and improves bone metabolism in aged male mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Igarashi-Migitaka Junko、Maruyama Yusuke、Seki Azusa、Hirayama Jun、Kamijo-Ikemori Atsuko、Hirata Kazuaki、Kawamura Ryoya、Matsubara Hajime、Srivastav Ajai K、Tabuchi Yoshiaki、Mishima Hiroyuki、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: Melatonin Research 巻: 4 ページ: 581～591
  • DOI: 10.32794/mr112500113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The light-inducible genes Per2, Cry1a, and Cry2a regulate oxidative status in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Alifu Yikelamu、Kofuji Satoshi、Sunaga Sachi、Kusaba Mizuki、Hirayama Jun、Nishina Hiroshi
  • 雑誌名: Biological and Pharmaceutical Bulletin 巻: 44 ページ: 1160～1165
  • DOI: 10.1248/bpb.b21-00432
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vivo Suppression of Osteoclastic and Osteoblastic Activities of Goldfish Scales in Water Containing Cadmium (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki N, Kawago U, Honda M, Srivastav AK, Amornsakun T, Matsumoto K, Hirayama J, Matsubara H, Shimizu N, Sekiguchi T, Sasayama Y, Tabuchi Y, Hattori A, Shimasaki Y, Oshima Y
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE FACULTY OF AGRICULTURE KYUSHU UNIVERSITY 巻: 66 ページ: 199～203
  • DOI: 10.15017/4486551
  • オープンアクセス
• [学会発表] Shedding light on vertebrate circadian clocks (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirayama Jun
  • 学会等名: 2022 UTAR (Malaysia) - KU (Japan) Interaction Day（Web開催）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 体内時計の光制御の理解に基づく体内時計を光で調節する系の基盤確立 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平山 順
  • 学会等名: 2021年度 照明学会全国大会（Web開催）
• [学会発表] グリオキサールによる終末糖化産物の形成は、1型コラーゲンの強度と柔軟性を低下させる (2021)
  • 著者名/発表者名: 平山 順 北村 敬一郎 鈴木 信雄
  • 学会等名: 第31回日本メイラード学会年会（Web開催）
• [備考] 公立小松大学 教員紹介ページ
  • URL: https://www.komatsu-u.ac.jp/academics/teacher/pdf/jun_hirayama.pdf