ノンコーディングゲノム領域に隠されたヒトの朝型・夜型を決める制御機構の同定に挑む

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21426
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 土居 雅夫 京都大学, 薬学研究科, 教授 (20432578)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 体内時計 / ノンコーディング領域 / 朝型夜型 / 睡眠

研究実績の概要

ノンコーディングゲノム領域に隠されたヒトの朝型・夜型を決める制御機構の同定に挑戦するという目標に向け、当初の研究計画に従い、研究を実施することができた。すなわち、昨年度の調査スクリーニングの結果から選別したマウスおよびヒトに保存されたノンコーディングエレメントに対して、特異的に点変異を導入した遺伝子改変マウスの作成に着手し、実際に目的のF1マウスを取得することができた。また本年は、私共が体内時計遺伝子の5’上流のノンコーディング域にあるシスエレメントに点変異を導入して作成したマウス（Per2 E’-box mutマウス）についての研究成果を、国際学会において発表（Doi M, Time as medicine and disease etiology. The CFBT Summer Showcase, Manchester, UK; Doi M, Circadian clock: disease etiology and drug target exploration. The 5th Asian Forum on Chronobiology, Kaifeng, China）することができた。重要なことに、本シスシスエレメントは細胞・組織における遺伝子のサーカディアン発現リズム、ならびに、個体レベルにおける活動・体温の日内リズムの正常な維持に必要である。このようにノンコーディングゲノム領域の体内時計や睡眠機構に対する役割は想像以上に大きい可能性がある。本研究は現在、仮説検証のために必要となる新たな実験動物モデルのデザインと作成を終え、そのコロニー拡大の段階へと進んでいる。当初の計画に沿って研究を進めることができているといえる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ヒトゲノムの98％はタンパク質をコードしないノンコーディング配列である。これまでの分子遺伝学を用いた睡眠/体内時計の研究では遺伝子のコーディング部位の変異を基盤とした研究が主に進められてきた。本研究では、当初の研究計画に従い、ノンコーディングゲノム領域に隠されたヒトの朝型・夜型を決める制御機構の同定という挑戦に向け、昨年度の調査スクリーニングの結果から選別したマウス/ヒトに保存されたノンコーディング領域のゲノムDNAエレメントに対し、点変異を導入した遺伝子改変マウスの作成に成功し、実際に目的の変異配列をもつF1マウスを取得することができた。今後のマウスコロニー拡大とそのフェノタイプ解析の成否を待たねばならないが、当初の計画に従って研究を順調に進めることができているといえる。

今後の研究の推進方策

前年度に引き続き、当初の研究計画に従ってノンコーディングゲノム領域に隠されたヒトの朝型・夜型を決める制御機構の同定という挑戦に向けた仮説検証を行う。特に、前年度までの研究調査によって選定したノンコーディングエレメントに重点をおいて変異マウスのコロニー拡大ならびにそのフェノタイプ解析を進める。具体的には、当該ゲノム改変マウスと、対照となる野生型マウスを用いて1）自発活動リズムの周期・位相角・光応答性、2）深部体温リズムの周期・位相角・光応答性、3）睡眠覚醒リズムの周期・位相角・光応答性（脳波装置の利用）、4）体内時計の最高位中枢器官である視交叉上核のex vivo連続培養を用いた時計遺伝子発現リズム、および5）当該視交叉上核におけるin vivo遺伝子発現変化（RNA-Seq）の比較調査を行い、当該ノンコーディングエレメントの有無による朝型/夜型クロノタイプ、ならびに睡眠覚醒の動態パターンへの影響を調査する。

研究成果

• [雑誌論文] Intracrine activity involving NAD-dependent circadian steroidogenic activity governs age-associated meibomian gland dysfunction. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki L, Hamada Y, Daisuke Yarimizu D, Suzuki T, Nakamura H, Shimada A, Nguyen Pham KT, Shao X, Yamamura K, Inatomi T, Morinaga H, Nishimura EK, Kudo F, Manabe I, Haraguchi S, Sugiura Y, Suematsu M, Kinoshita S, Machida M, Nakajima T, Hiroshi Kiyonari H, Okamura H, Yamaguchi Y, Miyake T, Doi M
  • 雑誌名: Nature Aging 巻: 2 ページ: 105-114
  • DOI: 10.1038/s43587-021-00167-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 体温の日内リズム制御における概日時計機構の役割 Roles of the circadian clock mechanism in the regulation of daily rhythms of body temperature (2022)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、土居雅夫
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 74 ページ: 159-166
  • DOI: 10.11477/mf.1416202001.
• [雑誌論文] Gpr19 is a circadian clock-controlled orphan GPCR with a role in modulating free-running period and light resetting capacity of the circadian clock. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Y, Murai I, Goto K, Doi S, Zhou H, Setsu G, Shimatani H, Okamura H, Miyake T, Doi M
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 11 ページ: 22406
  • DOI: 10.1038/s41598-021-01764-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermographic imaging of mouse across circadian time reveals body surface temperature elevation associated with non-locomotor body movements (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimatani H, Inoue Y, Maekawa Y, Miyake T, Yamaguchi Y, Doi M
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 ページ: e0252447
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0252447
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 老化と体内時計：加齢による脳内中枢時計の機能低下を中心に (2021)
  • 著者名/発表者名: 濵田悠貴、山口賀章、土居雅夫
  • 雑誌名: Geriatric Medicine（老年医学） 巻: 59 ページ: 683-687
• [雑誌論文] 時間生物学と医療の融合－現状と将来－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 雑誌名: Medical Science Digest 巻: 47 ページ: 6-8
• [学会発表] 組織局所ステロイド合成による加齢性マイボーム腺機能障害の時間薬物治療法的アプローチ (2022)
  • 著者名/発表者名: 濵田悠貴、佐々木玲奈、鑓水大介、土居雅夫
  • 学会等名: 第142回日本薬学会年会
• [学会発表] 新奇のイントラクライン機構を介した加齢性眼疾患・ドライアイ症治療法の開発―NAD+要求性ステロイド合成のサーカディアンリズムが鍵― (2022)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 学会等名: 第10回 AAA（Academy of Aging and CArdiovascular-Diabetes Research）
  • 招待講演
• [学会発表] Circadian clock: disease etiology and drug target exploration (2021)
  • 著者名/発表者名: Masao Doi
  • 学会等名: The 5th Asian Forum on Chronobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Necessity of de novo protein translation for continuous PER2 oscillation (2021)
  • 著者名/発表者名: Xinyan Shao, Takahito Miyake, and Masao Doi
  • 学会等名: The 5th Asian Forum on Chronobiology
  • 国際学会
• [学会発表] Time as medicine and disease etiology (2021)
  • 著者名/発表者名: Masao Doi
  • 学会等名: The CFBT Summer Showcase, Manchester, UK
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 微小な温度変化がもたらすmRNA翻訳速度調節と概日時計制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、井ノ上雄一、土居雅夫
  • 学会等名: Biothermology Workshop - 2021's Annual Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] 脳内中枢時計の時刻調節に関与する新規オーファン受容体Gpr19 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山口賀章、土居雅夫
  • 学会等名: 生理学研究所研究会 運動器/代謝系連関による生体機能制御とその変容の仕組み
• [学会発表] 生体リズムを基盤とした時間医薬科学の展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 学会等名: 日本薬学会東海支部主催特別講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 翻訳速度制御を介した体内時計のパラメトリック制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、井ノ上雄一、土居雅夫
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 生理的体温変化による体内時計のパラメトリック制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、井ノ上雄一、土居雅夫
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会
• [学会発表] Thermographic imaging of mouse across circadian time reveals body surface temperature elevation associated with non-locomotor body movements (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、嶋谷寛之、土居雅夫
  • 学会等名: 第28回日本時間生物学会年会
• [学会発表] A robust and sustained circadian rhythm of Per2::Luc expression in the mouse meibomian gland acinar cells (2021)
  • 著者名/発表者名: グエン ファム カン ティエン、三宅崇仁、土居雅夫
  • 学会等名: 第28回日本時間生物学会年会
• [学会発表] 高血圧症の病理・薬理における時間生物学視点 (2021)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 学会等名: Premium Hypertension Conference
  • 招待講演
• [備考] 京都大学大学院薬学研究科医薬創成情報科学専攻システムバイオロジー分野
  • URL: https://systems-biology.pharm.kyoto-u.ac.jp/