| 研究概要 |
本研究プロジェクトは、概日リズムを持つ生物のうち最も単純な生物とされるシアノバクテリアの周期決定機構に関する研究である。シアノバクテリアの概日リズムを生み出す中心振動体はKaiCリン酸化リズムであると考えられている。KaiCリン酸化リズムは、試験管内でKaiA, B, Cタンパク質はATPと
30度で混合することによって再構成することができる。外力のない一定の環境下でもリズムを刻むため、自律的な振動子とみなすことができ、24時間周期の安定なリズムを示す。以前研究代表者(伊藤)は、位相の異なるKaiCリン酸化リズムを混合すると、急速に同期し安定したリズムを刻むことを発見した(Ito et al. Nat. Struct. Mol. Biol. 2008)。リン酸化リズムの同期現象のメカニズムに関して、数理モデルと生理学・生化学実験を通した解明を目指して研究を行った。
シアノバクテリアKaiCリン酸化リズムの周期を短縮または延長する変異体はこれまでに多数報告されている(Kondo et al. Science 1994)。それらの変異はKaiC上に存在し、KaiCリン酸化リズム再構成系の周期と生理学実験で観察される周期は相関がある。本研究提案はKaiCリン酸化リズム同期現を再現する数理モデルを構築し、周期決定機構に関する解明を試みた。生化学実験による観察事実に基づき、ある特定の位相のKaiCが他のKaiCの脱リン酸化を促すとい相互作用をモデルに取り入れることにより、リズムの同期現象が再現されることがわかった。またこのモデルによって、KaiCの生成・分解という摂動に対してリズムがロバストに保たれることが示された。これは、何故シアノバクテリアが24時間周期よりも短いダブンリングタイムを持つのにもかかわらず、概日リズムを維持できるのかという問題に対して、KaiC間の同期現象が有効に働いていることを示唆している。
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