鳥類および哺乳類における概日時計の自己発振と光同調の分子メカニズム

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740478
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡野 俊行 東京大学, 大学院・理学系研究科, 講師 (40272471)
• Keywords: 松果体 / 概日リズム / 転写抑制 / サーカディアンリズム / MAPキナーゼ / リン酸化 / 光受容 / 転写因子

Research Abstract

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を遂行し、下記の成果を得た。
1.研究代表者らが最近発見した新規時計構成分子BMAL2について、概日時計におけるその生理機能の解析を進めた。転写アッセイの結果、BMAL2は低用量ではCLOCKおよびBMAL1と協調的に転写を増大させたが、高用量では自らの転写促進活性を阻害した。このことから、BMAL2は、概日時計の発振周期の決定に大きな役割を担うユニークかつ重要な分子と推定された。
2.ニワトリ松果体に発現するCry1およびCry2のcDNAを単離して発現様式を調べた結果、両者のmRNA量はいずれも概日時計に制御されており、同時に光によって正に制御されていることが判った。転写アッセイの結果、CRY1/2はBMAL1を強く抑制し、一方PER2はBMAL2を強く抑制することが判った。
3.MAPキナーゼ(MAPK)活性が松果体において日周変動することに着目し、MAPKと相互作用する時計分子を探索した。その結果、活性化型MAPKはBMAL1と会合し、その特定のアミノ酸残基(Thr534)のリン酸化を介してBMAL1の転写促進活性を抑制することが判明した。
4.光刺激による概日時計の時刻調節メカニズムを明らかにするため、ディファレンシャルディスプレイ解析により光位相シフトに関与する遺伝子の候補を検索した。その結果、概日時計の位相が後退する夕刻の光刺激によって誘導される遺伝子としてbZIP型転写因子E4BP4を見出した。機能解析の結果、E4BP4は時計遺伝子Per2の転写を抑制することが判明した。以上の結果から、E4BP4は、光に応答してPer2の転写を抑え、概日時計の位相後退を促す新規時計分子と考えられた。

Research Products

• [Publications] Hirota, T: "Effect of brefeldin A on melatonin secretion of chick pineal cells."J. Biochem.. 129. 51-59 (2001)
• [Publications] Nakamura, A: "Regulatory mechanism for the stability of the meta II intermediate of pinopsin."J. Biochem.. 129. 329-334 (2001)
• [Publications] Okano, T: "Cloning of mouse BMAL2 and its daily expression profile in the suprachiasmatic nucleus : A remarkable acceleration of Bmal2 sequence divergence after Bmal gene duplication."Neurosci. Lett.. 300. 111-114 (2001)
• [Publications] Okano, T: "Photoreception and circadian clock system of the chicken pineal gland."Microscopy Reseach and Technique. 53. 72-80 (2001)
• [Publications] Yoshikawa, T: "Immunohistochemical localization of opsins and alpha-subunit of transducin in the pineal complex and deep brain of the Japanese grass lizard, Takydromus tachydromoides."Zool. Sci.. 18. 325-330 (2001)
• [Publications] Doi, M: "Light-induced phase-delay of the chicken pineal circadian clock is associated with the induction of cE4bp4, a potential transcriptional repressor of cPer2 gene."Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 8089-8094 (2001)
• [Publications] Okano, T: "Chicken pineal clock genes : Implication of BMAL2 as a bidirectional regulator in circadian clock oscillation."Genes Cells. 6. 825-836 (2001)
• [Publications] Yamamoto, K: "Chicken pineal Cry genes : Light-dependent up-regulation of cCry1 and cCry2 transcripts."Neurosci. Lett.. 313. 13-16 (2001)
• [Publications] Fukada, Y: "Circadian clock system in the pineal gland."Mol. Neurobiol.. 25. 1-12 (2002)
• [Publications] Sanada, K: "Mitogen-activated protein kinase phosphorylates and negatively regulates basic helix-loop-helix-PAS transcription factor BMAL1."J. Biol. Chem.. 277. 267-271 (2002)
• [Publications] 岡野俊行: "鳥類松果体細胞の概日時計システム"細胞工学. 20(6). 837-842 (2001)
• [Publications] 岡野俊行: "体内時計の時刻を調節する遺伝子の発見"生物の科学・遺伝. 56(2). 26-28 (2002)