生存戦略としての体内時計システムの分子解剖

生物钟系统的分子解剖作为生存策略

基本信息

批准号：
24247012
负责人：
深田吉孝
金额：
$ 15.72万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24247012/
关键词：
脳・神経視覚光入力シグナル伝達サーカディアンリズム OPN4 G蛋白質 CLOCK

项目摘要

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、以下の成果を得た。但し、研究予定期間(1年)が約6ヶ月短縮されたことに伴い、実施内容も圧縮された。哺乳類の概日時計における光入力系は網膜の光感受性神経節細胞ipRGCが担うが、私共の研究成果から、ipRGCの光受容蛋白質OPN4が新たなシグナル伝達経路を駆動する可能性が浮かび上がってきた。OPN4シグナルを担う候補因子群について、それぞれの機能阻害実験を細胞レベルで行った。このうち候補G蛋白質サブタイプについては、当初計画していた薬理学的阻害が困難であることが判明したため、分子遺伝学的な手法(RNAi)を用いた実験系に切り替え、その実験準備を整えた。一方、概日時計に関連した脳機能の一つとして、情動の日内変動に着目して研究を進めた。気分や情動は一日の時刻により変化すると一般的に言われているが、情動変化が明暗周期によるのか体内時計に起因するのかはわかっていない。私共は、不安様行動を測定する高架十字迷路テストを実施し、明暗周期が無い恒暗環境下でも不安様行動が日周変動する事を見出し、マウスの情動が体内時計によって調節される可能性が示唆された。一方、分子時計の振動原理に迫るため、時計タンパク質複合体CLOCK-BMAL1のDNA結合リズムに着目して研究を進めた。私共はこれまでにChIP-Seq解析によりCLOCKが結合するDNA領域をゲノムワイドに同定してきた。本研究では、様々な時刻に調整したマウス肝臓を用いてRNA-Seq解析を行った結果、遺伝子発現が検出できた11,926の転写産物のうち約10%に当たる1,126個がリズミックに転写されていた。興味深いことに、このリズミックな転写産物の中でCLOCKの標的遺伝子は324個と少なく、よりグローバルな視点での間接的リズム制御の重要性を明らかにすることができた。

本研究按照资助申请中所述的研究实施计划进行，取得了以下成果。但由于计划研究周期（1年）缩短了约6个月，实施内容也被压缩。哺乳动物生物钟中的光输入系统由视网膜中的光敏神经节细胞ipRGC发挥作用，我们的研究结果揭示了ipRGC中的光感受器蛋白OPN4驱动新的信号转导通路的可能性。我们对负责 OPN4 信号传导的每个候选因子在细胞水平上进行了功能抑制实验。在这些候选的G蛋白亚型中，事实证明按照原计划进行药理抑制是困难的，因此我们转而使用分子遗传学方法（RNAi）的实验系统并为实验做好了准备。同时，研究重点是情绪的昼夜波动，这是与生物钟相关的大脑功能之一。人们普遍认为，心情和情绪会随着一天中的时间而变化，但目前尚不清楚情绪变化是由于明暗周期还是生物钟所致。我们进行了高架十字迷宫测试来测量焦虑样行为，发现即使在没有明暗循环的持续黑暗环境中，焦虑样行为也会在昼夜波动，这表明小鼠的情绪状态是由其生物钟性别调节的。被建议。同时，为了探索分子钟的振荡原理，研究重点集中在时钟蛋白复合物CLOCK-BMAL1的DNA结合节律上。到目前为止，我们已经通过 ChIP-Seq 分析确定了 CLOCK 在全基因组范围内结合的 DNA 区域。在这项研究中，使用在不同时间制备的小鼠肝脏进行 RNA 测序分析，在可检测基因表达的 11,926 个转录本中，有 1,126 个（约 10%）是有节奏转录的。有趣的是，在这些节律转录本中，仅发现了 324 个 CLOCK 靶基因，从更全局的角度揭示了间接节律控制的重要性。