Circadian quartz as a protein oscillator

昼夜节律石英作为蛋白质振荡器

基本信息

批准号：
21K18231
负责人：
吉種光
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

様々な生理現象には約24時間周期のリズム性が観察され、これは概日リズム（circadian rhythm）と呼ばれる。このリズムを駆動する分子機構は概日時計と呼ばれ、その自律振動メカニズムとして時計遺伝子の転写・翻訳を介したフィードバック制御の重要性が提唱されてきた。しかし、これらは真の時計振動体からの機能出力リズム、つまり「時計の針」にすぎないのではないだろうか。本研究では、分子間相互作用・翻訳後修飾・酵素活性・立体構造変化などのタンパク質ダイナミクスが真核生物においても時計振動子（時計のクオーツ）として機能する、という予備的知見に基づき、クオーツの実体の同定と自律振動原理の理解を目指している。様々な生物種における「概日時計クオーツ」の実体解明を目指し、初年度に引き続きこれまで吉種が推進してきた哺乳類概日時計クオーツの研究を追求した。具体的には、時計タンパク質複合体に含まれる新規因子を同定し、その機能を解析した。酵素活性依存的に翻訳後修飾を介して転写活性を抑制するメカニズムを明らかにすることができた。これと並行して、様々な生物種における概日時計クオーツの実体を追求した。具体的にはクラミドモナスの主要な時計タンパク質にFlagタグを付加して相互作用因子を探索した。さらに、クラミドモナス時計タンパク質ROC15に関する研究を展開し、網羅的な変異体スクリーニングにより、ROC15のリン酸化修飾に関与する遺伝子を同定した。当該遺伝子は環境（光刺激）に応答して起こるROC15のリン酸化に関わることを明らかにし、その成果はPLOS Genet誌に掲載された。さらに、この遺伝子の変異体を利用することによりROC15の概日的なリン酸化に焦点を当てた解析が可能となり、キナーゼ阻害剤ライブラリのスクリーニングの結果、ROC15の概日的なリン酸化を強力に抑制する阻害剤を同定した。

各种生理现象都观察到大约24小时的节律，这称为昼夜节律。驱动这种节律的分子机制被称为昼夜节律时钟，并且通过时钟基因的转录和翻译进行反馈控制的重要性已被提出作为其自主振荡机制。然而，这不正是真正的钟表振动体，即“钟针”的功能性输出节律吗？在这项研究中，基于分子间相互作用、翻译后修饰、酶活性和构象变化等蛋白质动力学作为时钟振荡器（时钟中的石英）发挥作用的初步知识，我们的目标是识别实体并了解自主的原理振动。从第一年开始，我们就开始了Yoshitane一直在推动的哺乳动物生物钟石英的研究，目的是阐明各种生物物种中“生物钟石英”的真实性。具体来说，我们鉴定了时钟蛋白复合物中包含的一个新因子并分析了其功能。我们能够阐明通过酶活性依赖性方式的翻译后修饰抑制转录活性的机制。与此同时，我们也在各种生物物种中寻找生物钟石英的物质。具体来说，我们将 Flag 标签添加到衣藻的主要时钟蛋白中，并寻找相互作用的因子。此外，我们对衣藻时钟蛋白ROC15进行了研究，通过全面的突变体筛选，鉴定了参与ROC15磷酸化修饰的基因。研究表明，该基因参与响应环境（光刺激）而发生的 ROC15 磷酸化，结果发表在 PLOS Genet 上。此外，通过使用该基因的突变体，可以进行以ROC15的昼夜节律磷酸化为中心的分析，并且作为筛选激酶抑制剂文库的结果，我们发现ROC15的昼夜节律磷酸化被强烈抑制。抑制作用的抑制剂。