分子フィードバックループによるリズム発振と細胞間クロストークによる脳内時計の形成

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哺乳類の生物時計、視交叉上核(SCN)は固有の周期をもつ時計細胞により構成され、細胞間リズム同調により安定した単一周期のリズムを全身に発振していると考えられるが、その機序は不明である。本研究では、時計遺伝子の転写調節フィードバックループの動きを、生物発光レポーターマウスやラットを用いて測定し、SCN内の部位特異性と細胞間同調について検討した。1.SCN内時計細胞の多様性の検討時計遺伝子Per1のプロモーター支配下にルシフェラーゼを発現するPer1-Lucマウスを用い、培養SCNにおけるPer1発現の発光リズムを連続測定した。SCNに蛋白合成阻害剤cyclohexamide(CHX)を投与し、washout後の発光リズムを解析した。その結果、6時間のCHX投与後はPer1の発光リズムが二峰性となった。CCDカメラを用いた一細胞解析の結果、SCNには位相の異なる2群の細胞の存在すること、両群はCHXに対し異なる位相反応を示すことが分かった。2.SCN内の朝と夕を支配する二振動体の検索長日(LD18:6)と短日(LD6:18)条件下で数週間飼育したラット脳を用い、Digoxigeninラベルプローブを用いた3時間毎のin situ hybridizationを行った。全SCN内での時計遺伝子Per1・Per2発現リズムを測定し、SCN内の朝夕を支配する振動体の局在と分子機構について検討した結果、SCNにおけるPer1発現リズムは明期開始一致で、長日・短日とも発現パターンに有意差が少なく、Per2発現リズムは、長日・短日とも、下降位相が活動開始位相とほぼ一致することが明らかとなった。以上の2実験の結果、SCNには反応性の異なる分子時計をもつ細胞の存在が明らかとなった。また、Per1とPer2はそれぞれ朝・夕の行動を支配する振動体に関与することが示唆された。