脳内の時計細胞における概日リズム発振系と光入力系の分子解析

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交付申請書に記載の研究目的に沿って概日リズムの発現と光位相シフトに関する研究を遂行し、以下の成果を得た。(1)ニワトリ松果体に発現する時計遺伝子Per2, Per3, Clock, Bmall及び新規のbHLH-PAS型転写因子Bmal2をクローニングした。機能解析の結果、BMAL2はCLOCKやBMAL1と結合し、転写の促進とその抑制という両方向性の転写調節機能を持つと推定された。また、ニワトリ松果体からCry1・Cry2遺伝子を単離し、培養松果体細胞でのmRNA量を明暗・恒暗条件下で調べた。その結果、両遺伝子の発現は概日時計のみならず光の制御を受けていることが判明し、Cry遺伝子が光位相シフトに関与する可能性が示唆された。(2)ニワトリ松果体において活性が日周変動を示すMAPキナーゼ(MAPK)は主観的暗期の光刺激により脱リン酸化(不活性化)されるが、この光応答現象がMAPKを脱リン酸化するフォスファターゼの光活性化に起因することを見出した。次に、時計細胞におけるMAPKの標的蛋白質を探索し、MAPKがBMAL1をリン酸化することを見出した。このリン酸化部位を決定し、そのうちThr534のリン酸化によりBMAL1の転写活性化能が抑制されることを明らかにした。これらの結果から、MAPKの活性リズムは概日時計の位相調節に重要な役割を果たしていると考えられた。(3)光位相シフトの分子機構を知るため、Differential Display法を用いてニワトリ松果体において時刻特異的に光誘導される遺伝子を網羅的に探索した。その結果、位相後退時に発現誘導されるbZIP型の転写因子cE4BP4を同定した。転写アッセイにおいてcE4BP4はcPer2の転写を抑制し、生体においてもcE4BP4はPer2の転写を光依存的に抑制して位相後退を誘導することから、光位相シフトの重要因子と考えられた。