哺乳動物において2時間周期の分子時計が果たす機能の解析

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本研究では、bHLH型転写因子Hes1が形成する2時間周期の生物時計が果たす機能の解析を目的として、培養細胞における新規オシレーション分子の同定とそれぞれのオシレーション分子の相互作用に注目して解析を進めてきた。今年度までの研究によって、培養細胞における新規オシレーション分子であるSocs3、Smad6、Gse1をマイクロアレイ法によって同定し、その後の詳細な解析から、Jak/StatパスウェイにおいてSocs3とリン酸化型Stat3が、また、SmadパスウェイにおいてSmad6とリン酸化型Smad1/5/8が、それぞれネガティブフィードバックループを形成してオシレーションしていることを明らかにした。具体的には、例えばJak/Statパスウェイの場合、リン酸化型Stat3による転写の活性化によってSocs3の発現が誘導され、Socs3はStat3のリン酸化を抑制することでネガティブフィードバックループを形成する。この繰り返しによってリン酸化型Stat3とSocs3のオシレーションが起こっている。また、Hes1、Stat-Socs、Smadパスウェイ間の相互作用の有無を調べた結果、Stat-SocsパスウェイのオシレーションがHes1のオシレーションを制御していることが明らかとなり、その機序は、リン酸化型Stat3によるHes1タンパクの安定性の制御によるものであることが明らかとなった。つまり、リン酸化型Stat3を低レベルに保つとHes1タンパクが安定化し、Hes1のオシレーションが見られなくなり、リン酸化型Stat3のレベルを高く保つと、Hes1タンパクが安定化し、この場合もHes1のオシレーションが見られなくなる。このことから、リン酸化型Stat3がオシレーションすることで、Hes1タンパクの安定性が周期的に変化することが、Hes1のオシレーションに重要であることが考えられ、Jak/Statパスウェイのオシレーションは、Hes1タンパクの安定性を制御することによって、Hes1のオシレーションを制御しているのではないかと考えられた。これらの結果から、様々なシグナル伝達経路においてオシレーションという現象が観察されることがわかり、このオシレーションという現象が、これまで考えられていたよりももっと一般的な、シグナル伝達経路に共通な反応と呼べるものであると考えられた。このオシレーションを介した遺伝子の発現制御によって、発生のタイミングのみならず、様々な生命現象における多様性が確保されているのされているのではないかと考えられる。