脊椎動物における時計蛋白質の多段階リン酸化機構の解明

概日時計機能はほぼ全ての生物に内在し、多様な生理現象にみられる概日リズムを制御している。時計遺伝子の転写と翻訳を基本骨格とした概日時計の分子発振は、約24時間という非常に長くて安定した周期をもち、この周期の調節には時計蛋白質のリン酸化が重要な役割を果たす。当研究室では、時計蛋白質のCRY2とE4BP4が複数のキナーゼによって段階的にリン酸化され、その結果、分解へと導かれることを示してきた。本研究では、この多段階リン酸化の引き金をひく「プライミングキナーゼ」の実体を明らかにし、時計蛋白質の制御メカニズムに迫ることを目標としている。私は、CRY2のSer557をリン酸化するプライミングキナーゼを探索するため、マウス肝臓からSer557リン酸化活性を精製した。様々なキナーゼ阻害剤を用いた解析の結果、活性を担う分子としてDYRK1Aを同定した。重要なことに、マウス肝臓におけるDYRK1AのCRY2 Ser557リン酸化活性は、CRY2が蓄積する時間帯をピークとする日周変動を示した。さらに、Dyrk1aを培養細胞においてノックダウンすると、約0.5時間の時計周期の短縮が認められた。Dyrk1aノックダウン細胞におけるCRY2蛋白質量の日周変動を核と細胞質にわけて調べたところ、細胞質においてはCRY2蛋白質量が一日を通して異常に高いレベルを示した。一方、核内のCRY2の最高レベルと最低レベルは殆ど変化しないものの、正常よりもCRY2がより早いタイミングで蓄積しはじめる様子が観察された。以上の結果から、DYRK1AはCRY2が蓄積する時間帯において細胞質CRY2の分解を促進し、CRY2の核移行タイミングを遅延させるという重要な機能を持つと考えられた。つまりCRY2のSer557リン酸化による分解制御は、時計遺伝子の転写抑制時刻の遅延メカニズムとして時計の周期を調節すると考えられる。

概日時計機能はほぼ全ての生物に内在し、多様な生理現象にみられる概日リズムを制御している。時計遺伝子の転写と翻訳を基本骨格とした概日時計の分子発振は、約24時間という非常に長くて安定した周期をもち、この周期の調節には時計蛋白質のリン酸化が重要な役割を果たす。当研究室では、時計蛋白質のCRY2とE4BP4が複数のキナーゼによって段階的にリン酸化され、その結果、分解へと導かれることを示してきた。本研究では、この多段階リン酸化の引き金をひく「プライミングキナーゼ」の実体を明らかにし、時計蛋白質の制御メカニズムに迫ることを目標としている。私は、CRY2のSer557をリン酸化するプライミングキナーゼを探索するため、マウス肝臓からSer557リン酸化活性を精製した。様々なキナーゼ阻害剤を用いた解析の結果、活性を担う分子としてDYRK1Aを同定した。重要なことに、マウス肝臓におけるDYRK1AのCRY2 Ser557リン酸化活性は、CRY2が蓄積する時間帯をピークとする日周変動を示した。さらに、Dyrk1aを培養細胞においてノックダウンすると、約0.5時間の時計周期の短縮が認められた。Dyrk1aノックダウン細胞におけるCRY2蛋白質量の日周変動を核と細胞質にわけて調べたところ、細胞質においてはCRY2蛋白質量が一日を通して異常に高いレベルを示した。一方、核内のCRY2の最高レベルと最低レベルは殆ど変化しないものの、正常よりもCRY2がより早いタイミングで蓄積しはじめる様子が観察された。以上の結果から、DYRK1AはCRY2が蓄積する時間帯において細胞質CRY2の分解を促進し、CRY2の核移行タイミングを遅延させるという重要な機能を持つと考えられた。つまりCRY2のSer557リン酸化による分解制御は、時計遺伝子の転写抑制時刻の遅延メカニズムとして時計の周期を調節すると考えられる。