摂食リズムに同調する新しい脳内時計システムの分子解剖

多くの生物は約24時間周期で自律的に発振する概日時計をもち、次の24時間サイクルを予知できる。概日時計の中でも、外界の明暗サイクルに同調する時計は明暗同調時計と呼ばれ、時計遺伝子による転写・翻訳フィードバックループの制御を受けて発振する。一方、食餌条件の変化に対応するための時計システムは摂餌同調時計と呼ばれ、一日の中で規則的に得られる餌の時刻を予知して探索できるため、生存競争を生き抜く上で必要不可欠であったと考えられている。本研究では、動物において特異的に発達した「摂餌同調時計」のメカニズムの解明を目指す。初年度の研究から、時計関連遺伝子E4bp4やDec1が摂餌時計の振動に必須である可能性が低いことを示した。これらの遺伝子は、明暗同調時計のサブループを構成する時計関連遺伝子である。コアとなる転写・翻訳フィードバックループにサブループが共役することは、食餌や光などの時計への入力経路と時計からの出力経路を増やす、という生物学的意義があると考えられている。Dbpも明暗同調時計のサブループを構成する遺伝子の一つであり、マウス肝臓においてmRNAレベルおよびタンパク質レベルで非常に振幅の大きい概日変動を示すが、明暗同調時計のコアループには必須でないと考えられており、あまり研究が行われていない。そこで昨年度は、DBPの未知の機能に迫るため、培養細胞に過剰発現したDBPを質量分析に供した。その結果17ヶ所のリン酸化残基を同定したので、本年度はこれらの残基を全てアラニンに置換した変異DBPを作製した。DBPはDboxとよばれるDNA領域に結合して転写を活性化する正の転写因子であることが知られているが、変異DBPはDboxに対する転写活性化能が低下した。さらに17ヶ所のリン酸化残基のうち、2ヶ所が転写活性化能に寄与することを明らかにした。

多くの生物は約24時間周期で自律的に発振する概日時計をもち、次の24時間サイクルを予知できる。概日時計の中でも、外界の明暗サイクルに同調する時計は明暗同調時計と呼ばれ、時計遺伝子による転写・翻訳フィードバックループの制御を受けて発振する。一方、食餌条件の変化に対応するための時計システムは摂餌同調時計と呼ばれ、一日の中で規則的に得られる餌の時刻を予知して探索できるため、生存競争を生き抜く上で必要不可欠であったと考えられている。本研究では、動物において特異的に発達した「摂餌同調時計」のメカニズムの解明を目指す。初年度の研究から、時計関連遺伝子E4bp4やDec1が摂餌時計の振動に必須である可能性が低いことを示した。これらの遺伝子は、明暗同調時計のサブループを構成する時計関連遺伝子である。コアとなる転写・翻訳フィードバックループにサブループが共役することは、食餌や光などの時計への入力経路と時計からの出力経路を増やす、という生物学的意義があると考えられている。Dbpも明暗同調時計のサブループを構成する遺伝子の一つであり、マウス肝臓においてmRNAレベルおよびタンパク質レベルで非常に振幅の大きい概日変動を示すが、明暗同調時計のコアループには必須でないと考えられており、あまり研究が行われていない。そこで昨年度は、DBPの未知の機能に迫るため、培養細胞に過剰発現したDBPを質量分析に供した。その結果17ヶ所のリン酸化残基を同定したので、本年度はこれらの残基を全てアラニンに置換した変異DBPを作製した。DBPはDboxとよばれるDNA領域に結合して転写を活性化する正の転写因子であることが知られているが、変異DBPはDboxに対する転写活性化能が低下した。さらに17ヶ所のリン酸化残基のうち、2ヶ所が転写活性化能に寄与することを明らかにした。