哺乳类の概日时计において新たな知见～従来分子モデルの疑问を补うメカニズムを発见～
地球の自転により、照度や気温など様々な自然环境因子は24时间の周期性を示します。そのため、この周期性に适応できる生物は生存竞争において有利だと考えられ、実际、ほとんどの生物は约24时间周期の体内时计である「概日时计」を获得しています。
哺乳类においては、负のフィードバック机构によって生み出される「颁谤测辫迟辞肠丑谤辞尘别（颁谤测）と笔别谤颈辞诲（笔别谤）の両遗伝子における细胞自律的な転写の概日リズム」が、概日时计の振动中枢メカニズムだと考えられてきました。しかしながら、両遗伝子が概日时计の机能発现に不可欠であることは遗伝子ノックアウトの研究により明确でしたが、これらの细胞自律的な転写リズムが本当に概日时计の机能発现に必要か否かは不明なままでした。
そこで、山口大学时间学研究所の松村律子助教と明石真教授を中心とする研究グループは、颁谤测遗伝子の细胞自律的な転写の概日リズムに不可欠なゲノム领域を特定して、これを破壊することにより同リズムが概日时计の机能発现に不可欠か否かを検証しました。その结果、颁谤测遗伝子の细胞自律的な転写リズムが无くても、个体や组织の概日リズムの周期が长くなるものの、概日时计は坚牢に机能していることが确认されました。
兴味深いことに、细胞自律的なレベル（分散培养下の细胞）では、颁谤测遗伝子の転写リズムの停止によって笔别谤遗伝子の転写リズムも停止しているにもかかわらず、笔别谤タンパク质において量的な概日リズムが保たれていることがわかりました。そして、この転写に依存しない笔别谤タンパク质量の概日リズムは、笔别谤タンパク质の半减期制御における细胞自律的な概日リズムによって生じていることを発见しました。
以上のことから、本研究成果によって、颁谤测と笔别谤の両遗伝子における细胞自律的な転写リズムは概日时计の机能発现において不可欠ではなく、これらの転写リズムの消失に対して笔别谤タンパク质量の细胞自律的な概日リズムが补偿的に作用することで概日时计の机能が维持されることが明らかになりました。
この成果は、2022年4月19日にCell Reports誌（Cell Press）に掲載されました。また、本研究は国立遺伝学研究所と佐賀大学医学部との共同研究として実施されました。
＜図の説明＞
Cry E-box変異型とは、Cry遺伝子の転写開始点上流に位置する転写調節シスエレメントであるE-boxがゲノム編集によって破壊された細胞やマウスのことを意味します。このE-boxが破壊されると、Cry遺伝子のみならずPer遺伝子の発現においても細胞自律的な概日リズムが失われます。しかし、Perタンパク質の半減期制御において概日リズムは維持されており、結果として、Perタンパク質の存在量においても概日リズムが維持されることから、行動生理機能に関連する遺伝子群における発現の概日リズムも少なくとも部分的には維持されます。その結果、CryとPer遺伝子の細胞自律的な転写リズムが失われていても、周期は長くなりますが、細胞から個体のレベルに至るまで概日リズムは維持されます。
研究のポイント
- これまで、颁谤测と笔别谤遗伝子の细胞自律的な転写リズムが哺乳类の概日时计における振动中枢だと考えられてきた
- 今回、この転写リズムを停止させても、个体から细胞レベルに至るまで概日时计は机能することがわかった
- 笔别谤タンパク质の半减期における概日リズムが、転写リズムの停止による影响を补偿していることが示唆された
论文情报
- 論 文 名：The role of cell-autonomous circadian oscillation of Cry transcription in circadian rhythm generation
- 著 者 名：Ritsuko Matsumura, Kazuto Yoshimi, Yuka Sawai, Nanami Yasumune, Kohhei Kajihara, Tatsuya Maejima, Tsuyoshi Koide, Koichi Node, Makoto Akashi
- 雑 誌 名：Cell Reports（Cell Press）
- 公 表 日：2022年4月19日
- D O I：