広報活動

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2016年12月23日

理化学研究所
東京大学
日本医療研究開発機構

体の一日を刻むタイマー機構を発見

-遺伝子導入マウス個体高速作成法を用いた概日時計周期長制御の解明-

私たちヒトが夜眠りにつき朝目覚めるように、地球上の生物の多く(動物、植物、菌類、藻類など)は24時間周期のリズムで行動しています。こうした行動リズムは、全身の細胞が持つ「概日時計」と呼ばれる時計機能によって生み出されます。ヒトを含む哺乳類では、「クリプトクロム1(CRY1)」という細胞内に存在するタンパク質が、概日時計を動かすために重要な役割を果たすことが知られています。しかし、このリズムが繰り返される時間の長さ(周期長)が、なぜ24時間なのかについては不明な点が多く残されています。

そこで理研を中心とする共同研究グループは、さまざまに機能を変化させたタンパク質を持つ遺伝子改変マウスを、効率よく作製する新たな手法「遺伝子導入マウス個体高速作製法」を開発しました。この手法により、概日時計機能を失ったマウスにさまざまに機能を変化させたタンパク質をコードする遺伝子を導入し、概日時計の機能を補うことが可能になりました。実験の結果、CRY1タンパク質の特定領域がタイマーのように働き、マウスの周期長を決めていることを発見しました。このタイマー領域はリン酸化修飾を受けていました。リン酸化とは、生体内でタンパク質の機能制御によくみられる化学修飾です。CRY1タンパク質内のリン酸化修飾が巧妙に時間を計ることにより、24時間の周期を正確に刻むと考えられます。

今後、このタイマー領域のリン酸化修飾を薬物で制御することができれば、概日時計の周期長をうまくコントロールすることができるようになります。例えば、概日リズムが24時間よりも長くなっているために、夜になっても寝付けず、朝起きられないといった概日リズム睡眠障害などの効果的な治療につながると期待できます。

また、これまでマウス全身の細胞の遺伝子を改変するには1年以上かかっていました。しかし、遺伝子導入マウス個体高速作製法を用いれば数カ月で作製できるようになり、睡眠のように個体全体が関わる生理現象と特定のタンパク質との関係を調べる際に価値ある技術になると考えられます。

遺伝子導入マウス個体高速作製法で作製したESマウスの行動リズム測定の図

図 遺伝子導入マウス個体高速作製法で作製したESマウスの行動リズム測定

理化学研究所
生命システム研究センター 細胞デザインコア 合成生物学研究グループ
グループディレクター 上田 泰己 (うえだ ひろき)
(東京大学 大学院医学系研究科機能生物学専攻 教授)
客員研究員 大出 晃士 (おおで こうじ)
(東京大学 大学院医学系研究科機能生物学専攻 助教)
上級研究員 鵜飼 英樹 (うかい ひでき)
客員研究員 洲﨑 悦生 (すさき えつお)
(東京大学 大学院医学系研究科機能生物学専攻 助教)