夕方の遺伝子発現の仕組みと役割を初めて解明

ヒトの睡眠や目覚めをはじめとする生活のサイクルは、「体内時計」のシステムの影響を受けます。この体内時計は、さまざまな生物種に存在し、約24時間周期で数多くの遺伝子がリズミカルに機能する複雑な遺伝子ネットワークから成り立っていると考えられています。すでに、哺乳類の体内時計遺伝子の転写ネットワークについては、朝・昼・夜の基本時刻に遺伝子を発現させるゲノム上の3つの制御DNA配列と約20個の転写制御因子が組み合わさって制御し合う設計図が描かれています。

発生・再生科学総合研究センターのシステムバイオロジー研究プロジェクトなどの研究グループは、この設計図によって昼と夜の遺伝子発現が説明できることを明らかにしてきました。しかし、朝については十分に解明できていませんでした。

一方、朝の遺伝子発現を強く抑制するCry1遺伝子が、夕方に発現することで形成する“遅れを持った負のフィードバック”が体内時計の転写ネットワークの動作原理と考えられ、 Cry1遺伝子の発現制御メカニズムの解明が体内時計システムを理解するカギの1つとされていました。

研究グループは、Cry1遺伝子を詳細に解析し、昼と夜の制御DNA配列の組み合わせがCry1遺伝子を夕方に発現させるメカニズムであることを突き止めました。さらに、人工的に Cry1遺伝子の発現制御を改変して、発現時刻を昼から夜の間で変化させたところ、体内時計の振動の振幅や周期に大きく影響することを明らかにしました。この発見は、体内時計の転写ネットワークの動作原理が“遅れを持った負のフィードバック”であることを初めて証明したもので、哺乳類の体内時計システムの理解を大きく前進させる成果と注目されます。