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脳内の24時間リズムは低温で停止、再加熱でリセット 自然機構教授が発見

⾃然科学研究機構⽣命創成探究センター (ExCELLS) / ⽣理学研究所の榎⽊亮介准教授、根本知⼰教授らの研究グループは、名古屋大学の山口良文教授らとの共同研究で、脳にある約24時間リズムの司令塔である神経細胞の集団は低温にさらされるとリズムを刻むのを停止し、温めると時刻がリセットして再開すると見いだした。またこのリズムの仕組みには、細胞内にあるカルシウムイオンが重要であることも分かっている。

研究ではさまざまな温度リズムの光イメージング計測を行うため、タイムラプス顕微鏡システムを温度制御チャンバー内に設置。マウス及びハムスターの24時間リズムをつかさどる「視交叉上核(しこうさじょうかく)」の時計遺伝子の転写リズムと細胞内カルシウムの概日リズムを同時かつ長期間計測し、視交叉上核の低温特性を解析した。

その結果、視交叉上核の時計遺伝子の転写と細胞内カルシウムの24時間リズムは、22~35度の温度帯域ではリズムを刻み続けるものの、15度程度の低温にさらされると停止してリズムが見られなくなることを発見した。

また予想しなかったことに、15度から35度付近に戻すと両方の24時間リズムの時刻がリセットされ再び時を刻み始めることが分かった。さらに解析すると、15度では細胞内カルシウム濃度が上昇した状態でリズムが停止していると突き止めている。

また復温後には1日のカルシウムリズムが速やかに安定なリズムを回復するのに対し、時計遺伝子の転写リズムは数日かけてカルシウムリズムに追随するようにリズムが回復することが判明している。

研究グループは「概日リズムの分子メカニズムにおいて、時計遺伝子のみならず、細胞内カルシウムイオンの概日リズムも重要な役割を果たしていることを示しており、概日リズムおよび冬眠の研究分野における基礎生物学的な価値を有する」とした。