体内時計が周期は保ちながら時刻合わせできる仕組みを明らかに―東大・畠山、金子氏
2015年11月26日 17:43
東京大学の畠山哲央助教・金子邦彦教授の研究グループは、体内時計の周期が環境変動に対して変わりにくいにも関わらず、毎日の環境変動でリセットされ時刻合わせできるという二つの性質が両立しているメカニズムを明らかにした。
概日リズムはバクテリアからヒトまで、さまざまな生物が持っている約24時間周期の体内時計で、温度や周囲の栄養環境が変化しても周期が頑健に保たれるという温度・栄養補償性と、周囲の明暗や温度などの環境が変化した際に同期できるという位相の可塑性を示すことが知られている。これらの二つの性質はどちらも、体内時計が日々の変動する環境の中で正しく時を刻むのに重要だと考えられているが、周期の頑健性と位相の可塑性という二つの性質を、生物がどうやって両立させているかは分かっていなかった。
今回の研究では、バクテリアとショウジョウバエの体内時計をモデル化して、計算機の中でシミュレーションをおこなった。その結果、ある環境が変化した時に周期を一定に保ちやすい時計は、同じ環境の変化に対してより同期しやすいという関係が、どちらの時計でも成り立つことが分かった。また、周期の変化量と位相の変化量の合計が一定になるという定量的な関係が成り立つ事も明らかにした。
さらに、周期の頑健性が実現されている時には、周囲の環境の変化にあわせて、時計を構成する一部の化学物質の量が変化しており、この化学物質の量は、時計の周期を決める律速反応の速度の変化を打ち消す、いわばバッファーのように働いていることを明らかにした。
バッファーとなる化学物質の量の変化が十分大きければ、周期の変化を打ち消すことができ、その時に一過的に化学物質の量が大きく変化して、位相の変化をもたらすことが分かった。
今回の研究成果は将来的に、時差ぼけの新しい治療戦略などの開発や、生物が環境に適応するための原理の解明に繋がることが期待される。
なお、この内容は「Physical Review Letters」に掲載された。論文タイトルは、「Reciprocity between Robustness of Period and Plasticity of Phase in Biological Clocks」。