阪大,体内時計で季節に応答する脳神経細胞を発見

大阪大学は,昆虫におけるヒトの視床下部に相当する脳間部の細胞が,概日時計遺伝子の働きにより神経活動を調節することで季節応答することを世界で初めて明らかにした(ニュースリリース)。

温帯地域に生息する生物は,季節に応じて生殖機能や温度耐性,体内の栄養蓄積量などを調節することで環境変化に適応している。多くの生物は季節の移り変わりを,1日の日が出ている長さ(日長)から正確に読み取っている。

この日長の測定には,体内で約24時間周期のリズムを刻む概日時計が重要な役割を果たしていると考えられており,近年急速に発展した遺伝子操作技術により,概日時計の構成要素である概日時計遺伝子が生殖機能などの日長応答に関与していることが実証されてきた。

しかし,生殖機能を制御する脳内の神経細胞において,実際に日長に応じてどのような応答が見られ,その応答に概日時計遺伝子が必要なのかについて1細胞レベルでの解析は進んでいなかった。

研究グループは,生殖腺の発達に日長が影響することがわかっているホソヘリカメムシを用い,この点について実験を行なった。電気生理学的手法:パッチクランプ法を用いた解析により,脳間部の大型神経細胞が日長に応じてその神経活動を変化させ,特に生殖活動が促進される長日条件で高い活動性を示すことを明らかにした。

さらに,遺伝子の発現を抑制する分子遺伝学的手法:RNA干渉法を組み合わせた解析により,概日時計遺伝子の発現を抑制すると脳間部の細胞の日長応答が見られなくなることを発見した。最後に,脳間部の大型細胞の役割を分子遺伝学的に解析したところ,脳間部の大型細胞は長日条件で産卵を促進させる機能を持つことがわかった。これらの結果は,脳間部の産卵促進細胞が神経活動を変えることで日長に応答し,その日長応答には概日時計遺伝子が必要不可欠であることを示すという。

研究グループは,今回同定した季節応答を示す細胞を手掛かりに,季節情報を送る脳の神経回路の特定を進めることで,概日時計遺伝子をもとにどのように季節応答をしているかの仕組みについて,より核心部分に迫れることが期待されるとしている。

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