E主司日臨時開府i J f j 尋遺書当需軍事核内受容体を介した脂質代謝から体内時計へのフィードパック制御大石勝隆， . _ 産業技術総合研究所生物機能工学研究部門生物時計研究グループ 4時間周期の概日時計を獲得する地球上の生物にとって、地球の自転周期に合致した約 2 ことは、生存競争の中で勝ち残るための重要な要素であったと考えられる。晴乳類の時計遺伝子が.最初に報告されてから 10年余りが経過したが、体内時計の研究は、時計遺伝子を中心とした分子レベルでのリズム発振機構の解明を目指す方向で爆発的な発展を成し遂け、てきた。その一方で、脳神経系以外の組織に存在する末梢時計に関する研究により、体内時計の生理的役割についても様々な知見が得られている。本稿では、体内時計と脂質代謝との関連性に焦点を当て、筆者がこれまでに行ってきた研究を中心に、個人的観点から論じてみたいと思う。は、 CLOCKの転写ターゲットである P e r lやPe r 2のはじめに生物は、その長い進化の過程において、捕食者か mR NA発現量が夕刻から夜の前半にかけて最も高らの攻撃と、餌の不足による飢餓に絶えず苦しめらくなることから、 Z T14 (日没後) とZT2 ( 早朝)に、れながら、これらの困難を克服するための様々なシ C l o c k迫伝子変異マウス及び野生型マウスから肝臓 DNAマイクロアレイによるヒ上ステムを獲得してきた。体内 H 寺言十のシステムが、環をサンプリングし、境に適応するように自然淘汰されてきたと考えるな !院解析を行った。その結果、町'生型マウスで日周発らば、エネルギーの代謝制 f i lに時計遺伝子が関わっ現し、 C l o c k変異マウスで発現量が低下する 1 0 0程ていることは、非常に合理的であると考えられる。度の遺伝子がスクリーニングされ、 CLO CKが、肝最近になって、肝臓や脂肪組織を中心とした脂質代臓において多様な役割を担っている可能性が示され謝と体内￨時計の関連性についての研究が相次いで、発た。ちょうどその頃、肝臓における日周発現遺伝子表されるようになり、「体内 H 寺言￨→脂質代謝」とし寸制御を網羅的に解析した P a nd aらの研究成果がCe l誌に機構の存在が次第に明らかとなってきた1 .6.1. 1I:!.17 叩。 lでは、 C l ock変異マウス発表されたへその論文仁! こ 1 ) 脂質代謝→体内時計」ととの比較もなされており、発現量がC l o c k変異に偶然的な発見から、我々は、 :W いったi l j J l 御機構が存在する可能性を見出すこととなよって影響を受ける遺伝子の中で、日周発現する遺り、今後の新たな研究分野として発展してゆくもの伝子は、ほんの少数 (9造伝子 )であると報告されと期待される。ていた。 P and aらは、 αock変異によって発現量が極端に減少する遺伝子を検索したのに対して、我々は、 C l o c k変異によって発現リズムが減衰する遺伝 1 . CLOCK 分子と脂質代謝末相当時計の制御およびその生理的な役割に関心を子を検索していたために、より多くの遺伝子がスク 00 2年当時時間生持って研究を行っていた我々は、 2 リーニングできたものと考えられる。 C l o c k変異にマイクロ物学の分野で精力的に行われていた DNA よって日周発現が影響を受ける遺伝子については、 I 寺計分子であアレイの手法を用いることによって、 J k a ha sh iらのグループからより詳細最近になってTa り転写因子である CLO CKの肝臓における役割を解に報告されている山。明しようと試みた山。肝臓などの末梢臓器において図 k o oi s h i@a i s t .g o. j p (干305-8566 1 1 在 ! 日l 生物学 C l o c k変異マウスを使ったDNA マイクロアレイ茨城県つくば市山小 1' 1 ' 火第6) VoI .1 4.No. l (2008) - 9- 解析によって、我々は、 CLOCK 分子が肝臓においにおいては、肝臓における時計遺伝子の発現位相がて脂質代謝に深く関わりがあるものと考え、さらに顕著に前進していることじ気がついた。そこで、検討を行った。その結果、脂肪酸の合成や代謝に関 PPAR日のリガンドが体内 H 寺計を前進させるのではわるいくつかの遺伝子の発現が、 CJ oc k変異によっないかと考え、 PP AR α のリガンドで高脂血症 ( J ) 旨て影響を受けていることが判明した。脂肪酸合成に質代謝異常症)治療薬として J ' l = J し、られているフィブ関わる遺伝子では、アセチ J レCoAカルボキシラーゼラート ( ベザフイブラート) をマウスに投与し、活 ( ACC)や ATPクエン酸リアーゼ ( ACL)などの日周動リズムの i J ! l J 定を行った。その結果、驚くべきこと発現が 111、脂肪酸代謝では、 α型ペルオキシソームに、￨明H 音環境下での飼育にもかかわらず、フイブ増勉斉J I活性化受容体 ( pe r oxi s omep r o li f e r a t or 二ラートの投与によって活動開始時刻は徐々に前進し、 a c ti v a t edr e c e pt o r日:PPARa)遺伝子の日周発現約 2週間後には 3~ 4n 寺問の位相前進を示した則。が 131 CJock変異によって減衰していた。その一方で、フィブラー卜は恒 H 音条件下での活動周 PP ARa遺伝子ヒには、 CLOCK / BMALlの転写知]には l f r ; 響を与えないことから、 PPARaは、体内結合配列となるEbo xが密に存在している領域があ H 寺言￨の位相調節に関与しているものと考えている。り、ルシフエラーゼレポーターアッセイやゲルシフ PPAR α リガンドによる体内時計の調節機構を調トアッセイなどにより、 CLOCK / BMALlがPPARa べる目的で、フィフラートにより活動位相が前進し遺伝子の転写を直接制御している可能性を示した 1: 1 1。たマウスの時音￨遺伝子発現を調べた。ところが、 H 寺実は、PPARa遺伝子の日周発現は、当時既に報告計中枢である視交叉上核 ( SCN) での l 時計遺伝子されておりへ肝臓で、の mRNA 発現量が血中のグル Per2の日周発現には全く影響が見られなかった。ココルチコイド濃度の日内リズムと相関しているこその一方で、、大脳皮質や肝臓、脂肪組織などの SCN とや、培養細胞を用いた実験結果から、グルココル以外の組織においては、活動リズムと一致して、チコイドによって日周発現が制御されていると解釈 Per2辿伝子の日周発現も位相が前進していることされていた。しかしながら、 PPARa遺伝子の日周がわかった。そこで、このフイブラート投与による発現は、グルココルチコイドの主要な産生臓器であ活動位相の前進が、制限給餌による活動リズムの制る副腎を除去したマウスにおいても正常であり、実移 I 1 と同様に SCNに依存していない可能性を考え、早際には H 寺計分子によって直接転写調節されているも稲田大学の柴田重信先生にお願いして SCN 破壊の実のと考えられる印。 PPARa分子は、長鎖脂肪酸を験を行った。その結果、 SCNを破壊した個体におい内在性リガンドとする核内受容体であり、 RXRとヘても、フイブラート投与による活動位相の前進が確テロダイマーを形成して標的遺伝子プロモータ-I _ : . 認され、フィブラートによる活動リズムの制御が、のPPRE 配列 (PPARr e sp o n see l eme n t)に結合し、 SCNに依存していない可能性が考えられた。フィブリガンド依存的に転写を活性化する。 P PARα は、肝ラートの投与による活動位相の前進は、明日音条件下臓や心臓、骨格筋や血管内皮などに発現しており、脂にて観察される現象であり、夜行性の謡歯類である肪酸の輸送や代謝に関わる様々な辿伝子の転写制御マウスを使う￨浪りにおいては、光によるマスキングに関わっている九体内 H 寺計は、時計分子によっての影響を~!正視することはできない。 SCN は、光情報 PPARa遺伝子の日周発現を直接制御することで、が直接反映される領域であり、光によって発現が誘脂肪酸代謝系全般の日内変動を制御しているのかも導される Pe r 2遺伝子の発現がSCNにおいてフイブ知れない。ラート投与の影響を受けなかったのは当然なのかもま J [れない。 2 . PPARα リガンドによる体内時計の制御山 01 CJock変異マウスでPPARa遺伝子の発現量が低ちょうど同時期に、柴田先生の研究室から、 α' ock 変異マウスを恒明条件下にて育仔することにより、下していたことから印、PPARa下流辿伝子発現へ 1 1 垂1 1 民相後退症候群 ( DSPS)に似た性質のマウスを作のCJock変異の影響を調べる目的で、粉自! l Tに混和す成できるとの発表がなされた加。 α ock変異マウスる形で PPARα のリガンド( Wy1 4 ， 6 4 3) 投与実験をでは、 DSPSと同様に、休杭リズムに関しでも位相の行った。期待に反し、リガンド投与による PPAR日遅れがみられる附。 DSPS の詳細に閲しては他著 1 .15.23) 下流遺伝子の発現誘導については、 CJock変異の影に譲るが、フィブラートが活動位相を前進させるこ響がほとんど認められなかった。しかしながら興￨味とから、活動位相が後退している DSPSの症状を改深いことに、 P PARα のリガンドを投与したマウス善する可能性が考えられた。そこで、 DSPS 症状を H 寺I / ¥ J生物学 -1 0- VoI . l4 .No.l (2008 ) 呈する CJ o c k変異マウスにフイブラー卜を投与したけている可能性を裏付けるものであり、 PPARα はところ、野生型マウスと全く同様に活動位相の前進脂質代謝と体内時計とを結びつける鍵分子であると規が認められた。この結果は、 PPARα を介するおi 考えられる。な睡眠障害治療薬の可能性を示す成果として、新聞やテレビ等で広く報道されることとなった。さらにおわりにこの実話会結果は、フイブラートによるイ本内時計の制自然界においては、生物が高血糖状態で死に至る LOCKが必ずしも必要で、御においては、時計分子 C 可能性は非常に低い。逆に、飢餓による持続的な低はない可能性を示しており、今後分子機構を解明し血糖状態では、ブドウ糖にエネルギー源を依存するてゆく上で重要な知見であると考えている。中枢神経系が機能不全となり、意識消失を引き起こその後、フイブラートによる活動位相の前進が光して死に至る可能性が考えられる。この危険性を回 : 6の長日周期においては、周期依存的であり、 LDl8 血松守備を下げるホル避するためのシステムとして、 I 寺刻が 7~ 8 1 時間も前進するのに対して、活動開始 H モンがインスリンのみであるのに対し、血糖値を上 LD8:1 6の短日周期では、活動開始時刻の前進が起昇させる内分泌系が優位に発達してきたものと考えこらないことがわかったへ理由については現段階られている。メタボリツクシンドロームに代表されが明fI音では全く不明であるが、フイブラートの作月 j るような過剰なエネルギー摂取に起因した疾患の発環境でのみ観察されることから、光によるマスキン症によって生命の危機に瀕しているのは、地球上のグとの複合的な影響が、活動リズムに反映されてい生物の中で、ヒトと、ヒトによって飼い慣らされた確かである。るのはf 一部のペットのみである。野生動物においては、 LD8・1 6の短日周期においては、活動開始時刻の「デザートは別腹」などといったエネルギーの過剰前進は認められなかった一方で、フィブラー卜の投摂取はあり得ないことなのではないだろうか。ヒト音期後半の活動量が激減し、通常の餌に与直後より H においてさえ、エネルギーの過剰摂取による、脂質戻すと同時に、速やかに回復することがわかった。代謝異常症や動脈硬化、血栓症などの生活習慣病が 2 0 0 7年になって、絶食などの飢餓状態では、肝臓で社会問題となったのは、ほんの数十年前からであり、のPPARロの活性化を介して FGF21が発現誘導されそれも、世界の中で先進国に限られた問題であったることが報告されへヘパリン結合能を有しない ( 最近では、発展途上国における生活習慣病も深刻 FGF21は、速やかに脳内に移行しへ低体損状態になりつつあるが)。従って、生体システムは、栄 ( t or p o r)を惹起することが報告された九 PPARa 養過多というほんの最近の環境変化に適応するためのリガンド投与によっても FGF21依存的に低体温がに進化してきたと考えるよりは、飢餓を克服するた誘導され、興味深いことに、この低体温状態は、時めに進化してきたと考える方が正しいように思われ刻依存的に暗期の後半に誘導されることが示される。同様に、体内時計は、過剰な栄養摂取による肥た九我々も、徳島大学の勢井宏義先生にお願し、し満の誘導というよりは、飢餓などの栄養不足に対すて、フイブラート投与による 1音期後半の低体温状態る適応機構において重要な役割を担っているものとを確認している(近久ら、論文投稿中 )。従って、考えられる。音期後半の活動量の減少は、フイブラート投与による H 本稿で述べたように、 PPARα のリガンド投与は、 FGF21の発現誘導を介した低体温によるものだと考飢餓状態と同様の影響を生体に及ぼし、 PPARα のえられる。フイブラート投与による体内時計の前進活性化による体内時計の制御機構は、臨床的な観点がFGF21を介するものかどうかについては、現在検からの関心のみならず、体内時計の生理的役割や存討を行っている。在意義を￨列らかにするヒで、も、非常に興味深い研究 . 2時間活動最近になって、高脂肪食負荷によって 0 テーマであると思われる。周期が延長することが報告された九さらに興味深浪によって、手Jt々カ fフイブいことに、カロリーjJj J il ラートを投与したときと同様の活動位相の前進が、謝辞私が生物時言￨の研究に携わることになったのが音環境下において観察されることが報告さそれも明 H 1 99 8年でありますから、研究を始めてちょうど 1 0年れた九これらの知見は、脂質代謝を中心としたエの節目に、この栄誉ある賞を頂いたことになります。寺計によって f l i J l 御されているネルギ一代謝が、体内 H これまで受賞された諸先輩方とは異なり、華々しいのみならず、体内時言￨に対してフィードパックをか成果とは全く無縁であった私が受賞することになっ時間生物学 Vol . 1 4.No.1 (2008) たわけですが、「奨励賞」の主旨を私なりに重く受け止め、今後時間生物学の分野に貢献してゆきたいと考えております。私はこれまで、生物時計に関するほとんどの研究 A s s i m a c o p o u l o sF .S t a e l sB . DesvergneB e t a l . :JB i o lChem2 71 : 17 6 4 1 7 6 9( 1 9 9 6 ) .PevetPandChalletE :J 9 ) MendozaJ .Dre v e tK Neu r oen d o c r i n o l2 0 : 2 5 1 2 6 0( 20 0 8) を産業技術総合研究所の生物時計研究グループで .McDearmon EL. Panda S . Hayes 1 0 )M i l l e r BH 行ってきましたが、研究所の内外を問わず、多くの .Zhang ] . Andrews JL e ta l . : Proc Natl KR 方々からご指導ご鞭撞、ご支援いただくことによっ AcadS c iU SA 1 0 4 : 3 3 4 2 3 3 4 7( 20 0 7) て今まで研究を続けることができたものと確信いた .Atsumi G .Sugiyama S . Kodomari. 1 1 1 )O i s h iK しております。今回紹介した PPARα に関する研究 Kasamatsu M. Machida K e ta l . : FEBS L e t t では、筑波大学の大学院生として、汗と涙と涙を流 5 8 0・1 2 7 1 3 0( 20 0 6) して実験に励んでいただいた白井秀徳氏に感謝して . Miyazaki K . Kadota K . Kikuno R . 1 2 )O i s h iK おります。また、早稲田大学の柴田重信先生による Nagase T.Atsumi G e t al . :JB i o l Chem ご協力により、本研究の可能性が大きく拡がったも 2 7 8: 41 5 1 9 4 1 5 2 7( 20 0 3) のと深く感謝しております。体温や脳波などの生理学的パラメーターの測定では、徳島大学の勢井宏義先生に大変お世話になりました。最後になりましたが、これまで 1 0年間、常に叱 H 宅激励下さりつつも、個人的興味(趣味?)に向かつてしまう私の研究ス J ' i 'tiJ、く見守って下さった石田直理雄グルータイルを i プ長に、心から感謝の意を表します。 1 3 )O i s h iK .S h i r a i H and I s h i d aN :B i o c hem J 3 8 6 : 5 7 5 5 8 1( 20 0 5) 1 4 )O i s h iK .S h i r a i H andI s h i d aN :Neuroreport 1 9・ 4 8 7 4 8 9( 2 0 0 8 ) 1 5)Okawa M a ndUchiyama M: S l e e p Med Rev 1 1 :4 8 5 4 9 6( 2 00 7) 1 6)PandaS .AntochMP.M i l l e rBH .SuA. 1Schook AB.StraumeM e ta l . :C e l l 1 0 9 : 3 0 7 3 2 0( 20 0 2) 参考文献 1 ) EbisawaT :JPharmacolS c i1 0 3: 15 0 1 5 4( 20 0 7) .Pan W and Kastin A]: Peptides 2) Hsuchou H 2 8 : 2 3 8 2 2 3 8 6( 2 0 0 7 ) 3) I n a g a k iT .DutchakP .ZhaoG .DingX .G a u t r o n l . :C e l lM巴t a b5 ・ 4 1 5 4 2 5 L .Parames waraV e ta ( 2 0 0 7 ) 4) KennawayD ] .OwensJAV o u l t s i o sA Boden MJandVarcoeT ] :A mJP h y s i o lRegulI n t e g r CompP h y s i o l2 9 3 : R 1 5 2 8 1 5 3 7( 2 0 0 7 ) 5) Kohsaka A Laposky AD. Ramsey K M. ta l . :C e l l E s t r a d aC .J o s h uC . Kobayashi Y e Metab6 ・ 4 1 4 4 2 1( 2 0 0 7 ) 6) KudoT .TamagawaT .KawashimaM.M i t oN andS h i b a t aS :JB i o lRhythms2 2 : 3 1 2 3 2 3( 2 0 0 7 ) 7) L e f e b v r eP.C h i n e t t iG .FruchartJCandS t a e l s B :JC l i nI nve s t1 1 6 : 5 7 1 5 8 0( 2 0 0 6 ) 8) Lemberger T . S a l a d i n R . Vazqu巴z M. l 時￨羽生物学 V o1 . l4. N o .l( 20 0 8 ) - 12- 1 7)Rudic RD. McNamara P .C u r t i s AM. B o s t o n l . :PLoSB i o l R C .PandaS .Hogen e s c hJBe ta 2 : e 3 7 7( 2 0 0 4 ) . Oishi K Morita Y and Ishida N: 1 8 ) S巴i H Neuroreport1 2: 14 6 1 1 4 6 4( 20 0 1) . 1 9)ShimbaS .I s h i iN .OhtaY .OhnoT.Watab巴 Y l . :ProcN a t lAcadS c iU S A HayashiM e ta 1 0 2: 12 0 7 1 1 2 0 7 6( 20 0 5) 2 0 )S h i r a iH .OishiK .KudoT .S h i b a t aSandI s h i d a 7 9 6 8 2 N :BiochemBiophysResCommun3 5 7・6 ( 20 0 7 ) 21 ) Ture k FW. Joshu C . Kohsaka A Lin E . l . :S c i e n c e I vanova G . McDearmon E e ta 3 0 8: 10 4 3 1 0 4 5( 20 0 5) 2 2 ) Wakatsuki Y . Kudo T and S h i b a t aS : EurJ N e u r o s c i2 5・2 4 1 3 2 4 2 4( 20 0 7) K :S l e巴p2 7: 11 9 5 1 2 0 3 ( 2 0 0 4 ) 2 3 ) WyattJ