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

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

Download Report