地球生物圏の日周リズムに同調するためのクロック遺伝子の機能解明 - 海洋無脊椎動物ナマコの事例

Core Concepts

ナマコのクロック遺伝子NvClkは、光依存的な経路を介して概日リズムを維持する重要な役割を果たしている。

Abstract

本研究では、ナマコの海洋無脊椎動物Nematostella vectensisを用いて、クロック遺伝子NvClkの機能を解明した。 まず、CRISPR/Cas9を用いてNvClk変異体を作出し、行動解析を行った。その結果、NvClk変異体では、明暗条件下では24時間リズムが維持されるものの、恒暗条件下では概日リズムが失われることが明らかになった。 次に、トランスクリプトーム解析を行ったところ、NvClk変異体では、明暗条件下と恒暗条件下で発現リズムを示す遺伝子群が大きく異なることが分かった。特に、恒暗条件下では、リズム性遺伝子数が大幅に減少していた。 さらに、NvClkを含む概日時計遺伝子群の発現パターンが変化しており、NvClkが概日時計の中心的な役割を果たしていることが示唆された。 加えて、NvClk変異体では、細胞分裂や神経系の発達に関わる遺伝子群の発現が恒暗条件下で大きく変化していた。 以上の結果から、ナマコのクロック遺伝子NvClkは、光依存的な経路を介して概日リズムを維持する重要な役割を果たしていることが明らかになった。また、NvClkは概日時計の中心的な制御因子として、生理機能の概日リズム化にも関与していることが示唆された。

Stats

明暗条件下のNvClk変異体では、24時間リズムを示す個体が野生型に比べて有意に少なかった。 恒暗条件下のNvClk変異体では、24時間リズムを示す個体がほとんどいなかった。 明暗条件下のNvClk変異体では、リズム性遺伝子数が野生型と同程度だったが、恒暗条件下では大幅に減少した。 NvClk変異体では、細胞分裂や神経系の発達に関わる遺伝子群の発現が恒暗条件下で大きく変化していた。

Quotes

「NvClkは、光依存的な経路を介して概日リズムを維持する重要な役割を果たしている」 「NvClkは概日時計の中心的な制御因子として、生理機能の概日リズム化にも関与している」

Key Insights Distilled From

CLOCK evolved in cnidaria to synchronize internal rhythms with diel environmental cues

by Rinsky,M., A... at www.biorxiv.org 04-12-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.30.534918v6

Deeper Inquiries

光依存的な経路とクロック遺伝子の相互作用はどのように調節されているのか?

NvClk（Clock遺伝子）は、Nematostella vectensisの概日リズムに重要な役割を果たしています。光依存的な経路とクロック遺伝子の相互作用は、NvClkが他のパシメーター遺伝子とどのように協調しているかを示しています。NvClkは、他のパシメーター遺伝子と相互作用し、24時間のリズムを維持するために必要なシグナルを送信します。この相互作用により、光信号を受け取ることなくも概日リズムを維持することが可能となります。NvClkは、他のパシメーター遺伝子との調和した相互作用を通じて、概日時計システム全体を調節し、生物の行動や生理機能を地球の生物圏のリズムに同期させる役割を果たしています。

NvClk変異体における概日リズムの喪失以外の表現型はどのようなものがあるのか?

NvClk変異体における概日リズムの喪失以外にも、さまざまな表現型の変化が観察されます。例えば、NvClk変異体は、細胞分裂や神経系の発達に関連する遺伝子の発現に影響を与えることが示されています。特に、NvClk変異体は、常時暗闇の条件下でミトーシス、微小管の構造、繊毛/鞭毛の運動などのプロセスに関連する遺伝子の発現が減少する傾向があります。一方、他の遺伝子群では、他の生物のプロセスの調整、軸索の誘導、感覚知覚などのプロセスに関連する遺伝子の発現が増加する傾向が見られます。これらの変化は、NvClkが光信号を受け取らない状況下での生物の生理機能や行動における重要な役割を示唆しています。

ナマコの概日時計システムの進化的な起源と重要性はどのように理解できるか?

ナマコの概日時計システムの進化的な起源と重要性は、生物の時間の追跡と環境への適応における重要性を理解することによって明らかになります。ナマコの概日時計システムは、NvClkなどのコアパシメーター遺伝子によって調節され、24時間のリズムを維持します。この概日時計システムは、光信号を受け取らない状況下でも機能し、生物の行動や生理機能を地球の生物圏のリズムに同期させる役割を果たします。ナマコの概日時計システムの進化的な起源は、生物が環境の変化に適応するために時間を追跡する必要性から生じたものと考えられます。このシステムは、生物の適応力と生存に重要な役割を果たしており、生物の進化と生態系の維持において重要な要素となっています。