Research Projects -
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リガンド―受容体の接続から明らかにする概日時計回路
Grant number：24K09534 2024.04 - 2027.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
吉井 大志
Grant amount：\4680000 （ Direct expense: \3600000 、 Indirect expense：\1080000 ）
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脳を持たないヒドラで探る眠りの起源と変遷
Grant number：21H02527 2021.04 - 2025.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
伊藤 太一, 楠見 淳子, 吉井 大志, 寺本 孝行
Grant amount：\17680000 （ Direct expense: \13600000 、 Indirect expense：\4080000 ）
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概日時計細胞間の接続様式とその役割
Grant number：19H03265 2019.04 - 2023.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B) Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
吉井 大志
Grant amount：\17550000 （ Direct expense: \13500000 、 Indirect expense：\4050000 ）
多くの生物は約24時間周期の環境変化を予測するために、概日時計を持っている。動物においては行動、生理、代謝、内分泌など含む、非常に広範囲の活動に24時間の周期性が観察される。その概日時計の中枢は脳に存在する複数の神経細胞群（時計細胞）であることが分かっている。キイロショウジョウバエにおいては、時計細胞の正確な数が同定されており、時計細胞間の神経ネットワークは非常に注目度の高い研究である。
キイロショウジョウバエ概日時計の時計細胞間ネットワークを明らかにするために、本年度は概日時計出力因子の機能解析を行った。前年度より解析が続いていたPdf, CCHa1の二重変異体だけでなく、その他の因子の２重変異体、３重変異体の作製を行い、活動リズムの計測を行ってきた。さらに、時計突然変異体との組み合わせも行い、研究を一つまとめる時期に来ている。また、前年度から継続していたSplit-GAL4系統の作製もかなり進んでおり、特定の時計細胞を操作する系統が確立できた。これらの系統を用いて、国際共同研究を進めており、後シナプス結合細胞の探索に貢献することができた。特に、LPN時計細胞群とDN時計細胞群の解析の論文をまとめることができた。その他、複数の国際共同研究に貢献することができ、関連する研究として論文にすることができた。前年度は機器の故障とコロナの影響で、生物発光イメージングはあまり進展がなかったが、本年度は新たな系統の作製に着手し、今後につながる新しい知見を得ることができた。 -
Molecular mechanism of compound eye dependent photic entrainment in insect circadian clocks
Grant number：18H02480 2018.04 - 2021.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Tomioka Kenji
Grant amount：\17550000 （ Direct expense: \13500000 、 Indirect expense：\4050000 ）
The circadian clock sets the peak time for various physiological functions by synchronizing with the daily environmental cycle. In the present study, we have elucidated the molecular mechanism of compound-eye dependent light entrainment and found that light information from the compound eye induces c-fosB expression in the optic lobe, which in turn induces Brwd3, Fbxl3, Fbxl 4, Fbxl 5, Fbxl 7, Fbxl 13, and Fbxl 16 downstream of c-fosB. Their RNAi markedly suppressed light entrainment of behavioral rhythms, in both advance and delay shifts, and CRY2 protein increased during the dark period but decreased with light exposure. The light-dependent decrease in CRY2 protein was suggested to be induced by light-dependent ubiquitination by Brwd3 and Fbxls. A similar mechanism was suggested to be involved in firebrats.
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Neuronal communications between circadian clock neurons
Grant number：15H05600 2015.04 - 2019.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A) Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
Yoshii Taishi, Charlotte Helfrich-Förster
Grant amount：\23400000 （ Direct expense: \18000000 、 Indirect expense：\5400000 ）
Many animals possess the central circadian clock system in brain, which controls activity rhythms. However, their detailed neuronal circuits are still not well understood even in the most advanced model animal, fruit fly, Drosophila melanogaster. In this study, we identified circadian clock neurons that are responsive to environmental changes and a new neurotransmitter CCHamide1 involved in the circadian network. Furthermore, we could contribute to understand the morphological and physiological connections among circadian clock neurons.
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Functional analysis of putative output factors of the insect circadian clock.
Grant number：25840121 2013.04 - 2015.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B) Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
YOSHII Taishi
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
In Drosophila melanogaster, the molecular mechanism of circadian clock has been well investigated. However, its neuronal mechanism still remains elusive. The Drosophila brain contains about 150 neurons that are responsible for circadian rhythms in behavior. The motivation of this study is to understand how the circadian clock neurons read out time information, which they generate, to downstream neurons. Here, we found that ITP and CCHa1 are new candidate peptides that function as output factors of the clock neurons.
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Development of a method for evaluation of ageing in cerebral neuronal circuit using circadian rhythm as a gauge
Grant number：23657056 2011 - 2013
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
TOMIOKA Kenji, YOSHII Taishi
Grant amount：\3770000 （ Direct expense: \2900000 、 Indirect expense：\870000 ）
The goal of this study was to establish a method to evaluate ageing of cerebral neuronal circuits using overt circadian rhythms as a gauge in Drosophila. Behavioral and molecular analyses revealed that age dependent retardation of a neuropeptide, pigment-dispersing factor (PDF), expression in the dorsal terminal of PDF immunoreactive cerebral clock neurons correlated with the ageing of behavioral rhythms. Overexpression of the peptide strengthened not only the activity rhythm but also molecular oscillation of clock genes even in old flies. Thus measuring the behavioral rhythms may be sufficient to evaluate ageing of the underlying neuronal circuit.
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Analysis of the circadian brain network resposible for light entrainment in Drosophila melanogaster
Grant number：23870021 2011 - 2012
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity start-up Grant-in-Aid for Research Activity start-up
YOSHII Taishi, TOMIOKA Kenji
Grant amount：\3250000 （ Direct expense: \2500000 、 Indirect expense：\750000 ）
The fruit fly Drosophila melanogasterhas multiple light-input pathways for light entrainment for the circadian clock. Especially, a blue light photo-pigment Cryptochrome (CRY) plays an important role in the pathway. Here, we investigated the brain neural network responsible for the CRY-dependent light entrainment. We found that a subset of pacemaker neurons promotes recovery from 8 h Jetlag in Drosophila, suggesting that there is a neural mechanism involved in the speed of light-entrainment.
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キイロショウジョウバエにおけるper非依存性振動機構に関する研究
Grant number：03J08718 2003 - 2005
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows Grant-in-Aid for JSPS Fellows
吉井 大志
Grant amount：\2700000 （ Direct expense: \2700000 ）
平成17年度はper非依存性振動機構を解明するために、以下の3点について解析を行った。
1.前年度の研究結果より、per非依存性振動機構に時計遺伝子dClk、cycが関与することが明らかにされている。本年度の研究では時計遺伝子perとtimが欠損した突然変異系統per^<01>;tim^<01>を用いて、dClk、cyc、vriの周期的発現について恒暗・温度サイクル下で解析を行った。その結果dClkは高温期の前半にピークを示す周期的な発現パターンを示した。一方、cycは低温期にやや発現量が多くなることが分かったが、dClkほど明らかな変動を示さなかった。このことより、per非依存性振動の背後にはdClkの周期的な発現が関与することが示唆された。またdClkの転写抑制に関与するvriは低温期に増加し、dClkとは逆位相で周期的に変動することが明らかとなった。
2.per^<01>;tim^<01>は温度サイクル下で光依存的に歩行活動の位相が逆転する。その活動相の逆転の背後にはdClkやvriの発現パターンの逆転が考えられる。そこでper^<01>;tim^<01>に恒暗もしくは恒明下で温度サイクルを与え、それらの遺伝子発現について解析した。その結果、dClkとvriの周期的発現は、恒明と恒暗では同じ変動パターンを示した。よって、光依存的に起こる活動相の逆転には時計自身の振動の逆転ではなく、より下流の機構が関与することが示唆された。
3.光依存的な活動相の逆転に関わる光受容体の同定のために、cry^b、glass^<60j>、so^1とper^<01>との二重突然変異系統を作成して、恒明と恒暗の温度サイクル下で歩行活動を計測した。それぞれの二重突然変異系統ともにper^<01>に比べると不明瞭ではあるが、活動相の逆転が観察された。よってCRYや単眼、複眼といった光受容器が欠損しても光に応答して活動相の逆転が起こることが示唆された。