総説

ショウジョウバエを用いた概日測時機構解析の40年−第１部 ショウジョウバエは再びとべるか？−顕２）✉

伊藤太一１）、松本

１）九州大学大学院システム生命科学府（現在の所属：Northwestern University, Department of Neurobiology）
２）順天堂大学 医学部 一般教育生物学

概日測時機構の分子メカニズムの解明に関して、これまでショウジョウバエが果たしてきた役割はきわめて大きい。しかし、最近ではそれもやや下火になっている感が否めない。ショウジョウバエの分野はこのまま終焉にむかうのだろうか。これを考える手はじめ
として、第1部では、ショウジョウバエを用いた研究の特色や魅力を解説するとともに、
KonopkaとBenzerによるper 突然変異体の分離［１］から21世紀初頭までの30年間の研究成果を振り返る。次回の第２部では、最近10年間での新たな研究展開を概観し、現在の研究のトレンドや今後の行方について述べたい。これを通して、ショウジョウバエを用いた研究が、今後どのように概日測時機構の解明に貢献していけるかについて考察する。

１．はじめにが、どっぷりとショウジョウバエ漬けになっていた「ショウジョウバエの時代はもう終わったんじゃ

我々にとっては、いくつか興味深い発見があったとないの？」というコメントを少し前からよく耳にす思う。

るようになった。大御所と呼ばれる人達の研究室からは、相変わらず有名雑誌に研究成果が報告され続
けてはいるが、一時の勢いがなくなっているように感じるのも事実であるし、分野を超えたインパクト

２．ショウジョウバエを用いた概日リズム研究
−総論−
２. １

順遺伝学から逆遺伝学へを与えるような論文を目にする機会は少なくなった

概観してみてまず気づいたのは、2001年あたりをようにも感じる。また、最近ではマウスの実験系は境とした研究スタイルの変化である。それまでは、

もちろん、他の昆虫でもRNA interference（RNAi）

時計突然変異体のスクリーニング、時計遺伝子の同などの分子生物学的手法が適用できるようになり定、その後、遺伝子機能の解明という流れで研究が［２、３、４］、行動や生態そのものにはあまり面白行われていた。基本的にはKonopkaとBenzerによみ が な い と されてきたキイロショウジョウ バ エるper突然変異体の分離にはじまり［１］、per 遺伝（Drosophila melanogaster）をあえて実験に用いる子の塩基配列の決定［５、６］、perのネガティブ

意義は薄れてきているという意見も(ショウジョウ

フィードバック仮説［７］にいたる道筋を踏襲した

バエ研究者自身の中からさえ)挙がっている。

ものである。順遺伝学的研究スタイルと呼んでもよ

本当に、もうショウジョウバエの時代ではないのいだろう。ところが、2001年以降は、このような研だろうか。ショウジョウバエ研究者の立場から、著究スタイルよりも、まず網羅的な解析を通して候補者達もこの問いに関して折にふれて話し合ってき遺伝子を先に同定し、その後、それらの候補の中かた。今回、岩崎編集長から当雑誌への寄稿を促されら求める条件に合致する遺伝子を選別していくといたのを機に、ショウジョウバエを用いた過去の概日

う、逆遺伝学的なアプローチが多くなってきていリズム研究を振り返るとともに、現状を概観するこる。この背景には、ゲノム解読の終了と、その成果とで、もう一度真剣にこの問いと向き合った。結局を活かしたマイクロアレイ解析技術の向上があるものところ白黒はっきりした結論にはいたらなかったのと考えられる。

✉akirarcb@sakura.juntendo.ac.jp（〒270-1695
時間生物学

千葉県印西市平賀学園台1-1）

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 17 ─

２. ２

研究コンセプトの変遷になった。

変わったのは研究スタイルだけではない。機をほもうひとつ変わらないことがある。およそどんな

ぼ同じくして、研究で対象としている因子の性質・研究でも、ショウジョウバエを用いた研究ならば、機能にも違いがでてきたようだ。研究コンセプトの必ずショウジョウバエ独特の遺伝学的解析手法を、違いと言い換えてもよいかもしれない。以前は、ほとんどの場合は複数の種類組み合わせて用いていショウジョウバエでのリズム研究といえば、転写因る点である。実験材料の利点を活かした研究を行う子の研究といっても過言ではなかった。ところが、のは自明のことなので、これも考えてみれば当たり

最近ではそれ以外の細胞機能に関与する因子を対象前なのだが、ショウジョウバエの遺伝学的手法は非とした研究に重点が移ってきているように見える。

常に独特であり、また、そういった遺伝学的トリッ

確かに、概日振動の発振メカニズムの根本原理は時クの数々が渾然一体となった研究スタイルは、やは計遺伝子の転写翻訳フィードバックループでほぼ確

りショウジョウバエの研究スタイルを貫く柱といっ定し、それに関わる転写因子も大物はほぼ見つけ尽てもよい。この面で、他の昆虫でもRNAiなどによくしたという感はショウジョウバエ研究者自身の中る遺伝子操作技術が発展してきたとはいえ、ショウにもあり、これを反映しての傾向とも考えられる。

ジョウバエ研究は他の追随を許さないと言えるだろ

この背景にも、マイクロアレイ解析によって網羅的う。次回の第２部で詳述するが、ショウジョウバエに関連因子が同定されたことが大きく影響しているの概日リズム研究の方向性そのものが、むしろ、こように思われる。これまでのマイクロアレイ解析のうした遺伝学的手法の新規開発に大きく左右されて大きな選別基準のひとつは、発現量（転写量）が概いるとさえ思えてくるほどである。

日振動しているということであった。同定された候

本総説では、第１部において、まず、このショウ補遺伝子の中から転写因子を見つけ出すことは比較

ジョウバエ独特の遺伝学的手法に関して、特に重要

的容易なため、「転写レベルでの振動に関与する遺なものを選び出して簡単に解説を行う。これがショ伝子の数は歩留まりこのくらい」という目安が付け

ウジョウバエを用いた研究の現状を読み解き、今後やすかったといえる。研究上の競合を避ける意味でを占うカギとなると思うからである。ショウジョウ

も、いきおい、解析の対象として、それまで手付かバエの研究手法にご興味のある先生方や、研究室のずであった転写関連以外の因子がクローズアップさセミナーでハエの論文を振り当てられて使用技術のれるようになったのであろう。

難解さに困っている４年生の学生さんには役立つ内容と自負しているが、ご興味のない方は読み飛ばし

２. ３

研究テーマの不変性て次の第４節に進んでいただいても大丈夫である。

もうひとつ気付いたことがある。面白いことに、

続く、第４節では、これまでショウジョウバエが先

このような変遷にも関わらず、メインに据えられた陣となって切り拓いてきた研究成果を上記の５大研究テーマは、実は昔から全く変わっていないこと

テーマごとに概説する。さらに次回の第２部においである。もちろん、今も昔も、時間生物学という同て、最近の研究の現状、特に転写因子以外のリズム

じ分野内での研究なので、これは考えてみれば自明

関連因子に対する解析結果を、我々の行った膜タンのことではあるが、箇条書きにすると以下の5大

パク質の解析結果を交えて解説する。これらをふま

テーマにまとめられる。

えて、第２部の後半では、ショウジョウバエ研究の今後の展開に関しても言及したい。

１

概日振動の発振メカニズムの解明

２

同調メカニズムの解明

３

時刻情報の出力系の解明

４

概日時計の所在の同定

５

概日リズムの生理・生態学的意義づけに 使 用 さ れ 始 め る き っ か け は、1900年 代 初 頭 のもちろん、それぞれは完全に独立しているわけでは

Morgan一派による大規模な遺伝学的研究成果によなく、２〜４が混然一体となった「概日測時機構のるところが大きい。一般的によく知られているもの

階層性の解明」も重要なテーマであるし、特に近年としては、染色体地図の確立や突然変異の誘発法がの研究では階層性の解明を通して、最終的には5のあるが、それ以外にも、染色体乗換えを抑制でき、「適応的意義づけ」を狙ったものも見られるように優性マーカーを備えた平衡致死（バランサー）染色

なってきているが、あえて分類してみるとこのよう体の開発や雌雄モザイク解析法は、直接的にせよ間

時間生物学

─ 18 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）３．ショウジョウバエでの分子遺伝学的テクニック
キイロショウジョウバエが研究材料として精力的

接的にせよ、ショウジョウバエを用いた様々な分野

ンを完全に再現できるゲノム領域を同定することもの研究に今日でも大きな影響を与えている。

非常に難しい。相同組換えを利用して遺伝子置換を行う実験系も開発されてはいたが［11］、Gal4-UAS

３. １

トランスポゾンを用いた遺伝子導入

しかし、なんといっても現在のショウジョウバエ法が開発されるに至って［12］、ショウジョウバエ
での遺伝子操作技術は新たな局面をむかえた。

の研究手法の根幹を成しているのは、トランスポゾ
ン、特にP因子を介したトランスジェニック技術で

３. ３

Gal4-UAS法ある。基本的には、初期胚へのマイクロインジェク

Gal4は 酵 母 由 来 の 転 写 因 子 で あ り、UASG

ションを行い、P因子内に導入しておいた任意の遺（upstream activation sequence of galactose）と呼伝 子 を 始 原 生 殖 細 胞 の ゲ ノ ム に 挿 入 す る［ ８、ばれる配列に特異的に結合して、その下流にある遺９］。通常は、眼色の突然変異系統の胚にマイクロ

伝子の転写を活性化する。Gal4-UAS法では、いっインジェクションを施し、その眼色の野生型遺伝子

たんGal4エンハンサートラップ系統、あるいは、あを導入マーカーとすることで、P因子のゲノムへのる遺伝子に関するpromoter-Gal4系統が確立されれ安定な挿入を一目で見分けられる仕掛けが施されてば、これとは別に確立しておいたUAS-GFP系統やいる。ここにも古典的な遺伝学と分子生物学的手法

UAS-lacZ系統などのレポーター系統と任意に交配のシームレスな融合を見ることができる。

を行い、Gal4ドライバーとUASレポーター（あるいはレスポンダー）を組み合わせて使用することが

３. ２

エンハンサートラップ法

可能である。ここでも古典的なショウジョウバエの

このトランスジェニック技術を背景としたいくつ交配テクニックが駆使されることはいうまでもな

かの研究手法を紹介したい。まずはエンハンサートい。また、UAS配列の下流に目的とする遺伝子をラップ法である。弱いプロモーターにlacZやGFPな連結した系統さえ自前で準備すれば、既存の時期・

どのレポーター遺伝子を連結し、P因子を介してゲ

組織特異的なGal4系統を使っての強制発現も容易でノムに挿入すると、このレポーター遺伝子の発現はある。すでに、UAS配列をゲノムにランダムに挿挿入点近傍にある遺伝子の発現パターンに影響を受入した系統がライブラリ化され［13、14］、ゲノム

ける［10］。P因子のゲノムへの挿入は比較的稀な上の挿入点もデータベース（www://ﬂybase.org）

現象であり、通常は１個体のゲノムに挿入されるP上で公開されているので、最近では特殊な用途でな

因子は1個程度である。また、よしんば複数のP因

い限り系統作製の手間さえ不要になりつつある。

子がゲノムに挿入されることがあっても、古典的な遺伝学的手法で２つを分離可能であることが多い。

３. ４

MARCM法による体細胞モザイク誘導

つまり、P因子が挿入されたゲノムの特定の位置に

これとは別に、上述の体細胞モザイクによる組織

依存して、P因子内に仕込んだ任意のレポーター遺学的解析手法の発展がMARCM（mosaic analysis

伝子を時期・組織特異的に発現させることが可能とwith a repressive cell marker）法である。酵母のなる。この手法の開発により、遺伝子の発現パター

組換え酵素とそのターゲット配列（FLP/FRT）をンを手掛かりに、遺伝子の同定や遺伝子機能の推測利用して発生途上でのモザイク現象を誘発するを行うという研究スタイルが拓かれ、ショウジョウ

［15］。Gal4-UAS法と組み合わせることによって、バエ発生学の分野に革命的な進展がもたらされた。

たとえばニューロン１本のラベルも可能となっていしかしこの手法にも欠点はある。興味深い発現をる。もちろん任意の遺伝子の強制発現もモザイク状

示すエンハンサートラップ系統が得られても、別のに可能で、細胞死を誘導する遺伝子を強制発現させレポーター遺伝子を同様のパターンで発現させるこることで、きわめて精密な微小手術を行ったのと同とは容易ではないことである。このためには、新た等、あるいはそれ以上の結果を得られる解析手法がなレポーター遺伝子を組込んだP因子挿入系統を大

日常的なものになりつつある。

量に確立し、はじめからスクリーニングをやり直す必要がある。P因子がゲノムのどこに挿入されるか

３. ５

ショウジョウバエ研究者気質は基本的には偶然によるため、同じ発現パターンのこれらの研究手法を支える根幹には、系統のリク系統が容易に得られる保証はない。かといって、生エストと譲渡が非常にオープンに成されるという体内で時期・組織特異的に複雑な遺伝子発現パター

ショウジョウバエ研究者の自由な気風がある。実力時間生物学

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 19 ─

のある研究室であっても、単独の研究室で数々のつか挙げ、簡単な解説を付すだけにとどめる。

Gal4ドライバー系統やUASレポーター系統、さらまず重要なのは、ショウジョウバエの概日測時機にゲノムへのランダムなUAS挿入系統ライブラリ

構は３つの転写翻訳フィードバックループからなるを準備することは容易ではない。世界中の研究者がことである。すなわち、/tim（timeless）
per（period）

作製した系統を公開し、自由に供給しあう中でショ

ル ー プ、Clk（Clock） ル ー プ、cwo（clockwork

ウジョウバエを用いた研究全体のレベルの底上げがorange ）ループの３つである。次に、これに関わる成されてきた。我々も実際に体験したことだが、競転 写 因 子 群 の 多 く は、 そ の プ ロ モ ー タ ー 領 域 に合相手から快く系統を譲渡してもらえることも稀で

E-boxとよばれる配列を持ち、このE-boxに対するはない。また、大量の系統を維持管理する世界規模制御をめぐって転写翻訳のフィードバックが行われのストックセンターや統合的なデータベース

る場合が多いという特徴がある。３つ目の特徴は、（www://ﬂybase.org）の役割も見逃すことはできな

関与する因子同士が共通のドメイン構造を持つ場合い。

が多いことである。例えば、PER、CLK、CYCは共 通 し てPAS（PER-ARNT-SIM） ド メ イ ン を、

４．概日測時機構の遺伝学的解析の歩み

VRI、PDP1ε はbZIPド メ イ ン を、CLK、CYC、

４. １

CWOはbHLHドメインを持つ。これは先に挙げた

発振メカニズムの解明

キイロショウジョウバエを用いた概日リズムの研

共通のプロモーターの制御をめぐって、それぞれの究 で 最 も 有 名 な も の は 前 述 の と お り、1971年 の因子が機能していることの裏返しともいえる。まKonopkaとBenzerによるperiod（per）突然変異体

た、これらの因子同士は多くの場合、二量体を形成の分離であろう［１］。その後、21世紀初頭までのして機能するために共通のドメインを有するという約30年間で、キイロショウジョウバエの概日測時機

理由もある。４つ目の特徴は、関与する転写因子の構をつかさどる細胞内分子のネットワークが次々と活性化や細胞内局在、崩壊などがリン酸化・脱リン

明らかにされた（図１）。本格的な解説については

酸化、あるいはユビキチン化によって制御されてい成 書 を 見 て い た だ く こ と と し て［16、17、18、

ることである。これらの特徴を持った転写翻訳の19］、ここではこの分子ネットワークの特徴をいく

ネットワークが互いに連動して24時間の周期が自律的に生み出されている。

細胞質
CLK

TIM

CYC

４. ２

PER

フィードバックループに関与する因子の同定やそ

核
Clock

VRI
3GSİ

Clk loop

PER
CLK

CYC

per/tim loopの特性および機能の解明は２. ３で挙げた５大テー
TIM

periodvrille3GSİ

同調機構の解明

timelesscwo

マの筆頭「概日振動の発振メカニズムの解明」を目指したものである。一方で、テーマの２番目に挙げた「概日時計の同調機構」に関しても遺伝学的な解析が進められてきた。特に詳細に調べられているのCWO

は光同調系である。キイロショウジョウバエでは単図１ 転写翻訳フィードバックループ
ショウジョウバエの概日測時機構の自律発振メカニ
ズムは、per/tim ループ、Clk ループ、cwo ループの3つのフィードバックループから構成される。CLK/CYCの二量体は、per 、tim 、cwo 、Pdp1ε 、vri などの時計遺伝子のプロモーター領域に存在するE-boxに結合し、転写を活性化する。PER/TIMの二量体は、CLK/CYCによる転写活性化に対し、ネガティブなフィードバック。一方、VRIにより抑制的に作用する（per/tim ループ）はClk 遺伝子のプロモーター領域に存在するV/P-boxに結合してclk の転写を抑制するが、遅れて翻訳された
Pdp1ε は 逆 にclk 転 写 を 活 性 化 す る（Clk ル ー プ ）。
CWOはE-boxへの結合をめぐってCLK/CYCと拮抗する（cwo ループ）。3つのループが連動し、時計遺伝子の転写および時計タンパク質の量的な概日変動が生み出される。

眼や複眼といった外部光受容器を欠く突然変異体で時間生物学─ 20 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）も野生型と変わらない光同調が可能であることが以前から知られており、網膜外光受容体の存在が予測されていた［20］。多くの研究室での試みにも関わらず光受容体は同定されなかったが、1998年に青色光受容タンパク質CRYPTOCROME（CRY）が光同調に関与することが発見された［21］。しかも、この発見は狙ってなされたものではなく、perやtimの発現量を低下させる突然変異の網羅的スクリーニン
グから偶然に得られたものである。CRYタンパク
質は光修復酵素分子に似たドメイン構造を持つが、CRY自身にはその機能はない。CRYタンパク質は

光を受けると、TIMタンパク質のユビキチン化をのとは異なる［28］。光同調系に関する全体像はい促進してTIMタンパク質を崩壊させる［22］。このまだ明らかとは言い難く、体系だった解析が待たれ過程に関わる因子としてjetlagが2006年に同定される。

た［23］。TIMタンパク質の増加期にあたる暗期前

一方、温度サイクルに対する同調過程の分子メカ

半にCRYタンパク質が光を受容すると、時計の位ニズムに関しては、21世紀初頭までには報告例は少相後退を誘導し、TIMタンパク質の減少期の暗期

ないが［33］、この取り組みからは温度同調に重要

後半に光受容が起きると位相前進を誘導する。これ

な時計細胞としてLPN（lateral posterior neurons）

がショウジョウバエにおける光による位相リセットが見つかっている［34］（図２）。最近では、特にの基本原理である［24、25］。最近では、CRYにはヨーロッパの複数のグループが温度同調機構の解明

青色光を受容する機能だけではなく、青色光を介しに精力的に取り組んでおり［35、36、37］、第２部

た磁気センサーとしての機能があることを示唆するで述べる概日測時機構の生態学的・適応的意義づけ

結果も発表されている［26］。

をめざしての動向と解釈できる。

CRYの 機 能 に 関 す る 解 析 が 進 展 し て い る 一 方
で、単眼や複眼といった外部光受容器からの情報に

４. ３

概日時計の所在の同定

よる同調過程の分子メカニズムに関しては、ショウ

これらの研究と平行して、時計の所在を突き止め

ジョウバエでの解析例は少ない［27、28］。最近でる研究も行われてきた。２. ３でふれた５大テーマ

は、複眼などでCRYの光情報伝達経路に関与するの４番目にあたる。概日時計の所在を明らかにする、CRYとは独立にTIMタンパク質のkismetや［29］方法は一般的に４つある。１つ目は、組織を破壊し

光依存的分解に関与する膜タンパク質quasimodoとてその個体のリズムがなくなるかどうか。２つ目

いった因子が同定されているが［30］、知見はいまは、別の個体からその組織を移植して被供与体（ホだ断片的である。また、ショウジョウバエ成虫ではスト）のリズムが復活するかどうか。この場合、周単眼・複眼以外に、幼虫単眼由来のH-B eyelet（図期や位相を供与体（ドナー）とホストで変えてお

２） と い う 組 織 も 光 受 容 能 を 持 つ［31］。H-B

き、ドナーのリズムの特徴を引き継いだリズムが回

eyeletでは複眼と同じロドプシン６が発現している

復することが重要である。３つ目は、候補となる組が［32］、光同調に関する細胞内情報伝達経路は織を単離培養した状態でもリズムが観察できるかど

ショウジョウバエ視覚系で一般的に知られていたもうか。最後に４つ目として、概日測時機構の関連因
子 に 対 し て の 免 疫 組 織 染 色 で あ る。1950年 代 に

触角

単眼 DN1
DN2
LPN
脳葉
th

5 s-LNv

視葉

E oscillator

Harkerが行った、ワモンゴキブリを用いた並体結DN3

合実験［38］以降、上記１〜３のアプローチは主に

LNd
l-LNv

M oscillators-LNv

H-B eyelet
複眼

その結果、ゴキブリでは視小葉（lobula）付近に、
コ オ ロ ギ で は 視 葉 板（lamina） か ら 視 髄（medulla）付近に時計があることが示唆されている［39、40］。
キイロショウジョウバエでは主に４番目のアプ

唇弁

図２ ショウジョウバエ脳内の時計関連細胞の分布
ショウジョウバエは７つの時計細胞群を持つ。lateral
neurons（LNs）は、脳内の位置によってdorsal（LNd）
群とventral（LNv）群に、さらにLNvは細胞体の大きさ
によってlarge（l-LNv）群とsmall（s-LNv）群に分けられ る。LNsの 投 射 先 の ひ と つ で あ るdorsal neurons（DNs）も位置や働きから3群に分けられる。また、lateral posterior neurons（LPN）は温度サイクルに対する同調に重要である。H-B eyeletは幼虫単眼由来の脳内光受容組織である。昆虫の視葉は、視葉板（図中の三日月型の部分）や視髄（図中の半円形の部分）、視小葉（図では見えていない）などの神経叢からなり、視覚情報の処理も担っている。H-B eyeletは複眼と視葉板の間に存在する。
時間生物学

ゴキブリやコオロギを用いて盛んに行われてきた。

ローチ法を用いて研究が行われ、PERタンパク質に対する抗体を用いた免疫組織染色から、視葉近くの側大脳に位置するlateral neuron ventrals（LNvs：
細胞体の大きさで、さらにsmallとlargeに細分される）とlateral neuron dosal (LNd) がひとまずのとこ
ろ時計の中枢と推定された［41、42、43、44］（図２）。1995年には、大部分のLNvsが甲殻類の色素胞に存在する色素顆粒の拡散に関わるホルモン（pigment dispersing hormone： PDH）に対する抗体で染色されることが発表された［45］。最終的に、PDHと類似の配列を持つ18アミノ酸からなる

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）─ 21 ─シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ の 神 経 ペ プ チ ドpigment

候群原因遺伝子FMR1が出力系因子として機能してdispersing factor（PDF; 色素拡散因子）の突然変いることが３グループによって報告されている

0異体pdf も分離された［46］。ちなみに、この突然［57、58、59］。出力系因子に関する最近の話題・動変 異 系 統 も、 最 初 に 見 つ か っ たCRY突 然 変 異 体向については、第２部に詳述する。

b（cry ：cry-babyと読む）と同様に、偶然に単離されたものである。研究室で作製した抗PDH抗体の４. ５

概日測時機構の階層性

染色性を試すために、飼っていた手近の１系統を何

前述の４. ２〜４. ４の解析結果を基盤として、概気なく使ったところ全く染まらず、念のために別の日測時機構の階層性に関する研究も進展している。

ものを試すと見事に染色されたことが契機となった

最近では、上述のE−M振動体の解析例で見られるらしい。

ように、時計関連細胞の組織学的な分布や神経投射

pdf0はDDで次第に周期性を失う。また、GAL4-と機能面での役割分担とを対比した研究の進展が目

UAS法を用いてPDF発現細胞を細胞死させても、覚ましいが［50 〜 54］、ここでは特に、中枢と末梢大部分の個体が無周期になる。PDFが神経ペプチ

で概日測時機構の構成因子にも違いがあるという知ドであることを考慮すると、PDFはLNvsからの時

見に関して紹介したい。

刻情報を別の細胞へと伝える出力因子として機能し

CRYは時計の中枢を構成する細胞では光受容にている図式が浮かび上がる［46］。また、PDF陽性

重要であるが、自律発振には不可欠ではないと考えのLNvsではCRYも発現しており［47］、光情報によられていた［21］。しかし、Hardinのグループは、

る時計のリセットに関与する。よって、LNvsは概嗅覚感度の概日リズムという、触角（末梢組織）に日時計の光入力系、自律振動系、出力系の全てを備

お け る 出 力 系 の 解 析 か ら、 末 梢 の 時 計 細 胞 で はえた細胞、つまり、ショウジョウバエにおける概日

CRYが自律発振に不可欠な因子であることを示し

時計の中枢の第１候補と目されている。

た［60、61］。彼らの一連の研究からは、CRY以外

PDFは発現自体に周期性はないものの、LNvsかにも末梢の時計に特異的な因子が同定されている

らの放出は夜明けごろにピークとなる［48］。とこ［62］。今後も中枢時計あるいは末梢時計のどちらかb

ろで、cry 系統をLLにおいた場合、１個体が２つのだけで特異的に機能する因子の同定は相次ぐものと独立した周期成分を同時に現わすことから［49］、

予想され、概日測時機構の階層性、個々の振動体の歩行活動の朝夕の２つのピークは、周期の異なる２役割分担を分子レベルで説明できる日も近いかもしつの時計で制御されていると考えられ、それぞれMれない。

振 動 体（morning oscillator）、E振 動 体（evening
oscillator)と呼ばれている［50、51、52］。PDFはショ５．マイクロアレイを用いた網羅的な解析

ウジョウバエの朝夕の二峰性の歩行活動のうち、朝５. １

網羅的解析の総論の活動を安定に継続するのに重要で、M振動体への概日測時機構をつかさどる細胞内分子ネットワー

関与が疑われている［50、51］。最近では、E-M振クに関与する遺伝子の大半は、歩行活動リズムの突動体によって、季節に依存した日長や温度の変化に

然変異体スクリーニングにより同定されてきた。と柔軟に同調可能になるという仮説も提唱されている

ころが、ゲノム解読が終了するにつれ、新たな関連［53、54］。上記４. ２で述べた温度サイクル同調系

遺伝子の同定および解析法が生まれてきた。時期・の解明とも関連しており、概日測時機構の階層性や組織特異的な発現を示す遺伝子群や特定の生理的形

適応的意義を考える上でも興味深い。

質に関係する遺伝子群を網羅的に同定し、その後、
それら遺伝子群の相互作用を包括的にシステムとし

４. ４

出力系因子

て捉えていく方法である。DNAマイクロアレイ法

出力系因子に関する同定は、21世紀の初頭までははそのひとつにあたり、ある条件下での遺伝子発現

さほど力点が置かれていなかった。わずかに、転写を網羅的に調べることを可能にした。2001年からに周期性があることから逆遺伝学的に同定された

2002年にかけて、ショウジョウバエの頭部で周期的

takeoutが摂食行動との関連性を指摘されていたのに発現する遺伝子群の同定結果が、５つのグループと［54、55］、羽化リズムに特異的に影響するlark

によって独立に発表された［63−67］。

に関して比較的詳細な解析が行われていたのみと５グループの結果を比較してみると、共通点も多いってよい［56］。この他には、2002年に脆弱X症

いが相互に矛盾した点も多い。そこで、それらの５

時間生物学─ 22 ─

Vo l . 19 , No . 1（ 2 0 1 3 ）つの結果を独自に比較し直した研究もおこなわれて二量体形成のためのOrangeドメインを有しているい る［68、69］。 例 え ばMatsumotoは、 ５ つ の グ

ためこの遺伝子名が付された。cwoの機能はE-box

ループが解析に使用した系統やマイクロアレイの結への結合をめぐるCLK/CYCとの拮抗的な作用に果の検証方法の違いを比較し、それらの差異にも関よって時計遺伝子の振幅の調節をすることと考えらわらず共通して同定された遺伝子を選び出すことをれ、E-boxを介した第３のループの構成因子として試みた［68］。その中のひとつCG5798（USP8）は、位置づけられている（図１）。cwoのドメイン構成

CLKタンパク質の脱ユビキチン化因子であること

は 哺 乳 類 で 同 定 さ れ た 時 計 遺 伝 子DEC1、DEC2が2012年になって突き止められた［69］。一方で、［75］と非常によく似ているが［74］、分子系統樹上

Keeganらは統計処理の再考により、5つの論文ではでの精密な関係性の解明は今後の解析を待つ必要が同定されなかった133個の新規の時計遺伝子候補のある。

選出に成功している［70］。
６．第１部のまとめ
５. ２

網羅的解析がもたらした研究スタイルの変以上、21世紀初頭までの30年間にわたるショウ
ジョウバエのリズム研究を概説した。いま振り返る化
発現に周期性を示す遺伝子が網羅的に同定されたと、新規時計突然変異体のスクリーニングは、いつことを受けて、莫大な数の候補遺伝子１つ１つの機発見できるのかわからない突然変異体を探し続け能解析が必要となった。そのためには候補遺伝子のる、つらく気長な作業であるが、当時は「頑張れば突然変異体や強制発現系統を作製し、概日リズムに

何か新しい概念に結びつく発見がある」という夢やどのような影響があるかを測定することが必須であ

希望にあふれていたように思う。研究をしていて、る。いわゆる逆遺伝学的な解析である。しかし、マ

常にワクワク感があった。そして、当時はどのよう

イクロアレイ解析から見つかってきた遺伝子群の中な遺伝子が概日測時機構に関与するのかも、何個のには、例えばvriのように個体発生に不可欠な遺伝遺伝子が関与するのかも不明であっただけに、大御子［71］も多く含まれている。これらの突然変異体

所から大学院生まで「自分が一番乗りを果たす」の多くは胚発生中に致死になるため、何らかの概日「世界の舞台に躍り出てやる」という、一種投機的リズムを計測することは困難である。

な雰囲気がこの分野の研究者の中に充満していたよこの問題を回避するためには、新規スクリーニン

うに思う。熱い時代であったし、それだけに、学会

グ法の開発が必須であった。そこで、我々を含めて発表や論文査読をめぐって、あくどい駆け引きも数

複数の研究室ではRNAiを採用した。当時、逆遺伝

多く耳にし、実際にいくつか体験もした。しかし一学的な解析手法として注目を浴びはじめていた技術方で、ショウジョウバエ研究者間では、第３節で記である。示し合わせた訳ではないのに、複数の研究したような新規の技術交流や系統の譲渡は、たとえ室が一斉にRNAiを採用したことは、上記のマイク競合相手であっても常にオープンであったし、今もロアレイ解析での５グループの競合とも併せて、技その伝統は継続している。

術の進展によって研究の方向性が左右される好例か

いまでは、概日振動の発振原理の解明に関してはもしれない。ショウジョウバエのRNAiには線虫な一段落した感はあるものの、着眼点や研究アイデアどに見られるような全身性の効果はなく、かつ、一次第では、先人の残してくれたショウジョウバエの過的で非遺伝的である。よって、GAL4-UAS法を用

研究資産を自由に使って、以前よりも洗練された研いた時期・組織特異的な候補遺伝子のノックダウン

究が展開可能である。そういう意味で、いまショウが可能である。我々は時計細胞特異的なノックダウ

ジョウバエのリズム研究で最も求められているのンを狙った。また、RNAiによる遺伝子発現のノッは、新たな着眼点の導入ではないだろうか。次回のクダウンは、遺伝子発現を完全に消失させるわけで第2部では最近10年間での新たな研究展開を概観はない。そのため致死を引き起こす可能性がさらにし、「ショウジョウバエは再び飛べるか」を議論し減少し、スクリーニング効率が上昇することが期待

たい。

できた。
このスクリーニングを通して、我々は複数の新規時計遺伝子候補の同定に成功した。そのひとつがclockwork orange（cwo） で あ る［72、73、74］。
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