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２部 ショウジョウバエ再び−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：Department of Neurobiology, Northwestern University）
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レベルでの解析に関して、これまでキイロショウジョウバエ（Drosophila melanogaster ）が果たしてきた役割はきわめて大きい。前巻掲載の第1部では1970年代から21世紀初頭までの30年間の研究成果を振り返った。今回の第２部では、比較的最近になって新規に開拓された、あるいは、新たに注目を浴びるようになった研究
分野や研究の方向性に関して概説する。まずは、我々が最近注目して解析してきた膜タン
パク質による概日リズムの制御に関してやや詳しく紹介したい。次いで、最近10年ほどの間に開発された解析技術を用いた新しい研究の流れを概観することで、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。

は第１部４. ３および第１部図２参照）に特異的で１．膜タンパク質と概日リズム
第１部で記した通り、これまでのショウジョウバ

あるのに対し、PDF受容体の発現はLNvsだけにとエの概日リズムの研究は、転写翻訳に関わる遺伝子

どまらず、それらのニューロンの投射先のひとつで群の同定と解析を中心に発展してきた。実際に、第あるdorsal neurons（DNs）にも観察される［５、１部５. ２で記した我々のRNAiスクリーニングから

６、７］。PDFが出力系因子であることを考慮すれ得られた時計遺伝子候補の大半も転写関連因子でば、PDF受容体も時刻情報を中枢時計から末梢にあった［１］。しかし、ショウジョウバエのような伝えるために重要な機能を担っているといえる

多細胞生物では、時計中枢を構成する細胞同士、ま［２、３、４、８、９］。

た中枢から末梢への時刻情報の伝達があってこそ、個体内での時間的な秩序を保つことが可能になる。

１. ２

よって、転写翻訳関連因子と同様に、細胞膜に存在＋

イオンチャネル

Na /Ca2＋ チ ャ ネ ル を コ ー ド し て い るnarrow

するタンパク質も概日リズムの形成に重要と考えら

abdomen（na）は、時計関連の機能を果たすことれる。

が2005年に報告された［10］。naはLNvsやDNsなどの時計ニューロンで発現しているが、突然変異体で１. １

Gタンパク質共役７回膜貫通型受容体

あってもそれらの時計ニューロンでの既知の時計遺現時点では、膜タンパク質は主に時刻情報の出力

伝子の発現量には変化がない。また、na突然変異系との関連で解析される傾向が強い。例えば、第１体の表現型は主に予知活動の変化としてのみ表れ部 ４. ３ で 紹 介 し た 出 力 系 因 子 で あ るpigment

る。このことから、この因子は出力系に関与すると

dispersing factor（PDF）の受容体は2005年に３グ推測されている［10］。これとは別に、2007年にはループによって同時に同定された［２、３、４］。

Ca2＋ 依 存 性K＋ チ ャ ネ ル を コ ー ド す るslowpoke

PDF受容体は構造的にはGタンパク質共役７回膜貫（slo） が 出 力 系 遺 伝 子 と し て 同 定 さ れ て い る

通型受容体に分類される。PDFの発現が時計関連［11］。sloの突然変異体は無周期になるが、LNvsや細胞の中ではlateral neuron ventrals（LNvs：詳細

DNsなどの時計ニューロンでの時計遺伝子の発現量✉akirarcb@sakura.juntendo.ac.jp（〒270-1695
時間生物学─ 70 ─

Vo l . 19 , No . 2（ 2 0 1 3 ）

千葉県印西市平賀学園台1-1）

に影響しないため、出力系に関与すると推測されて

プ）が形成されている。一方、既知の時計遺伝子のいる。実際に、sloの発現領域はLNvsやDNsといっ多くと同様に、E23 の発現はCLK/CYCの周期的なた時計の中枢となる細胞ではなく、脳内にまばらに

制 御 を 受 け る。 さ ら に、 時 計 遺 伝 子vriの 発 現 も発現しており、naとは発現パターンに大きな違い

E23 と 同 じ くCLK/CYCと エ ク ダ イ ソ ン の 両 方 にがある［11］。つまり、同じ出力系の遺伝子といっ

よって制御されており、エクダイソンが細胞内に豊ても、概日測時機構の階層性から見ると、naは中富に存在するとvriの発現レベルが上昇する。VRI

枢からの直接的な出力に、sloはもっと末梢での制タンパク質が過剰に発現すると、Clkに対するシビ御に関与している可能性が高いのかもしれない。いアな発現抑制が生じる。エクダイソンとE23によるずれにせよ、このように膜タンパク質は、もっぱら第４のループは、こうしてClkループと密接に連動

時刻情報の伝達に重要な因子として解析されてきして機能しており、E23 を強力にノックダウンする

た。

と無周期の表現型が、弱いノックダウンでは長周期の表現型が誘導される。逆に、E23 の構成的な強制

１. ３

膜輸送体ABCトランスポーター

多くの生物においてその種類が最も多い膜タンパ
ク 質 の ひ と つ がABCト ラ ン ス ポ ー タ ー（ATP

発現では無周期の表現型が誘導される。よって、第４ループは概日振動の発振に不可欠であると考えられる。

binding cassette transporter）である。ABCトラン
スポーターは、ATPを加水分解して得たエネルギー

１. ３. ２

第４ループの発見意義を用いて物質の輸送を行う膜タンパク質で、キイロ

膜タンパク質であるABCトランスポーターを対ショウジョウバエには56個の遺伝子が存在すると、象とした我々の研究は、思いがけず第４のループのゲノム解析から推測されている［12］。

発見に結び付いた。我々はこの発見に対して、新た

我々は、これらを対象に、RNAiを用いた時計細胞特異的なスクリーニングを網羅的に行い、無周期な時計遺伝子の発見ということ以外に２つの意義を見出している。

を誘発するものを３つ、周期に影響を与えるものを

まず、第４のループはエクダイソンという細胞間５つ発見した［13］。その中のひとつEarly gene at

情報伝達因子を介すため、時計関連細胞間での時刻

23 （E23 ）のノックダウン系統はきわめて明瞭な長情報の伝達に直接的に関与する可能性を秘めてい周期を示した。E23 は第１部５. ２で紹介したマイる。これは、転写翻訳という細胞内過程のみで成り

クロアレイ解析後のRNAiスクリーニングでも時計立つ既知の３ループとは対照的な性質である。第４遺伝子候補として記載されていたが、概日リズムへ

ループが本当に時刻情報の細胞間伝達に関与していの関与メカニズムの詳細は不明であった［１］。

るならば、自律振動の形成メカニズム自体が、時刻情報の入力系および出力系を包含して成立している

１. ３. １ E23 とエクダイソン：第４のループことになる。自律振動体を入力系や出力系とは分離

E23 は、もともとショウジョウバエの唾腺染色体の縞模様の中の23という領域に生じるパフの原因遺伝子として同定された［14］。昆虫のステロイドホ
ルモンであるエクダイソンに応答して転写がすばやく活性化することからこの名前が付けられている。
エクダイソンは脱皮ホルモンともよばれる。
我々は、E23 が時計遺伝子の転写翻訳フィード
バックループの制御に不可欠であることを突き止めた［15］。その概要は以下のように要約できる（第２部図１）。まず、E23 はエクダイソンによって転写が活性化される一方で、その産物であるE23タン
パク質は細胞内のエクダイソンを細胞外に排出する
ABCトランスポーターとして機能する。つまり、
細胞内エクダイソン量とE23 発現量の間には、独自のネガティブフィードバックループ（第４のルー
時間生物学

図１ E23−エクダイソンのループ（第４ループ）
細胞内に入ったエクダイソンは、核内受容体EcR/
USPの二量体に結合し、
E23 やvri の転写を活性化する。
一方で、E23タンパク質は細胞内のエクダイソンを細胞外に輸送する。E23 とvri の転写はCLK/CYCによっても調節されており、第４ループはClk ループと密接に連動して働く。

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して考えていた旧来の単純な図式は変更を迫られ、であろう。実際、大物因子はほぼ同定しつくされた

新規のモデルによって概日測時機構を捉え直すことと思われていた中、最近になって、転写翻訳ループが今後必要になるかもしれない。この可能性を認識に必須な因子として核内受容体unfulfilledが新たにする契機となった点が、我々の考える1つ目の意義同定された［22］。脳内の時計細胞の中でも、M振である。

動体を構成するs-LNvsという数個の細胞群（詳細は次に、膜タンパク質は出力系との関連で解析され第１部4.3および図２参照）で特異的に機能しておることが多かったが、E23 の発見により、振動形成

り、後ほど2.2で詳述するが、新規技術を用いるこに不可欠な膜タンパク質も存在することを示せた。

とで初めて達成された成果と言える。

今後、いったん転写翻訳ループから離れ、別の視点

これまでは、時計遺伝子の転写調節や、時計タンからアプローチすることで、転写翻訳関連因子以外

パク質に対するリン酸化や脱リン酸化、ユビキチンの重要因子が見つかってくる可能性がある。その先化などの修飾因子の研究に注目が集まっていたが、例を示した点が２つ目の意義であると考えている。

2011年にはLimらによって翻訳調節因子twenty-four（tyf）が発表され、2013年にはTYFのパートナーと

１. ３. ３エクダイソンと概日測時機構の関連性―

してATAXIN-2がLimとAllada、およびZhangらの今後の課題

２ つ の グ ル ー プ に よ っ て 同 定 さ れ た［23、24、

これまでにも、キイロショウジョウバエ以外の昆25］。転写翻訳フィードバックループの制御という虫では、エクダイソン量が概日リズムを示すことは大枠の中には留まっているが、今後の発展が期待で指摘されていた［16、17］。ショウジョウバエでもきる領域のひとつである。

エクダイソンと概日測時機構との関連性を考える上で興味深い報告がいくつかある。幼虫や蛹の前胸腺

２. １

非転写翻訳振動では時計遺伝子が強く発現していると報告されてい最近、植物や哺乳類を使った実験系で話題になっるが［18］、前胸腺はエクダイソンの合成や放出にている、転写翻訳を介さない振動メカニズムの追求

関わる器官で、羽化リズムの成立にも重要なことがは非常に魅力的な新規テーマである［26］。

わかっている［18、19］。羽化リズムという出力系

実は、かなり以前からper0にも同調可能な光サイに、どのようにエクダイソンが関与しているのか、クルの周期に限界があることを根拠として、perの大いに興味の湧くところである。また最近、単離培

関与しない発振メカニズムの存在が予測されていた養した前胸腺を用いたPER/TIMの染色やカルシウ［27］。さらに、per0に限らず、無周期とされるさま

ムイメージングが行われ、光による応答がPERとざまな系統でも、しばしばサーカディアンレンジ

TIMで異なることが示された［20］。エクダイソン（24±4 hr）に明瞭な周期成分が検出される事例

が概日リズムの入力系や自律発振系に何らかの作用が、ショウジョウバエ研究者の間では密かに噂されを及ぼしている可能性があればおもしろい。

ていた。しかし、それが概日リズムの諸性質を満た以上は、幼虫や蛹における報告例であるが、成虫すものかを厳密に検証した者はいなかったし、何よのリズムに対するエクダイソンの機能に関しての研り、表立ってこれを（特にショウジョウバエ研究者

究例はほとんどなく、未開拓の研究分野であった。

以外の前で）話題にするのは、一種のタブーのようしかし、最近になって、成虫の睡眠にエクダイソン

な雰囲気すらあった。そのような理由からか、転写が関与している可能性が指摘された［21］。睡眠と翻訳フィードバックループ仮説から逸脱するかに見いう新規の研究領域にエクダイソンが関係していたえる実験結果を記載したショウジョウバエ論文は、ことは大変に興味深く、今後の進展に注目したい。

我々が知る限り、わずかに次の２報のみである。まず、YangとSehgalは、per01；tim01二重突然変異を

２．転写翻訳フィードバックループを超えてバックグラウンドとして、それらの時計遺伝子のいショウジョウバエを用いた概日リズム研究では、

ずれか一方でも構成的に強制発現するだけで（転写第１部２. ３の５大テーマの筆頭「発振メカニズム

レベルの振動が無くてもタンパク質レベルの振動がの解明」に関しては、ほぼ一段落したという意見が、ある程度の割合で活動リズムがs-LNvで生じれば）大勢を占めているとみて間違いない。もちろん、今回復することを示している［28］。また、Collinsら

後も時計遺伝子の転写翻訳フィードバックループ制

は、cryb突然変異のバックグラウンドではper0でも御に関する研究はさらに精緻に進められていくこと

LDで予知活動を示すことを報告している（ただ時間生物学─ 72 ─

Vo l . 19 , No . 2（ 2 0 1 3 ）し、DDでは無周期だったためか、この予知活動を積み残された難しい課題の完全解決には、ショウ

TIMの未知の機能に帰結する方向で議論を行ってジョウバエの実験系といえども、まだ多くの時間を

おり、iconoclastic observationなどの単語を並べて必要とするかもしれない。しかし、これは逆に考えいる割には歯切れが悪い）［29］。日本でも、低温条れば、今が新規参入の絶好のチャンスであるともい

0件では、比較的再現性良く一定の割合でper 個体がえる。

明瞭な周期性を示す報告例はあるが、現象論に終始するだけで明瞭な結論は得られていない［30］。

２. ３

時計情報の出力系の解明

これとは別に、ショウジョウバエをはじめとする発振メカニズムの解明がおおすじでは一段落した

昆虫のクチクラ形成におけるper-less振動に関する

近年、ショウジョウバエの概日リズム研究のトレン研究が進展している［31、32］。しかし、その分子ドが出力系因子の解明になっていることは、当然とメカニズムは依然として謎のままである。こうしたいえるかもしれない。我々が膜タンパク質に着目し未完のテーマも、転写翻訳を介さない振動メカニズ

たのも、そもそもは、まさにこの流れの中に位置づ

ムの解明によって、一挙に解決されるのではないか

けられる。さらに、第１部で紹介したようなショウと期待される。

ジョウバエの遺伝学的解析技術の向上により、出力系に関わる因子を、巧妙に解析可能になってきたこ

２. ２

温度補償性

とが、この傾向に拍車をかけている。

発振メカニズムの解明自体は、ほぼ一段落したと

例えば、Konopkaの時代には、突然変異のスク

はいえ、周期の温度補償性の成立原理の解明は、今リーニングには個体レベルでの周期異常を観察する

後に残された大きな研究テーマのひとつといえよ以外になく、また、同定された時計遺伝子の働きう。近年、シアノバクテリアや哺乳類の実験系で、を、時計の中枢と末梢で区別することは非常に難し

リン酸化過程がこの性質を生み出すために重要な役かった。ところが現在では、時計の中枢は正常なま割を担っているという報告がなされている［33、まで、ある遺伝子機能を末梢組織だけで阻害する、

34、35］。ショウジョウバエでは温度補償性に関すあるいはその逆などの操作を施し、何が起こるかをるいくつかの突然変異体や自然集団での変異の報告

容易に観察することができるようになっている。第があるのみで［36、37、38］、分子レベルでの解析

１部３. ４で記したMARCM法［37］などの活用には全く手付かずの状態にあるといっても過言ではな

より、以前は微小手術でしかできなかった解析と遺い。これは、新しモノ好きで、どの分野にでも首を伝学的な解析を、一挙に細胞・組織レベルで実行可突っ込みたがるショウジョウバエ研究者にしては珍能な環境が整って来たわけである。さらに、時計遺しい状況といえる。大きな要因のひとつは、ショウ伝子の転写翻訳フィードバックループ制御に関する

ジョウバエでは、自律的な概日振動を示す細胞培養

莫大な知見も蓄積されてきた。それだけでなく、株が確立されていないことだと考えられる。そもそショウジョウバエの発生学や神経生物学で培われもショウジョウバエの利点はin vivoでの解析系がた、ニューロン１つ１つの投射パターンの詳細な突出して発展しており、例えば、哺乳類と比べて、マップや、脳の特定の領域でどのような神経伝達物

比較的短時間でin vivoでの実験結果が得られるこ質が働いているかといった知見も利用可能となってとである。しかし、温度補償性の解明には、in vivo

きている。

の 実 験 だ け で な く、 む し ろ 培 養 細 胞 を 用 い たin

概日リズムの出力系の解析の進展は、とりもなお

vitroに近い実験系の方が好ましい場合がある。自さず概日測時機構の階層性の解明にもつながる。将

律的な概日振動を示す細胞培養株の確立は、多くの来的には、ショウジョウバエ１個体の中での時刻情ショウジョウバエの概日リズム研究者に待ち望まれ報の処理が、さまざまな組織・細胞の連携によってているが、我々を含めた複数の研究室での長年の努

どのように統御されているか、その全体像が明らか力にも関わらず、満足できる培養細胞株の樹立にはにされるであろう。

至っていない。こうした実験系の確立は、大きなブ
レークスルーにつながることが期待できる。

２. ４

micro-RNA関連機構

温度補償性の成立原理の解明の先には、概日時計

この流れの中での典型な解析例は、最近発表されの頑強性と安定性の成立原理の解明という、もう一た２つの論文にみることができる。また、この２つ段ハードルの高い課題がひかえている。これらの、の論文はともにmicro-RNA（miR）の機能に着目し

時間生物学

Vo l . 19 , No . 2（ 2 0 1 3 ）─ 73 ─

ているという意味でも新しい研究コンセプトから生に、micro-RNAの標的となる因子まで同定し、そみ出されたものといえる。

の因子の機能解析を含めて１報の論文として発表し2012年のLuoとSehgalの論文は、時計細胞特異的ていることは、今後の研究および論文発表のスタイな遺伝子の過剰発現誘導によるスクリーニングを発ルを考える上で非常に参考となる。ショウジョウバ

端とした順遺伝学的な研究である［40］。miR-279

エの分野においては、単なる因子同定とその機能のの過剰発現により無周期の表現型が誘導されたが、簡単な解析でひと仕事まとめる、という時代はすでこれが中枢時計に効いているのか出力系に効いていに終わったと見るべきかもしれない。

るのかを選別する必要があった。そこで、組織特異的に遺伝子発現を調節できる系統を駆使し、さらに

２. ５

新規解析技術の活用

抗PER抗体を用いた免疫組織染色による細胞レベル

ショウジョウバエ独自の解析技術の向上とは別でのリズム観察が行われた。その結果、中枢時計でに、次世代シークエンサーの普及によって、micro-のPERの発現に変化がないことが突き止められ、RNAやnon-coding RNAといった非翻訳RNAの研究

miR-279の作用は出力系であると推測された。miR-が、 以 前 よ り も 格 段 に 行 い や す く な っ て い る。

279の標的遺伝子を同定し、その発現領域を絞り込

Rosbashのグループは、前述以外にもこの技術を用むことで、最終的にはmiR-279の標的遺伝子のター

い た リ ズ ム 関 連 論 文 を 発 表 し て い る し［42］、

ゲットはフィードバックループの構成因子ではな

Nitabachのグループも脳内で周期的に発現していく、JAK/STATの系であることも突き止められた。

るトランスクリプトの網羅的な同定をRNAシーク

つまり、同定されたmicro-RNAは、時計の中枢そ

エンスで行っている［43］。

のもので機能するのではなく、概日時計の階層性か

これに加えて、ショウジョウバエの利点である遺らすると、中枢から一段下位の役割を果たす組織に

伝学的手法を活かせば、きわめて限定的に特定の組

おいて、中枢からの時刻情報を修飾して末梢へと流織・細胞を狙ってRNAを精製し、上記の解析に供す役割を果たしていると結論付けられた。

す る こ と も 可 能 で あ る。 た と え ば、 脳 内 の 時 計

大御所Rosbashのグループも、最新の解析技術をニューロンだけを選別するためにGAL4-UAS法を駆使した研究を発表している［41］。彼らは、次世

用いて特異的にGFPを発現させ、これを指標として

代 シ ー ク エ ン サ ー を 用 い たRNAシ ー ク エ ン ス に

時計ニューロンを解剖によって１本ずつ選り分けて

よ っ て、 発 現 に 概 日 振 動 を 示 すmicro-RNA

採集し、遺伝子発現を比較した事例がある［６］。

（miRNA959-964）を逆遺伝学的に同定した。そのショウジョウバエ研究者にとっても、これは驚くほ

後、この領域からmiRNA959-962の領域のみを相同

どの職人技であるが、より簡便に大量のサンプルを組換えで欠損させた系統を準備した。これをバック扱う方法としてFACS（ﬂuorescence activated cell

グラウンドとして、さらにGal4を挿入した突然変異

sorting） を 行 う 方 法 も す で に 確 立 さ れ て い る

体を用いた解析を加えている。miRNA959-962の発［44］。これを駆使すれば、特定のニューロンで発現

現部位を特定してみると、それらは中枢ではなく脂するRNAシークエンスが原理的に可能である。前

肪体（機能的には哺乳類の肝臓とよく類比される）

述の核内受容体unfulﬁlledの発見もこの技術を駆使

で 発 現 し て い た。 こ の こ と か ら、 彼 ら は、した成果といえる［22］。類似の方法を使った研究

miRNA959-962は出力系で機能していると推測し、成果はこれから続々と発表されてくるはずである。

最終的には代謝、免疫系との関連性を示唆する結果を得ている。

２. ６

概日リズムの生理・生態学的意義づけ

前者が順遺伝学、後者が逆遺伝学的な方法論を用

概日リズムの生理・生態学的な意義の解明といういているという違いはあるにしても、どちらの研究

課題は、第１部２. ３でショウジョウバエを用いたも高度に発展した遺伝学的な手法、特に遺伝子発現

時間生物学の５大研究テーマの最後の項目として挙の組織特異的な調節方法を駆使した研究である。さげたが、実は、これまでは、ややおろそかにされ気らに、ショウジョウバエでは中枢神経系での神経投味であったと言わざるを得ない。ショウジョウバエ

射パターンの詳細が解明されているからこそ可能でが、ミツバチの時刻記憶や鳥の渡りのような行動をあった研究である点も見逃せない。くり返しになる

示せば、概日リズムの生理・生態学的意義を考えるが、micro-RNAという新しい因子に着目した点で上で格好の研究対象と成りうるが、そのような行動も、新しいコンセプトに基づく研究であるが、さらはまだ発見されていない。よって、太陽コンパス定時間生物学

─ 74 ─

Vo l . 19 , No . 2（ 2 0 1 3 ）位への概日測時機構の関与を探ること［45］など、多くの知見が明らかになれば、ヒトの疾患の解明に現時点では諦めるほかない。休眠に関しても、残念

役立つ情報を提供できるようになるであろう。ショ

なことにキイロショウジョウバエは明瞭な表現型をウジョウバエの利点は、昆虫特異的な基礎研究だけ示さず［46］、先導的な役割は果たせていない。たにとどまらず、遺伝子という共通の素材を通して、だし、第１部４. ３で示したように、eveningおよびヒトの疾患研究のモデルとしても使えることにもあmorning（E-M）振動体の役割分担が、季節に依存る。ハンチントン病や脊髄小脳変性症などの神経変した日長や温度の変化（光周期）に対する柔軟な同性症においては、ショウジョウバエがモデル動物と調能に重要なことが明らかにされつつあり［47、して使用されてきた実績があり［56、
57］
、すでに、

48］
、この分野の進展具合によっては、状況が打開

この方向性での概日リズム関連研究も開始されていされる可能性は高い。

る。例えば、キイロショウジョウバエを用いた、加

そもそも概日リズムを生理・生態学的に意義づけ

齢や神経変性疾患と概日リズムとの関連性に関するることは、ある意味で、生きているとは何かを問う

研究は、比較的目新しい研究領域に属するが、すでのに等しく、本質的に難しい問いである。よって、に興味深い成果をあげている［58、59、60］。また、

ショウジョウバエの利点を活かしてこの課題に分子

厳密な意味では時間生物学とは若干分野が異なるかレベルで取り組むには、概日振動の自律発振、同もしれないが、第２部１. ３．３でも少しふれたショ

調、出力系に関する分子メカニズムや、個体内でのウジョウバエの睡眠に関する研究［61、62、63］も、

概日測時機構の階層構造に関する知見の充分な蓄積

ヒトの健康維持や脳機能の解明と密接に関連しておが前提となる。ショウジョウバエの分野といえどり、この流れの中に位置付けられるものであろう。

も、まだ機が熟していなかったという見方もできるかもしれない。その中で、概日測時機構による交尾

３．ショウジョウバエ研究の今後

時刻の制御に関する研究は、社会行動や適応という以上、第２部では最近10年間のショウジョウバエ

進化・生態学的な視点から概日リズムの重要性を考での研究成果を概観し、現在、拓かれつつある研究える端緒となるものであり、今後再び注目を集める

領域について紹介した。さらに、いまだ手つかずの可能性を有している［49、50］。また、最近になっ研究方向に関しても、我々の知識や理解の及ぶ限りて、実験室内と自然界（を模した実験環境）で概日での考察を試みた。

測時機構の振る舞いを比較した研究がヨーロッパの今後、ショウジョウバエを用いた概日測時機構のグ ル ー プ か ら 立 て 続 け に 発 表 さ れ て い る［51、研究はどのように進展していくだろうか。おそら

52］。概日リズムの適応的意義を探ることを志向しく、しばらくの間は、大きく次の２つの方向に向かた研究は、今後さらに増えてくることと思われる。

う研究が主流になると予想される。ひとつはショウ

さらに踏み込んで、概日測時機構が進化的にどのジョウバエにおけるさまざまな出力系の解明であように生じ、どのような機能上の洗練（選択や淘る。もうひとつは、温度補償性の成立原理や概日測汰）を受けてきたかについての研究は、個々の時計時機構の適応的意義など、本質的に解決の難しい課

遺伝子に関する分子進化的な研究［53、54］を除け題へのチャレンジである。ただし、前者は個別の生

ば、我々が知る限り、ショウジョウバエを用いた本理現象に密着しているだけに、その遂行には、手間

格的な解析は行われていない。しかし、ごく最近、と時間、根気が必要であるが、研究結果の普遍性とキイロショウジョウバエの近縁種で時計遺伝子群のいう観点からは、課題の重要性に比して、ショウ発現組織を比較した研究が発表された［55］。ドイ

ジョウバエ以外の分野に与えるインパクトがやや弱ツ のHelfrich-Försterの グ ル ー プ の 研 究 で、 ヨ ー

くならざるをえない。後者は、至近要因にしろ、究

ロッパにおける進化・生態学的な視点へのシフトの極要因にしろ、ひとたび結果が得られれば、他分野

動きが読み解ける。概日測時機構のシステムレベルにも大きな影響を与えることは必至であるが、クリでの進化に関して、先鞭をつける研究が日本からもアな結論を得ること自体が難しい。これが一種の閉発表されることに期待したい。

塞感として、しばらくはショウジョウバエのリズム

概日リズムの生理・生態学的な意義の解明というテーマの追及は、また一方で、応用的な課題への発研究分野に重苦しくのしかかり続けるかもしれない。

展の可能性も蔵している。概日測時機構は非常に多

この状況は、ある意味で、ショウジョウバエでくの生理現象に関与するため、ショウジョウバエでper突然変異体が分離される直前、約40年前の時間

時間生物学

Vo l . 19 , No . 2（ 2 0 1 3 ）─ 75 ─

生物学分野と重ね合わせることができるかもしれな

最後に、はるか将来のことになるかもしれないい。いろいろな生物の示す、さまざまな概日リズム

が、概日測時機構の究極の理解に向けて、どのようやその特徴に関して、多くの知見が精力的に集めらにショウジョウバエの実験系が貢献可能かを考察しれつつあり、現在の我々から見ても高度でエレガンて、この総説を終わりたい。

トな解析も行われていたが、しかし、決定的な「何ヒトが自然現象を理解するとき、人為的にその現か」あるいは「コアとなる概念」が欠けていた時代

象を再構成できるようになって、はじめて本当の意である。もちろん著者達はその時代には居合わせて味で理解したことになるという考え方がある。概日

いないので、諸先生方のお話を聞いての想像であ

測時機構の解析に関してはどうであろうか。ヒトがる。例えば、リズム分野にも詳しいあるショウジョ

本当に概日測時機構を理解したかの最終証明のため

ウ バ エ 分 野 の 先 生 は、 学 生 時 代 にKonopkaとには、人工的に設計した因子群を使って、生体が元Benzerの論文［64］を目にした瞬間「やられた！

来持っている概日測時機構を完全に補償できる人工

本当に突然変異が取れたんだ！」と衝撃が走ったとの分子ネットワークを、in vivoで再構成するこという。別の先生によると、当時は「概日リズムは多が必須となるであろう。このようなことを議論する

因子形質であり、強力な表現型の突然変異を分離すのは、非常に空想的でこの場にはふさわしくないとることは不可能、ショウジョウバエ遺伝学には出番

いう誹りは免れえないと思うし、百歩譲って空想をがない」という、いま考えてみると根拠のない常識お許しいただいても、時間生物学の研究課題というがあったらしい。生態学の分野から参入された時間

よりも、最近勃興してきた合成生物学の守備範囲

生物学の大家の先生は「これからは生態学すら遺伝［65］であると強く感じられる方々が大半だとは思子の時代か…と思いましたね」と感慨深げに話されうが、あと少しなのでお付き合いいただきたい。

ていた。

もしも実際にこのプロジェクトが実行される場合

時計遺伝子の発見は、当時の常識や既成概念、一は、まず、生体外で人工因子群が設計・作製される部の研究者が感じていた閉塞感を吹き飛ばす強烈なだろう。設計には、概日測時機構の発振原理のみなインパクトを持っていた。その後の研究パラダイム

らず、さまざまな入力系、多くの生理現象に対するのシフトを促したといってもよい。現在のショウ

出力系に対応するため、それらに関する広範で精緻

ジョウバエ分野で渇望されているのは、まさにこうな莫大な量の知見が必要とされるに違いない。因子

いったパラダイムシフトを誘発するような、これまの作製のために使われる素材は、我々の知るDNA

でとは全く違った新しい視点・新しい研究コンセプ

やタンパク質だけとは限らないかもしれない。因子トの導入ではないだろうか。ひょっとすると、そのが作製できれば、概日測時機構をいったん破壊した

核となる発想は、すでに思いがけないところにいく

個体にこれらの因子群を導入し、機能させる段階につか転がっているかもしれないし、いま現在、芽吹入る。個体の示すリズム現象や個体内の時間的秩序きつつあるのかもしれない。

がどのように回復されるかが試金石となる。数多く

第１部２. ３でもふれたが、時間生物学におけるの因子を扱うために、遺伝子導入作業を幾度となく大きな研究テーマは不変である。古くから提唱され繰り返す必要があるに違いない。もちろん、１回のてはいるが、未解決のまま残された課題はいまだに試行だけで成功することは考え難い。因子設計から多い。今後も、ショウジョウバエの分野で次々に開の練り直しが何度となく必要になるだろうし、失敗

発される新規の遺伝子操作技術や関連知見を背景を糧として新たな知見が得られることも多いと思わに、これらの課題は徐々に解明されていくことと思れる。

われる。しかし、分子レベルでの解析技術が大幅にこうしたプロジェクトのプラットフォームとなる

進歩して来た今だからこそ、古典的な知見や課題に実験系は、どのような条件を満たしている必要があ

対して、現在の知見と技術を踏まえた上で、新しいるだろうか。まずは、遺伝子導入技術や遺伝子操作

視点から解析し、その結果を新しい視点から解釈し技術が発達していることが必須である。さらに、多なおすことによって、新たな飛躍につながる可能性

くの生理学的知見が蓄積されていること、実験に供が大いにある。再び、研究にワクワク感が戻ってくされるのが動物ならば、神経回路のマップが完備さることを期待したい。

れていることなども必須条件となる。さまざまな生
理現象や行動における概日リズムの回復を指標にす

４．おわりに時間生物学─ 76 ─

―究極の理解にむかって―

Vo l . 19 , No . 2（ 2 0 1 3 ）るため、それらのリズムの計測技術が発達している

ことも重要である。因子群を組込む際のバックグラ
ウンドとなる無周期系統など、突然変異体も豊富に準備できると申し分ない。
プロジェクトの初期段階では、酵母などの単細胞生物や培養細胞を使用するのが定石と考えられるが、究極の証明には、身近な多細胞生物を使った研究が必須となるに違いない。一方、このような野心的な取り組みでは、初期の段階からあまりにヒトに近い生物を使うと、倫理的な問題が不必要に大きくなる懸念がある。ここまで考えを進めてみると、このプロジェクトの実験プラットフォームとして採用

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ウジョウバエをおいて他にない、と我々は思う。

［19］Myers EM, Yu J, Sehgal A: CurrBiol13 526-

おそらく、時間生物学分野におけるショウジョウ
バエは、ヒトが本当に概日測時機構を理解したかを最終的に証明する日まで重要なモデル生物であり続け、そのプロジェクトの成功をもって、使命を終了すると考えられる。ショウジョウバエの時代は終わったと言う声を最近よく耳にするが、その日まで、まだまだ活躍の場は残っている、あるいは、その日にむかってさらに広がりつつあると信じたい。

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補遺（2013）

前巻冊子体に掲載された第１部図２に誤りがあり［25］Zhang Y, et al: Science 340: 879-882（2013）ました。時間生物学会ホームページに掲載された［26］O'Neill JS, et al: Nature 469: 554-558（2011）

PDF版では正しい図に差し替えられておりますの［27］Helfrich C, Engelmann W: Z Naturforsch42C:

で、ご参照ください。

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