ショウジョウバエさなぎの前胸腺に存在する末梢概日振動子に対する神経系の影響
Neuronal influence on peripheral circadian oscillators in pupal Drosophila prothoracic glands
2012年6月19日 Nature Communications 3 : 909 doi: 10.1038/ncomms1922
ショウジョウバエの中枢概日ペースメーカーニューロンと末梢概日振動子の一部である前胸腺細胞でのperiod（per）およびtimeless（tim）遺伝子の周期的な発現は、共働して羽化のリズムを制御している可能性があるが、これらの振動の特徴はまだ明らかにされていない。我々は、中枢神経系からの入力を保持した状態と、切除した状態の前胸腺器官培養を作成し、これをper－ルシフェラーゼと細胞質内Ca2+レポーター（yellow cameleon）を用いて画像解析することで、末梢振動子と中枢振動子の差異および相互作用を明らかにした。単離した前胸腺細胞は、光に非感受性で同期したper転写リズムを示した。しかし、中枢神経系からの入力のある前胸腺細胞でのper転写は、12時間の光照射の後に振幅が著しく増幅され、その結果として核のPER免疫染色レベルに昼－夜の周期性が出現し、自発的なCa2+スパイクリズムが生じた。PER発現とは異なり、核でのTIM発現は中枢神経系とは無関係な昼－夜のサイクルを伴っていた。これらの結果は、中枢神経系における光受容と、中枢神経系から前胸腺細胞へのシナプス情報伝達が、内分泌振動子の分子の「歯車」を調整して、生理学的なリズムを作り出すことを意味している。
- 富山大学大学院 生命融合科学教育部
- 順天堂大学 医学部
- 富山大学大学院 理工学研究部
Rhythmic expression of period (per) and timeless (tim) genes in central circadian pacemaker neurons and prothoracic gland cells, part of the peripheral circadian oscillators in flies, may synergistically control eclosion rhythms, but their oscillatory profiles remain unclear. Here we show differences and interactions between peripheral and central oscillators using per-luciferase and cytosolic Ca2+ reporter (yellow cameleon) imaging in organotypic prothoracic gland cultures with or without the associated central nervous system. Isolated prothoracic gland cells exhibit light-insensitive synchronous per-transcriptional rhythms. In prothoracic gland cells associated with the central nervous system, however, per transcription is markedly amplified following 12-h light exposure, resulting in the manifestation of day–night rhythms in nuclear PER immunostaining levels and spontaneous Ca2+ spiking. Unlike PER expression, nuclear TIM expression is associated with day–night cycles that are independent of the central nervous system. These results demonstrate that photoreception and synaptic signal transduction in/from the central nervous system coordinate molecular 'gears' in endocrine oscillators to generate physiological rhythms.
