産業技術総合研究所(産総研)は3月26日、体内時計に制御される分子で、代謝の中核的な役割を担う転写を制御する因子の「C/EBPα」(画像1)をマウスの肝臓で発見し、夜中の飲食や不規則な生活が肥満につながるのは経験的に知られているが、分子生物学的にも関わりがある可能性があると発表した。

成果は、産総研 バイオメディカル研究部門の石田直理雄 上級主任研究員らの研究グループによるもの。研究の詳細な内容は、現地時間3月11日付けで米オンライン科学誌「PLoS ONE」に掲載された。また、2013年6月25～30日にアイルランドで開催される第22回国際行動学会議で発表される予定だ。

画像1。体内時計と肝臓で代謝を制御するカギとなる分子C/EBPα

現在、日本を含む先進諸国ではメタボリックシンドロームが問題視されていることは多くの人がご存じのことだろう。日本ではその主要因として、これまでは食生活の西洋化による摂取カロリーの増加が唱えられてきた。しかし最近の研究によると、それだけでは説明できないことも明らかになってきている。日本人のメタボリックシンドロームの主要因として、現在、最も注目されているのは「生活の夜型化による生活リズムの乱れ」だという。

今回、網羅的遺伝子解析と生化学的分析から、体内時計を構成する遺伝子にコードされる転写因子の「時計タンパク質」と、一時的に肝臓で蓄積しておくためにグルコース(ブドウ糖)が重合した「グリコーゲン」の合成酵素の間に、肝臓の糖・脂質代謝の中核的な役割を担うカギ分子であるC/EBPαが存在することが見出された。C/EBPαは、生化学的解析によると、肝臓で24時間活動している遺伝子の産物であり、肝臓におけるグリコーゲン合成や糖新生、脂肪の蓄積などに関わるさまざまな遺伝子の発現をコントロールする因子である。

そしてその上流に、時計遺伝子の1つである「Clock」の産物である制御タンパク質が結合する配列が発見されたというわけだ。この発見が示すのは、体内時計が肝臓でのグリコーゲン貯蔵や脂質代謝制御と関係がある可能性だという。なおClockは、体内時計を構成する複数の時計遺伝子の1つだ。制御タンパク質CLOCKを生産し、「E-ボックス」と呼ばれるDNA配列に結合させることで、その下流の遺伝子の発現を制御する仕組みを持つ。

画像2は、マウスの肝臓における分子C/EBPαの発現の経時的な変化を示したものだ。正常なマウスでは、遺伝子発現に明らかな日内リズムが見られ、日中は発現率が高まっている。一方、Clockに変異のあるマウスでは、1日を通じて発現にほとんど変動がなく、平坦な発現パターンが見られ、発現率も低いことが確かめられた。これが意味するものは、肝臓の代謝を担うC/EBPαの発現が時計遺伝子に制御されている可能性だという。

画像2。時計遺伝子によるC/EBPαの発現レベルの変化。発現量を相対値として表している。正常なマウスにおける遺伝子の最大発現時(8時間)での平均値が100%

そこで研究グループは、C/EBPαの遺伝子配列を調べることにした。その結果、E-ボックスが2つ、C/EBPαの遺伝子発現の制御領域に存在することを発見したとする。さらに、C/EBPαの制御領域の下流に「リポーター遺伝子」(プロモータの下流に結合させて、そのプロモータの働きを調べることを目的とした遺伝子)を連結し、リポーター遺伝子の発現が、培養細胞中で時計遺伝子の発現と同様に24時間周期で振動することも確認された(画像3の1)。

一方、2つのE-ボックス配列に変異を導入し、制御タンパク質「CLOCK」(遺伝子Clockなど体内時計を構成する遺伝子にコードされる転写因子)が結合できなくなるようにしたところ、24時間周期の振動が見られなくなることが判明(画像3の2)。これらの事実から、時計遺伝子はE-ボックスを通じてタンパク質の生産を促進し、C/EBPαの発現を制御していることが確認できたというわけだ。さらに、CLOCKがC/EBPαの発現パターンと同期して、これらE-ボックスに直接結合することも確認されている。

画像3。C/EBPα遺伝子の下流に導入したリポーター遺伝子の発現量。(1)は正常で、(2)E-ボックスに変異が導入されたもの。縦軸はベースラインに対する発現量の変動を表し、横軸は培養時間を表す

C/EBPαを正常に機能させる必須条件は、それを制御する時計遺伝子を正常に機能させることだ。それには体内時計のリセットが必要だが、朝、光を浴びることでリセットされるという事実は、「起床時に頭をスッキリさせる手法」という健康情報として知っている人も多いだろう。C/EBPαが肝臓で制御する遺伝子の中には、朝は食物を分解してエネルギーを得るように機能し、夜は逆にエネルギーを肝臓内に蓄積するように働いていると考えられるものがある。よって、リズムが逆転してしまったり不規則になれば、エネルギーを余計に蓄積してしまったりすることにつながる可能性があるというわけだ。要は、朝にきっちりとリセットする健康的なリズムで生活を送ることで、肝臓などの臓器がそのリズムに伴って働き、体内でも健康的な活動が行われるのである(画像4)。

画像4。規則正しい生活で体内時計を動かすことが健康の要だ。体内時計が狂うと、それによってコントロールされる代謝遺伝子も正常に機能しなくなってしまう

今回の発見は、肝臓で代謝の中核的な役割を担う分子C/EBPαが、時計遺伝子によってその発現を制御されていることが、初めて実証されたというものだ。夜中の飲食や不規則な生活が肥満の原因になるということは経験的に知られているが、これが分子生物学的にも関わる可能性があることがわかったのである。つまり、エネルギーを蓄積するよう代謝が働く夜間に食事を摂れば太りやすくなり、体内時計の変調もまた代謝に悪影響を与えるということだ。

以上のことからC/EBPαが正常に機能しなくなると、メタボリックシンドロームや肝硬変などの影響を与える可能性があると、研究グループは述べている。なお今後については、代謝を制御するカギとなるC/EBPαと肝臓の働きについての研究を進め、関係性を明らかにしていく計画としている。