朝の光と朝ごはん - 東京大学 大学院理学系研究科・理学部

第 16 回　東京大学理学部公開講演会
朝の光と朝ごはん
- 体内時計の時刻リセット 理学系研究科　生物化学専攻　教授　深田　吉孝
入力シグナル
光
温度
食事
ストレス
活動 など
概日時計の発振系
中枢時計・末梢時計
出力リズム
睡眠・覚醒
体温
代謝機能
血中ホルモン
免疫系　など
図 1：概日時計システム
時計システムは、自律的に 24 時間周期で振動する発振系を中心に、これをリセットする
入力系と時刻情報を表現する出力系の 3 つからなる。
図1
1. 生物が獲得した概日時計
醒の自発周期は約 25 時間である。この時計に
地球の一日は昼と夜に区切られ、ダイナミッ
従って生活すると、2 週間もしないうちに昼と
クな環境変化を繰り返す。この環境変化と同じ
夜が逆転しそうだが、実際にそういう事は起こ
一日の周期性をもって繰り返す生理現象は、動
らない。これは、概日時計が外部環境からの入
物・植物を問わず、非常に多い。永い生物史を
力シグナルによって毎日リセットされ、24 時
ふり返ると、地球の環境変動が約一日周期で規
間の環境サイクルに同調できるからである（図
則的に繰り返されてきた結果、生物はこれに応
1）
。概日時計の特徴は、環境に同調できるとい
答しながら内因性の変動機能を獲得し、リズム
う柔軟性にある。この入力シグナルの中でも、
形成メカニズムが最終的に遺伝子プログラムに
動物と植物に共通する重要なシグナルは明暗の
組み込まれたと考えられる。これが概日時計シ
サイクル、つまり光である。温度や湿度など、
ステムであり、動物では睡眠・覚醒、体温、血
地球上で日内変動する環境因子は多いが、最も
中ホルモン濃度、代謝機能など、多くの生理現
信頼できる時刻の手掛かりとして太陽からの光
象が概日時計に制御されている（図 1）
。
シグナルが選ばれたのだろう。
2. 概日時計のリセット
3. 中枢時計と末梢時計
一日時計と呼ばず、概（おおむ）ね一日と書
哺乳類の行動リズムを支配する中枢の時計機
くのは、周期が生物種によって 24 ±４時間と
能は、脳の中でも自律機能の中枢である視床下
いう広がりをもつからである。ヒトの睡眠・覚
部の小さな領域（視交叉上核）に存在する。最
裏に続く
近、この時計機能は生体内の多くの組織に分布
と食餌に同調した末梢時計は体内で異なる時刻
することが分かってきた。この時計は、視交叉
を示す二重構造を形成し、睡眠・覚醒リズムを
上核の中枢時計と区別して、末梢時計と呼ばれ
はじめ個体としての概日リズムがかく乱され
る。視交叉上核を破壊すると活動リズムが消失
る。本講演では、光と食餌による２つの時計の
するので、その重要性は明らかである。この中
リセットを紹介し、これらのシグナルのタイミ
枢時計の時刻情報は、神経あるいはホルモンの
ングが生体リズムにいかに重要であるかについ
濃度変化を介して末梢時計の時刻合わせを行
てお話しする。
い、この末梢時計が各組織の生理的リズムを支
配する。つまり生体の概日時計システムは、視
＜参考図書＞
交叉上核の中枢時計を頂点とし、これに末梢時
『時計遺伝子の分子生物学』（岡村均、深田吉孝 共編）
、
計が従うという階層構造をもつ（図 2）
。
シュプリンガー・フェアラーク東京、2004
『動物の感覚とリズム』( 七田芳則、深田吉孝 共編 ) 21
4. 光と食餌による生体時計システムのリセット
世紀の動物科学シリーズ第 9 巻、培風館、2007
中枢時計が光でリセットされるのに対し、末
梢時計は独自の入力シグナルによって（中枢時
計を介さずに）リセットされるという特徴をも
つ。例えば活動期に食餌を与えずそれ以外の時
間帯に食餌を与え続けると、末梢時計は中枢時
計の支配から逸れて食餌サイクルに同調したリ
ズムを刻む。この時、明暗に同調した中枢時計
疾患との関連
光
視交
上核
睡眠リズム障害
中枢時計
メタボリック
シンドローム
*
高血圧・肥満
動脈硬化
心筋 塞
入力系による調節
外界の環境因子
図 2：概日時計の階層性
・神経支配
・液性因子
・睡眠覚醒リズム
・摂食リズム
入力系による調節
哺乳類の中枢時計は視床下部の視
交叉上核に存在する。中枢時計は
神経連絡や血中ホルモンを介して
末梢時計
心臓や肝臓などに存在する多くの
末梢時計の位相を制御している。
組織特異性
これらの時計は、それぞれ独自の
時刻特異性
肝臓
腎臓
東京大学大学院理学系研究科・理学部
心臓
血管
図２
SCHOOL OF SCIENCE,THE UNIVERSITY OF TOKYO
入力シグナルによって独立にリ
セットされる。
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