中高生と“いのちの不思議”を考える─生命科学DOKIDOKI研究室

いくつかの時計遺伝子と、時計遺伝子からつくられる時計タンパク質が関係しています。

遺伝子がタンパク質の設計図だということは知っているでしょう。タンパク質にはさまざまな種類があって、細胞の形や動きに関与するものや、酵素として働いたり情報の受け渡しを行うタンパク質など、私たちの身体の中でいろいろな機能を果たしています。このうち、体内時計のオンオフのスイッチや、時計を動かすネジや歯車など“体内時計の部品”の役割を果たすのが時計タンパク質で、時計タンパク質をつくり出す設計図の暗号が書き込まれているのが時計遺伝子なのです。

体内時計の分子メカニズムの解明が進んだのは20世紀の後半になってからです。ショウジョウバエの突然変異体の研究をしていたカリフォルニア大学のシーモア・ベンザ―教授が、1971年に1日の長さが18時間と30時間のハエや、体内時計のリズムを持たないミュータント（変異体）を発見したのです。その後、1984年にこの変異の原因遺伝子がクローニングされ、時間の長さを狂わせることから「ピリオド遺伝子」と名づけられました。これが世界で初めて発見された時計遺伝子です。次いで1994年に第2の時計遺伝子である「タイムレス遺伝子」が、そして1997年に同じ遺伝子がマウスにもヒトにもあることが報告され、その後、次々と時計遺伝子が明らかになっていったのです。

数え方にもよりますが、現在分かっているもので十数個です。このうち主要な遺伝子が、Clock、Bmal1、Per、Cryで、24時間のリズムをつくり出す中心的な働きをしています。

時計遺伝子に書きこまれている暗号は、mRNA(メッセンジャーRNA)によって転写され、それをもとにして時計タンパク質がつくられます。時計タンパク質が細胞内で一定の量に達すると、今度は時計タンパク質がmRNAの働きを抑制するようになり、やがて時計タンパク質は分解されて数が少なくなります。すると、再度mRNAの転写が始まり、時計タンパク質が細胞内に満たされるようになる。この時計タンパク質の合成と抑制の周期が約24時間なんですね。これが体内時計の「コア・ループ」です。ClockとBmal1は転写を促進し、PerとCryが抑制にかかわるのです。
いま紹介した以外にも、さまざまな時計遺伝子が関与する副次的なループや、時計タンパク質の分解を調節する因子があることも、最近の研究で明らかになっています。