研究内容

生物の活動を観察すると、周期の長さが異なる様々なリズム現象の存在に気づきます。例えば、秒単位で繰り返される心臓の拍動や、睡眠・覚醒サイクルのように一日に一回（24時間周期）のリズムが挙げられます。もっと長い周期のものでは、渡り鳥の行動や冬眠など、一年に一回のサイクルで起こるリズム現象があります。このように生物が自らの生命活動（生理、行動）を周期的に変調させる仕組みのことを生物時計と言います。中でも約24時間（概日）周期のリズムを生み出す生物時計は概日時計 (Circadian clock)と呼ばれます。概日時計は私たちヒトを含む哺乳類から植物、菌類、そして微生物に至るまで幅広い生物種に共通して存在します。概日時計は生活の質（Qaulity of Life, QOL)と密接に関わっていることが知られていますが、概日時計がどのようにして24時間のリズムを生み出しているのか、その分子機構は未だよくわかっていません。　

When observing the activities of living organisms, we are aware of the existence of rhythmic phenomena with various period length, ranging from shorter ones seen in heartbeats and sleep-wake cycles to longer ones seen in  the behavioral patterns of migratory birds and hibernation.  The systems by which organisms periodically regulate their own activities refers to biological clocks. Among them, circadian clock is an endogenous clock system for organisms to coordinate their physiology and behavior to dairy alteration generated by Earth's rotation. Circadian clocks are present across various organisms including mammals, plants, fungi, and microorganisms, and are closely related to quality of their life (QOL). However, it remains poorly understood how the circadian clock generates the slow but robust rhythm.

光合成をおこなう細菌であるシアノバクテリアは概日時計を持つ微生物の一種です。シアノバクテリアの概日時計は3種類の時計タンパク質（KaiA、KaiB、KaiC)から構成されています。特筆すべきはこれら3種類のKaiタンパク質をアデノシン三リン酸（ATP）とともに混合すると、試験管の中に24時間の概日リズムが再構成されるということです（Nakajima et al., Science 2005)。この事実は、タンパク質が時を計っていることを示しています。さらに研究を進めたところ、３種類のKaiタンパク質の中でも、KaiCが24時間の時定数を決める主要な因子であることが見えてきました。（Abe, Hiyama, Mukaiyama et al., Science 2015)。

Cyanobacteria, photosynthetic bacteria, are microorganisms that have a circadian clock. Cyanobacterial circadian clock is composed of the three kinds of proteins (KaiA, KaiB, and KaiC). Notably, circadian rhythm can be reconstructed in a test tube by co-incubating these Kai-proteins with adenosine triphosphate (ATP) (Nakajima et al., Science 2005), demonstrating that (clock) proteins measure time. Further studies revealed that KaiC is the major factor that defines the frequency equivalent to 24 hour （Abe, Hiyama, Mukaiyama et al., Science 2015).

シアノバクテリア以外の生物種ではいまだ24時間の時を計る実体はよくわかっていません。アミノ酸配列の類似度で見ればKaiCは微生物に特有のタンパク質ですが、哺乳類や植物にもKaiCと類似の機能を持った時計タンパク質が存在しているのかもしれません。