2023/09/28 更新

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コン ナオヒロ
金 尚宏
KON Naohiro
所属
トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任講師
大学院担当
大学院生命農学研究科
職名
特任講師

学位 1

  1. 博士(理学) ( 2009年3月   東京大学 ) 

現在の研究課題とSDGs 2

  1. 非24時間睡眠覚醒症候群とカリフォルニアマウスFree runner変異体の理解

  2. カルシウムクロック:全生命共通時計の追求

 

論文 9

  1. Singularity response reveals entrainment properties in mammalian circadian clock

    Masuda Kosaku, Kon Naohiro, Iizuka Kosuke, Fukada Yoshitaka, Sakurai Takeshi, Hirano Arisa

    NATURE COMMUNICATIONS   14 巻 ( 1 ) 頁: 2819   2023年5月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Nature Communications  

    Entrainment is characterized by phase response curves (PRCs), which provide a summary of responses to perturbations at each circadian phase. The synchronization of mammalian circadian clocks is accomplished through the receipt of a variety of inputs from both internal and external time cues. A comprehensive comparison of PRCs for various stimuli in each tissue is required. Herein, we demonstrate that PRCs in mammalian cells can be characterized using a recently developed estimation method based on singularity response (SR), which represents the response of desynchronized cellular clocks. We confirmed that PRCs can be reconstructed using single SR measurements and quantified response properties for various stimuli in several cell lines. SR analysis reveals that the phase and amplitude after resetting are distinguishable among stimuli. SRs in tissue slice cultures reveal tissue-specific entrainment properties. These results demonstrate that SRs can be employed to unveil entrainment mechanisms with diverse stimuli in multiscale mammalian clocks.

    DOI: 10.1038/s41467-023-38392-x

    Web of Science

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    PubMed

  2. Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus

    Ono Daisuke, Wang Huan, Hung Chi Jung, Wang Hsin-tzu, Kon Naohiro, Yamanaka Akihiro, Li Yulong, Sugiyama Takashi

    SCIENCE ADVANCES   9 巻 ( 1 ) 頁: eabq7032   2023年1月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Science Advances  

    The mammalian central circadian clock, located in the suprachiasmatic nucleus (SCN), coordinates the timing of physiology and behavior to local time cues. In the SCN, second messengers, such as cAMP and Ca2+, are suggested to be involved in the input and/or output of the molecular circadian clock. However, the functional roles of second messengers and their dynamics in the SCN remain largely unclear. In the present study, we visualized the spatiotemporal patterns of circadian rhythms of second messengers and neurotransmitter release in the SCN. Here, we show that neuronal activity regulates the rhythmic release of vasoactive intestinal peptides from the SCN, which drives the circadian rhythms of intracellular cAMP in the SCN. Furthermore, optical manipulation of intracellular cAMP levels in the SCN shifts molecular and behavioral circadian rhythms. Together, our study demonstrates that intracellular cAMP is a key molecule in the organization of the SCN circadian neuronal network.

    DOI: 10.1126/sciadv.abq7032

    Web of Science

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    PubMed

  3. Real time monitoring of cold Ca2+ dependent transcription and its modulation by NCX inhibitors

    Wang Hsin-tzu, Miyairi Shiori, Kitamura Miho, Iizuka Kosuke, Asano Yoshimasa, Yoshimura Takashi, Kon Naohiro

    SCIENTIFIC REPORTS   12 巻 ( 1 ) 頁: 17325   2022年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Scientific Reports  

    Real-time monitoring of cellular temperature responses is an important technique in thermal biology and drug development. Recent study identified that Na+/Ca2+ exchanger (NCX)-dependent Ca2+ influx transduces cold signals to circadian clock in mammalian cultured cells. The finding raised an idea that cellular responses to the cold signals can be analyzed by monitoring of clock gene expression. We found that Per1 and Per2 were up-regulated after culture at 27 °C compared to 37 °C in Rat-1 fibroblasts. In order to monitor cold-Ca2+-dependent transcription in living cells, we developed a luciferase-based real-time reporting system by using Per1 promoter, Per2 promoter, Ca2+/cAMP-response elements (CRE) or NFAT-binding elements. We found that benzyloxyphenyl NCX inhibitor KB-R7943 and SN-6, but not SEA-0400 or YM-244769 inhibited the cold induction of Per2. Our study established a real-time monitoring system for cold Ca2+ signaling which can be applied to evaluation of drugs.

    DOI: 10.1038/s41598-022-22166-4

    Web of Science

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    PubMed

  4. 体内時計におけるNa<sup>+</sup>/Ca<sup>2+</sup>交換輸送体の役割とその創薬応用

    金 尚宏, 岩本 隆宏, 深田 吉孝

    日本薬理学会年会要旨集   95 巻 ( 0 ) 頁: 3-S41-4   2022年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本薬理学会  

    <p>Circadian clock generates many physiological rhythms. In mammals, most of the rhythms are generated by transcriptional rhythms based on transcriptional and translational feedback loops (TTFL). Importantly, period lengths of the rhythms are almost constant in the range of physiological temperatures, and the property is called as temperature compensation.</p><p>In order to understand the mechanism of the temperature compensation, we screened small-molecule inhibitors by using Rat-1 fibroblasts expressing luciferase reporter of the transcriptional rhythms. The temperature compensation was compromised in the presence of an inhibitor of NCX (KB-R7943, SEA0400) or CaMKII (KN-93). Further analysis revealed that temperature lowering enhances NCX-dependent Ca<sup>2+</sup> influx to activate CaMKII. CaMKII facilitates heterodimerization of CLOCK and BMAL1, bHLH transcription factors, thereby activating gene expression through E-box DNA elements. Thus, NCX-dependent cold Ca<sup>2+</sup>-CaMKII signaling compensates for deceleration of TTFL at lower temperatures. In addition to the temperature compensation, activities of NCX and CaMKII are essential for cell-autonomous oscillation of the rhythms. These results demonstrate that NCX is a new target for drug discovery based on the circadian clock function. (Kon <i>et al</i>., <b><i>Genes and Development</i></b>, 2014; Kon <i>et al</i>. <b><i>Science Advances</i></b>, 2021).</p>

    DOI: 10.1254/jpssuppl.95.0_3-s41-4

    CiNii Research

  5. Modulation of circadian clock by crude drug extracts used in Japanese Kampo medicine

    Zhang Manhui, Kobayashi Kohei, Atsumi Haruki, Katada Yuma, Nakane Yusuke, Chen Junfeng, Nagano Ryo, Kadofusa Naoya, Nishiwaki-Ohkawa Taeko, Kon Naohiro, Hirota Tsuyoshi, Sato Ayato, Makino Toshiaki, Yoshimura Takashi

    SCIENTIFIC REPORTS   11 巻 ( 1 ) 頁: 21038   2021年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Scientific Reports  

    Circadian rhythm is an approximately 24 h endogenous biological rhythm. Chronic disruption of the circadian clock leads to an increased risk of diabetes, cardiovascular disease, and cancer. Hence, it is important to develop circadian clock modulators. Natural organisms are a good source of several medicines currently in use. Crude drugs used in Japanese traditional Kampo medicine or folk medicines are an excellent source for drug discovery. Furthermore, identifying new functions for existing drugs, known as the drug repositioning approach, is a popular and powerful tool. In this study, we screened 137 crude drug extracts to act as circadian clock modulators in human U2OS cells stably expressing the clock reporter Bmal1-dLuc, and approximately 12% of these modulated the circadian rhythm. We further examined the effects of several crude drugs in Rat-1 fibroblasts stably expressing Per2-luc, explant culture of lung from Per2::Luciferase knockin mice, and zebrafish larvae in vivo. Notably, more than half of the major ingredients of these crude drugs were reported to target AKT and its relevant signaling pathways. As expected, analysis of the major ingredients targeting AKT signaling confirmed the circadian clock-modulating effects. Furthermore, activator and inhibitor of AKT, and triple knockdown of AKT isoforms by siRNA also modulated the circadian rhythm. This study, by employing the drug repositioning approach, shows that Kampo medicines are a useful source for the identification of underlying mechanisms of circadian clock modulators and could potentially be used in the treatment of circadian clock disruption.

    DOI: 10.1038/s41598-021-00499-w

    Web of Science

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    PubMed

  6. Na<sup>+</sup>/Ca<sup>2+</sup> exchanger mediates cold Ca<sup>2+</sup> signaling conserved for temperature-compensated circadian rhythms

    Kon N., Wang H.T., Kato Y.S., Uemoto K., Kawamoto N., Kawasaki K., Enoki R., Kurosawa G., Nakane T., Sugiyama Y., Tagashira H., Endo M., Iwasaki H., Iwamoto T., Kume K., Fukada Y.

    Science Advances   7 巻 ( 18 )   2021年4月

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    出版者・発行元:Science Advances  

    Circadian rhythms are based on biochemical oscillations generated by clock genes/proteins, which independently evolved in animals, fungi, plants, and cyanobacteria. Temperature compensation of the oscillation speed is a common feature of the circadian clocks, but the evolutionary-conserved mechanism has been unclear. Here, we show that Na+/Ca2+ exchanger (NCX) mediates cold-responsive Ca2+ signaling important for the temperature-compensated oscillation in mammalian cells. In response to temperature decrease, NCX elevates intracellular Ca2+, which activates Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II and accelerates transcriptional oscillations of clock genes. The cold-responsive Ca2+ signaling is conserved among mice, Drosophila, and Arabidopsis. The mammalian cellular rhythms and Drosophila behavioral rhythms were severely attenuated by NCX inhibition, indicating essential roles of NCX in both temperature compensation and autonomous oscillation. NCX also contributes to the temperature-compensated transcriptional rhythms in cyanobacterial clock. Our results suggest that NCX-mediated Ca2+ signaling is a common mechanism underlying temperature-compensated circadian rhythms both in eukaryotes and prokaryotes.

    DOI: 10.1126/sciadv.abe8132

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    PubMed

  7. Effects of 3-year denosumab treatment on hip structure in Japanese postmenopausal women and men with osteoporosis.

    Sone T, Kon N, Gaither KW, Okubo N, Osakabe T, Nakayama Y, Fukunaga M, Ito M, Nakamura T

    Bone reports   7 巻   頁: 164 - 171   2017年12月

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  8. A small-molecule DS44170716 inhibits Ca<sup>2+</sup>-induced mitochondrial permeability transition.

    Kon N, Satoh A, Miyoshi N

    Scientific reports   7 巻 ( 1 ) 頁: 3864   2017年6月

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  9. DS16570511 is a small-molecule inhibitor of the mitochondrial calcium uniporter.

    Kon N, Murakoshi M, Isobe A, Kagechika K, Miyoshi N, Nagayama T

    Cell death discovery   3 巻   頁: 17045   2017年

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MISC 1

  1. 創造性を探して -学術と創薬、ビジネスの交点- 招待有り

    金 尚宏  

    時間生物学26 巻   2020年6月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

科研費 6

  1. 冬眠生物学2.0 総括班

    研究課題/研究課題番号:23H04939  2023年4月 - 2028年3月

    科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    山口 良文, 榎木 亮介, 田中 和正, 清成 寛, 黒田 真也, 桜井 武, 砂川 玄志郎, 金 尚宏, 岡松 優子

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    担当区分:研究分担者 

    恒温動物は体温37度前後の狭い体温域から逸脱した状態が続くと全身恒常性破綻により死に至る。しかし一部の哺乳類はこの体温域から大きく逸脱し低体温の「冬眠」と呼ばれ る状態で恒常性を保ち長期生存が可能である。冬眠機構の解明は多分野への展開・波及効果を有するが、多くの技術的困難により長年阻まれてきた。しかし近年、冬眠哺乳類での遺伝子改変や、冬眠様低代謝状態誘導を非冬眠哺乳類に引き起こす神経細胞の同定など、日本発のブレ ークスルーにより、冬眠研究は新たなステージに入りつつある。本領域はこれらブレークスルーを有する研究者が結集し、冬眠の誘導・適応の機構解明と、恒常性維持機構の新知見導出を狙う。

  2. 低温応答の分子機構

    研究課題/研究課題番号:23H04943  2023年4月 - 2028年3月

    科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    金 尚宏, 榎木 亮介, 富永 真琴

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:215540000円 ( 直接経費:165800000円 、 間接経費:49740000円 )

    細胞機能が低温でどのように補償されているのかを理解するため、本研究では低温性Ca2+シグナルを基軸に、1) Ca2+シグナルが補償する生理機能 2) Ca2+シグナルを生み出す仕組み 3) Ca2+シグナルを駆動する温度受容体に焦点を当てる。そのため、1) 低温適応のためにCa2+-CaMKIIが果たす生理的な役割、2) 低温性Ca2+シグナルのライブイメージング解析、3) 細胞普遍的な温度受容メカニズムと、脳温受容TRPチャネルの探索を行う。
    低温性Ca2+シグナリングを多面的に理解することで、冬眠・非冬眠哺乳類における低温応答の分子原理を解明し、低温での細胞恒常性の維持機構を理解する。

  3. 低温適応を担うCa2+-CaMKIIシグナリング

    研究課題/研究課題番号:23H02515  2023年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    金 尚宏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:19240000円 ( 直接経費:14800000円 、 間接経費:4440000円 )

    生物は環境温度の変化に適応するため、外界の温度を感知し、細胞の状態を変化させる。温度適応の研究分野における最大の謎は、『種を超えて細胞に普遍的に存在する温度受容分子や温度シグナル伝達は何か?』であるが、その分子実態は謎に包まれていた。申請者は、概日時計の温度補償性において、低温で活性化するCa2+シグナルによって、CaMKIIが活性化し、概日リズムの振動速度を加速 (補償)することを見出した。本研究では概日時計における低温性Ca2+-CaMKIIの役割をマウス個体レベルで深掘りすると共に、新たな役割として、細胞が様々な温度環境の中でどのように細胞機能や代謝を調節するのかを追究する。

  4. 概日性Ca2+振動を担う分子的基盤の解明

    研究課題/研究課題番号:22K19147  2022年6月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    金 尚宏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:6500000円 ( 直接経費:5000000円 、 間接経費:1500000円 )

    概日時計の研究は1990年代から爆発的に進み、動物や植物においては転写ループモデルが定着した。一方、シアノバクテリアにおいてはリン酸化時計が中心であることが解明された。しかし10年ほど前から、全ての生物種で共通する振動体の存在を示唆するデータが相次ぎ、研究者の間で議論が起こっている。
    申請者はこれまでの研究により、種を超えて機能する時計因子としてNCXを見出した (Science Advances, 2021)。本研究では、概日性のCa2+シグナルを担う新規分子を同定し、その役割が生物種で共通して機能するかを検証する。

  5. 冬眠動物の概日時計の分子機構:カルシウムを基軸とした低温リズム発振機構の解明

    研究課題/研究課題番号:20H05769  2020年10月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    榎木 亮介, 金 尚宏

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    担当区分:研究分担者 

    冬眠動物の開始終了や中途覚醒には時刻依存性があるため、生体内には低温でも継続する時計機能が存在すると推察される。この最有力候補は脳深部に存在する概日時計中枢であるが、冬眠中に中枢時計における時計遺伝子の転写振動が継続するか否かは長く議論が続いている。本研究課題では、長期光計測による冬眠動物における中枢時計の振動の検証を行い、さらに低温シグナリング下流の遺伝学的・薬理学的な機能検証を行うことで、冬眠実行の分子ネットワークの核心に迫る。
    哺乳類の冬眠の開始/終了や中途覚醒には時刻依存性があることが古くから知られ、概日時計中枢は低温でもリズムを継続すると推察された。 しかしながら、時計遺伝子の転写振動の有無に対しては研究室ごとに見解が分かれており、議論が続いている。従来の解析法では時間点ごとに異なった個体を用いて解析しており、リズム解析の精度を著しく低下させる問題が指摘されている。さらに概日時計は何千もの遺伝子のリズムを生み出していることから、冬眠時の概日時計の挙動を理解する上で「時計機能を評価する本質的なリズム指標は何か?」が長らく議論となっていた。本研究では、冬眠動物における振動メカニズムをカルシウムを基軸に明らかにすることを目指して研究行った。
    これまでに、恒温恒湿器内に低温計測顕微鏡システムを設置し、アデノ随伴ウイルスの感染により時計遺伝子レポーターおよび遺伝子コード型Ca2+センサーを視交叉上核に感染発現させ、低温条件で視交叉上核培養スライスのタイムラプス光計測法を行う方法を確立した。その結果、概日時計中枢のユニークな低温応答やリズム特性を見いだしている。さらに冬眠動物の中枢時計の概日リズムを解析するため、動物用低温チャンバーを導入して冬眠動物(ハムスター)の冬眠誘導を可能とした。現在、冬眠動物からの脳深部計測と行動/深部体温計測を試みている。
    研究分担者は、休眠導入や各臓器の低温耐性への低温性シグナリングの役割を明らかにすることを目指し研究を行った。概日リズムの温度補償性にはNa/Ca交換輸送体を介するカルシウムシグナルが関与する論文をScience Advancesに発表した。さらに培養細胞レベルで低温性応答のアッセイ系を用い、阻害剤やノックダウンの影響を評価し、冬眠実行の起点となる分子の同定を試みている。
    低温下で概日時計中枢の培養スライスのリズムを非常に精度良く長期間光イメージング計測できる実験系を立ち上げた。これまでに低温性応答を計測することに成功し、当初は予期しなかった概日時計発振のメカニズムに迫るデータセットを得ている。冬眠動物からの生体内計測に向けた準備も着々と進行中であり、当初の計画よりも遙かにはやいスピードで研究が進行中である。
    これまでに低温イメージング計測系の立ち上げ、低温応答性リズムの発見、ハムスターの冬眠誘導とin vivo計測の準備など、順調に研究が進んでいる。論文化を目指して、堅実にデータを積み重ねてゆく。

  6. ユニバーサル時計遺伝子から紐解く体内時計の原理と起源

    研究課題/研究課題番号:20H03292  2020年4月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    金 尚宏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18070000円 ( 直接経費:13900000円 、 間接経費:4170000円 )

    本申請研究ではNCXとCaMKIIによる"カルシウムクロック"がいかにして自律振動するのかを解明する。そして、「生物時計の起源は光Ca2+シグナル」という仮説を検証するため、NCXとCaMKIIが体内時計だけでなく光受容においても中心的に機能するか否かを検証する。そこで個体レベルにおいて、体内時計の中枢組織あるいは光受容の中枢組織においてNCXやCaMKIIを欠損したマウスを作製し、自発行動リズムと明暗サイクルに対するリズム同調能を解析する。また細胞レベルの解析から、Ca2+振動制御因子を同定する。さらに、細胞での光Ca2+シグナル伝達系を構築し、NCXやCaMKIIの役割を解析する。

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