体内時計

植物や動物に備わる、環境変化に適用するための周期を作り出す仕組み。概日時計や概日リズム（サーカディアンリズム）とも呼ばれる。時計タンパク質によって制御される。

多くの生物が、太陽光の明暗に対応した24時間の周期を作ることが確認されている。哺乳類の場合は、脳内の視床下部に位置する視交叉上核が体内時計中枢として概日リズムを調節しているとされる。

マウスを用いた実験により、哺乳類の体内時計はPer1とBMAL1の2つの遺伝子によって制御されることが示唆されている。Per1が生み出すリズムは活動開始時間と一致し、BMAL1が生み出すリズムは睡眠開始時間と一致して変化することが確認されている。¹

ヒトの場合、朝から昼にかけて、正の転写制御因子であるCLOCKとBMAL1がPer遺伝子の転写を活性化し、その結果として増えたPerタンパク質が、夕方から夜にかけて負の転写制御因子であるCRYを連れて細胞核へ移動し、自らの転写を抑制するというサイクルが繰り返される。²

体内時計は約24時間の周期を創りだす遺伝的に組込まれたシステムで、地球上の多くの生物に存在することが確認されています。 植物は、体内時計の働きにより、1日のうちで最適な時刻に適切な生理現象が起こるように誘導します。³

神経細胞の膜電位変化は，活動電位の発生や神経伝達物質の放出に直接関わることから，中枢時計が全身の末梢時計を調節して，メリハリのある日々のリズムを作り出すために，視交叉上核の神経細胞ネットワークが同期したリズム情報を出力し，他の脳部位や全身にリズム情報を伝えていることが示唆されます。⁴

このリズムを生み出す主要な転写因子をコアクロックや上位の時計遺伝子と呼ぶ。

遺伝子によって、DNAから写し取られるRNAやたんぱく質の量そのものに約24時間の周期が存在するものがあり、マウスの肝臓では、1,000以上の遺伝子の発現パターンに概日リズムがあることが分かっています。Nr1d1はさまざまな概日リズム遺伝子のリズムを生み出す「上位の時計遺伝子」として有名な遺伝子です。⁵

また、乳がんが肝臓の概日リズムに乱れを生じさせることが確認されている。

昆虫においては、寒暖の差の激しい厳しい環境で育つ北の昆虫ほど、体内時計のリズム振幅が弱く、その支配を受けにくいことが報告されており、寒暖の差の激しい厳しい環境で生存するための適応と考えられている。⁶