新規睡眠制御遺伝子Ｓｌｅｅｐｙの機能解析による睡眠覚醒制御の分子・神経基盤の解明

通过新型睡眠控制基因 Sleepy 的功能分析阐明睡眠/觉醒控制的分子和神经基础

基本信息

批准号：
15J06369
负责人：
本多隆利
金额：
$ 2.18万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

「眠気」の脳内での物理的実体や、日々の睡眠量を一定に保つ根本原理は未知である。当研究室ではフォワード・ジェネティクス研究により、睡眠過多を呈するSleepy変異マウス家系とその原因遺伝子Sik3を見出した。SIK3 はリン酸化酵素で、中央部にプロテインキナーゼA（PKA）認識部位があり、551番目のセリン（S551）により規定される。Sleepy変異家系は、S551を含む13番目のエクソンを欠損していた。そこで申請者は、進化的に保存されたPKA認識部位S551と睡眠覚醒制御の関係性を検証すべく、CRISPR法によりS551に点変異を導入し、S551A家系、S551D家系を作製、脳波・筋電図解析を行なった。その結果、両家系ともに同腹の野生型マウスに比べ、24時間を通じて顕著な覚醒時間の減少、ノンレム睡眠時間の増加がみられた。脳波スペクトラム解析の結果、睡眠要求量を評価する指標であるノンレム睡眠時の徐波（デルタ波）量が顕著に増加していた。分子レベルでは、培養細胞を用いた生化学解析の結果、SIK3 S551の変異・欠損により、リン酸化型PKAからの認識が減少し、蛋白質の局在や相互作用を司る14-3-3との結合が失われていた。この結果はPKA/SIK3/14-3-3を介した適切なシグナル伝達が正常な睡眠覚醒制御に不可欠であることを示唆する。本研究は、細胞内シグナル伝達系と個体レベルのダイナミックな睡眠覚醒行動を繋ぐ成果であり、単一遺伝子Sik3の単一アミノ酸S551が1日の睡眠量や睡眠要求量・眠気を規定する上で重要な役割を担うことを示した。また、当初の計画より更に発展した研究として、申請者は順遺伝学により同定した新規睡眠異常マウス家系に対し独自に網羅的行動テストバッテリーを構築・実施し新規表現型を明らかにした。今後は分子遺伝学や電気生理学等を組み合わせ、分子神経基盤の解明を進める。

大脑中“嗜睡”的物理实体以及保持每日睡眠不变的基本原理是未知的。我们的实验室发现了一个昏昏欲睡的突变小鼠家族，该家庭通过正向基因表现出过度的睡眠及其致病基因SIK3。 SIK3是一种磷酸酶，中央部分中具有蛋白激酶A（PKA）识别位点，由丝氨酸在551位（S551）定义。昏昏欲睡的突变家族缺少13个外显子，包括S551。因此，为了验证进化保守的PKA识别位点S551和睡眠清醒控制之间的关系，申请人使用CRISPR方法在S551中引入了一个点突变，创建了S551A和S551D家族，并进行了EEG和剧本分析。结果，与具有相同垃圾的野生型小鼠相比，两个家庭在24小时内均显示出24小时内的非REM睡眠持续时间的显着减少。由于EEG频谱分析，非REM睡眠期间慢波（Delta Waves）的量（这是评估睡眠需求的指标）显着增加。在分子水平上，使用培养细胞的生化分析表明，SIK3 S551的突变和缺乏降低了磷酸化的PKA识别的识别，并与14-3-3结合，从而控制了蛋白质的定位和相互作用。该结果表明，通过PKA/SIK3/14-3-3进行适当的信号对于正常的睡眠效果控制至关重要。这项研究是将细胞内信号传导系统与单个水平上动态睡眠效果行为联系起来的结果，并表明单个基因的单个氨基酸S551 SIK3在调节每日睡眠量，睡眠需求和嗜睡中起着重要作用。此外，作为一项比原始计划进一步开发的研究，申请人为通过正向遗传学鉴定的新睡眠异常小鼠家庭建造并进行了独立的综合行为测试电池，以揭示新的表型。将来，我们将结合分子遗传学和电生理学，以进一步阐明分子神经基础。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

n vivo Genetic Verification of Sleepy Mutation & Systematic Behavioral Screening for Forward-genetically Identified Mouse Pedigrees with Sleep Abnormalities

Sleepy突变的体内基因验证

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takato Honda;Tomoyuki Fujiyama;Chika Miyoshi;Hiromasa Funato;Masashi Yanagisawa
通讯作者：
Masashi Yanagisawa

Systematic Behavioral Test Battery for Sleepy and Dreamless, Newly Identified Mouse Pedigrees with Sleep Abnormalities

针对困倦和无梦、新发现的睡眠异常小鼠谱系的系统行为测试电池

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takato Honda;Tomoyuki Fujiyama;Chika Miyoshi;Makito Sato;Hiromasa Funato and Masashi Yanagisawa
通讯作者：
Hiromasa Funato and Masashi Yanagisawa

Investigation of Sleep/Wake Regulatory Mechanisms by Analysis of the Sik3 Gene Identified Through Forward Genetics

通过分析正向遗传学鉴定的 Sik3 基因来研究睡眠/觉醒调节机制