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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J06369/
• 关键词: 睡眠; 覚醒; フォワード・ジェネティクス（順遺伝学）; ホメオスタシス（恒常性）; 睡眠負債; 網羅的行動テストバッテリー; フォワード・ジェネティクス

「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。

The physical reality of "sleep" and the amount of sleep in the day must be guaranteed. The fundamental principle is unknown. When the laboratory was working on sleep disorders, the causes of sleep disorders were identified. 3. Acidifying enzyme, central part, recognition part, 551 part, regulation part Sleepy family, S551, including 13 items, is not perfect. The applicant shall preserve the PKA recognition site S551 and the relationship between sleep control and CRISPR method, and introduce the S551A family and S551D family into the study. The results were as follows: 1. The family and wild-type of the same abdomen had a lower wake time and a higher sleep time than those of the same family. The results of the analysis of the wave selection and the evaluation of the sleep requirement are increasing. The results of biochemical analysis of molecular and cultured cells show that the difference between 3S551 and PKA is reduced, and the protein interaction is reduced. The results were PKA/3/14-3-3, and the results were appropriate for normal sleep and wakefulness. This study demonstrates the importance of sleep regulation in the cellular system and individual sleep wake-up activity. The original plan was to develop a new study, and the applicant was to follow the new study and determine the behavior of the sleep disorder family. In the future, molecular genetics, electrophysiology, etc. will be integrated into the understanding of molecular neuroscience.

项目成果

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

• 发表时间: 2018
• 作者: Takato Honda;Tomoyuki Fujiyama;Chika Miyoshi;Hiromasa Funato;Masashi Yanagisawa
• 通讯作者: Masashi Yanagisawa

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

• 发表时间: 2016
• 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

• 发表时间: 2015
• 作者: Takato Honda;Tomoyuki Fujiyama;Chika Miyoshi;Makito Sato;Hiromasa Funato and Masashi Yanagisawa
• 通讯作者: Hiromasa Funato and Masashi Yanagisawa

Neural Circuit and Molecular Basis of Behavioral Phenotypes in Mouse Pedigrees with Sleep Abnormalities Identified through Forward Genetics

通过正向遗传学鉴定睡眠异常小鼠家系的神经回路和行为表型的分子基础

• 发表时间: 2017
• 作者: 本多 隆利;藤山 知之;三好 千香;船戸 弘正;柳沢 正史
• 通讯作者: 柳沢 正史

フォワード・ジェネティクスにより樹立された睡眠異常マウス家系の行動表現型における分子・神経回路基盤

通过正向遗传学建立睡眠异常小鼠家族行为表型的分子和神经回路基础

• 发表时间: 2017
• 作者: 本多 隆利;藤山 知之;三好 千香;船戸 弘正;柳沢 正史
• 通讯作者: 柳沢 正史