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発達期レム睡眠が育てるノンレム睡眠の成熟 =マウス臨界期操作によるアプローチ=

Research Project

Project/Area Number 21K06436
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 46030:Function of nervous system-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

宮本 浩行  東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (90312280)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords睡眠 / 視覚 / 臨界期 / 脳発達 / GABA抑制系 / 可塑性 / NMDA受容体 / 塩素イオンセンサー
Outline of Research at the Start

睡眠は脳と身体の健やかな成長に重要であると信じられているが、その科学的根拠は十分ではない。そこで臨界期を人為的に誘導することができる遺伝子改変マウスを利用して、臨界期前と後の睡眠の変化を生理的に安定したマウスで詳細に解析する。睡眠の発達にともなう分子・神経レベルでの変化、発達期のレム睡眠がおよぼすノンレム睡眠の成長への影響を探りだすことを目的とする。これまで十分な解析が困難だった睡眠発達の研究分野に新しいアプローチと概念をもたらし、さらに睡眠がもたらす健全な脳の成長や睡眠不全による発達障害への関与など根本的な理解に結びつくと期待される。

Outline of Annual Research Achievements

赤ちゃんや子供にとって睡眠は脳と身体の健やかな成長に重要であると信じられている。発達期にはレム睡眠が豊富で、遅れてノンレム睡眠が成熟してくる。しかし幼弱かつ急速に成長する動物の睡眠を長期的に観測し操作することは容易でないため、発達時のレム睡眠とノンレム睡眠にどのような関係があるのか知られていない。申請者の研究チームはマウス発達過程と脳の臨界期を人工的に分離することに成功し、臨界期前と後の睡眠を大人のマウスで比較・解析することが可能となった。これを利用して本研究は睡眠発達にともなう分子・神経レベルでの変化、発達期レム睡眠がもたらすノンレム睡眠の成熟への影響を明らかにすることを目的とする。子供の睡眠がもたらす脳の成長の科学的基礎や、睡眠不全による発達障害への関与について本質的な理解につながると期待される。
抑制性伝達物質GABA合成酵素GAD65欠損マウス(GAD65マウス)は通常の皮質可塑性臨界期を示さない。しかしGABAA受容体機能を一時的に促進する薬物投与で野生型同等の可塑性が回復させられる。これにより生理的に安定した「大人の臨界期」モデルマウスで詳細な脳活動の操作と分析が可能となっている。
2021年度、レム睡眠量と特定分子の発現量においてGAD65マウスに有意な相関を検出した。2022年度、新規塩素イオンセンサーを用いることで特定の脳状態において皮質抑制性入力が有意に変化することを見出した。本年2023年度、臨界期可塑性・抑制性神経伝達と睡眠の関係をさらに探るためノンレム睡眠中の皮質神経活動を解析した結果、野生型に比しGAD65マウスではノンレム睡眠の指標である神経細胞群の同期性が未発達であることが見出された。さらに薬物投与で臨界期をGAD65マウスに誘導することで同期性が回復した。このことは抑制性神経伝達がノンレム睡眠成熟に重要な役割をもつことを示唆する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

抑制性シナプス伝達によって開始された皮質可塑性の臨界期がレム睡眠時のNMDA受容体分子発現、ノンレム睡眠の神経活動同期性に影響を及ぼしていることが明らかになった。レム睡眠とノンレム睡眠をつなぐには特定分子欠損マウスの解析が不可欠と考えられ、実験と解析が進行している。

Strategy for Future Research Activity

特定分子欠損マウスのノンレム睡眠の神経細胞群の同期性解析が不可欠であり、これを完遂する。これより発達期レム睡眠とノンレム睡眠の成熟の関係に関して一定の理解が進展することが期待される。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (1 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Harvard University/UCLA(米国)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] UCLA(米国)

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Criticality supports cross-frequency cortical-thalamic information transfer during conscious states2024

    • Author(s)
      Toker D, Muller E, Miyamoto H, Riga MS, Llado-Pelfort L, Yamakawa K, Artigas F, Shine JM, Hudson AE, Pouratian N, Monti MM
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 13

    • DOI

      10.7554/elife.86547

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] CUX2 deficiency causes facilitation of excitatory synaptic transmission onto hippocampus and increased seizure susceptibility to kainate2022

    • Author(s)
      Suzuki T, Tatsukawa T, Sudo G, Delandre C, Pai YJ, Miyamoto H, Raveau M, Shimohata A, Ohmori I, Hamano S, Haginoya K, Uematsu M, Takahashi Y, Morimoto M, Fujimoto S, Osaka H, Oguni H, Osawa M, Ishii A, Hirose S, Kaneko S, Inoue Y, Moore AW, Yamakawa K.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6505-6505

    • DOI

      10.1038/s41598-022-10715-w

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Kv3.1 channels regulate the rate of critical period plasticity2021

    • Author(s)
      Matsuda Yoshi-Taka、Miyamoto Hiroyuki、Joho Rolf H.、Hensch Takao K
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: TBD Pages: 3-10

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.04.003

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Brain-specific heterozygous loss-of-function of ATP2A2, endoplasmic reticulum Ca<sup>2+</sup>pump responsible for Darier's disease, causes behavioral abnormalities and a hyper-dopaminergic state2021

    • Author(s)
      Nakajima Kazuo、Ishiwata Mizuho、Weitemier Adam Z、Shoji Hirotaka、Monai Hiromu、Miyamoto Hiroyuki、Yamakawa Kazuhiro、Miyakawa Tsuyoshi、McHugh Thomas J、Kato Tadafumi
    • Journal Title

      Human Molecular Genetics

      Volume: 30 Issue: 18 Pages: 1762

    • DOI

      10.1093/hmg/ddab137

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 臨界期可塑性と睡眠の発達2021

    • Author(s)
      宮本浩行, ヘンシュ貴雄
    • Organizer
      日本睡眠学会第46回定期学術集会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Book] 視能訓練学 第2版2023

    • Author(s)
      公益社団法人 日本視能訓練士協会、若山 曉美、長谷部 佳世子、松本 富美子、保沢 こずえ、梅田 千賀子
    • Total Pages
      452
    • Publisher
      医学書院
    • ISBN
      9784260050401
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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