睡眠要求を生み出す単一ニューロンレベルの多層ダイナミクスの可視化
Project/Area Number |
22K19410
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
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Research Institution | Toho University |
Principal Investigator |
船戸 弘正 東邦大学, 医学部, 教授 (90363118)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成清 公弥 東邦大学, 医学部, 助教 (70599836)
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Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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Keywords | 睡眠 / 徐波 / 細胞内シグナル / イメージング |
Outline of Research at the Start |
近年、脊椎動物だけではなく、ショウジョウバエなどの無脊椎動物、さらにクラゲやヒドラと言った単純な神経系を持つ動物にも「睡眠」が存在することが明らかになった。このことは睡眠という現象の普遍性と同時に、睡眠現象を非常に少数のニューロンに還元できる可能性を示している。本研究では睡眠制御の細胞内シグナル系を、マウス脳において1細胞レベルで操作することによって、睡眠現象の1細胞レベルの可視化と操作を行い細胞レベルの活動やシナプス強度変化の分子基盤を明らかにする。
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Outline of Annual Research Achievements |
睡眠は脊椎動物に見られるありふれた行動であるが、睡眠の定義の広がりと検出方法の高度化によりショウジョウバエ、クラゲ、ヒドラも「眠る」ことが明らかとなってきた。脳を持たない動物も眠ることから、シンプルな神経系でも「眠る」ことができる。本研究ではマウスをモデル動物として用いて、睡眠覚醒を司る中枢神経系における細胞レベルでの睡眠の基盤解明を目指している。 初年度は、対物レンズ、CCDカメラ、LED光源等を組み合わせたイメージングや脳波記録のセットアップを行った。頭部固定はストレスになるために通常頭部固定したマウスは入眠しなかったりレム睡眠に入らないが、馴化方法の工夫により頭部を固定した状態で明暗の概日リズムに同期して、覚醒、ノンレム睡眠、レム睡眠の出現を示すようになった。 自然な睡眠覚醒を示すマウスの皮質脳波を記録することができるようになっている。睡眠制御分子SIK3のアデノ随伴ウイルスを用いた発現による皮質脳波から徐波成分を中心に様々な解析を行っている。投与の量や部位、アデノ随伴ウイルスのタイプを調整して測定系の最適化を行った。脳波測定やイメージングに加えて、DREADD(Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)と呼ばれる遺伝薬理学的な手法とFosプロモーターを利用した細胞ラベリングを組み合わせたより操作的な実験も開始した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SLP変異型SIK3を全身性にもしくは神経系のみで発現させるとノンレム睡眠時間が延長し、ノンレム睡眠中の徐波成分が増大する。PHP.eB型アデノ随伴ウイルスを用いてSLP変異型SIK3を脳に発現させると顕著にノンレム睡眠中の徐波が増大した。ノンレム睡眠時間も延長した。SLP変異型SIK3マウスにリン酸化を受けないようにアミノ酸置換した基質分子をアデノ随伴ウイルスを用いて脳に後半に発現させると、SLP変異によるノンレム睡眠増大がキャンセルされることも確認した。ノンレム睡眠時間も延長した。大脳皮質運動野局所へのアデノ随伴ウイルス投与によって、SLP型SIK3を限局した大脳皮質領域で発現させ、大脳皮質の異なる部位から皮質脳波を取得した。蛍光蛋白の発現により発現範囲を検討した。左右半球での異なりもあるが個体差もあり慎重に検討を進めている。計画通りにマウスを頭部固定装置に固定した状態で、対物レンズ、CCDカメラ、LED光源を組み合わせたイメージングや脳波記録のセットアップができた。マウスの馴化方法も改善し問題なく稼働している。脳波測定やイメージングに加えて、DREADD(Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)と呼ばれる遺伝薬理学的な手法とFosプロモーターを利用した細胞ラベリングを組み合わせたより操作的な実験も開始した。
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Strategy for Future Research Activity |
マウスを用いて自然な睡眠覚醒のなかでのノンレム睡眠中序波成分を検討するため、個体差や手術侵襲、アデノ随伴ウイルス局所投与による影響を排除できることが好ましい。時間的に継続して変化が評価できるようにTet-Offシステムを用いる。SLP変異型SIK3をTREの下流に配置しさらに蛍光蛋白質をつないだアデノ随伴ウイルスと逆テトラサイクリン応答性転写活性化因子rtTAを発現するアデノ随伴ウイルスを組み合わて投与する。ドキシサイクリンを投与してSLP変異型SIK3発現を抑えておき、ドキシサイクリンを中止すると数日でSLP変異型SIK3発現が誘導されることになる。この前後で同じ部位から脳波を測定することでSLP変異型SIK3発現の効果を検討する。加えて、投与の量や部位、アデノ随伴ウイルスのタイプもPHP.eBからB10へ変更するなど検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] OX2R-selective orexin agonism is sufficient to ameliorate cataplexy and sleep/wake fragmentation without inducing drug-seeking behavior in mouse model of nalcolepsy2022
Author(s)
Yamamoto H, Nagumo Y, Ishikawa Y, Irukayama-Tomobe Y, Namekawa Y, Nemoto T, Tanaka H, Takahashi G, Tokuda A, Saitoh T, Nagase H, Funato H, Yanagisawa M.
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Journal Title
PLos One
Volume: 17
Issue: 7
Pages: e0271901-e0271901
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Intracellular signaling components in homeostatic regulation of sleep2022
Author(s)
Staci J. Kim, Shinya Nakata, Noriko Hotta-Hirashima, Nodoka Aasama, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Satomi, Seiya Mizuno, Satoru Takahashi, Chika Miyoshi, Hiromasa Funato, Masasyi Yanagisawa
Organizer
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[Presentation] Sik3 regulates circadian rhythms and sleep need through distinct neuron types and brain regions.2022
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Fuyuki Asano, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Tomohiro Kitazono, Staci J. Kim, Kanako Iwasaki, Noriko Hotta-Hirashima, Miyo Kakizaki, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Shinya Nakata, Nodoka Asama, Takumi Tsukamoto, Arisa Hirano, Seiya Mizuno, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
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[Presentation] Sleep/wake behavior of mice lacking PKA phosphorylation sites in SIK32022
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[Presentation] Regulation of sleep amount by SIK3 in hypothalamic nuclei2022
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Kanako Iwasaki, Tomoyuki Fujiyama, Shinya Nakata, Minjeong Park, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Yukiko Ishikawa, Fumihiro Sugiyama, Seiya Mizuno, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
Organizer
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