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2016 Fiscal Year Annual Research Report

睡眠構築を生み出す神経基盤の解明とその応用

Research Project

Project/Area Number 16H06141
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

林 悠  筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 准教授 (40525812)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords神経科学 / マウス / 遺伝学
Outline of Annual Research Achievements

睡眠構築(sleep architecture)とは、二種類の睡眠、レム(急速眼球運動)睡眠とノンレム睡眠が、一晩の間に交互に現れるパターンを指す言葉である。本研究では、睡眠構築を生み出す神経回路とその動作原理の解明を目指してきた。本年度は、レム睡眠を正負それぞれに制御する神経細胞群の同定と投射先等の回路の解明を目指した。まず、脳幹橋の被蓋野において、レム睡眠を誘導するニューロン(以下、REM-onニューロン)と抑制するニューロン(以下、REM-offニューロン)、いずれかに選択的にCre遺伝子を発現するトランスジェニックマウスを得ることに成功した。このうち、REM-offニューロンに神経活動促進遺伝子hM3Dqを発現させて活性かさせたところ、数時間にわたりレム睡眠が抑制され、逆に破傷風毒素を発現させたところ、レム睡眠が有意に増加した。一方、REM-onニューロンに破傷風毒素を発現させたところ、逆にレム睡眠の減少が見られたのに加え、本来レム睡眠中に起こるはずの筋弛緩の制御異常により、レム睡眠中に動き回るという表現型が観測された。これは、パーキンソン病やレビー小体型認知症の代表的な前駆症状であるレム睡眠行動障害を理解する上で重要な知見と期待される。さらに、REM-onニューロンについてはその主要な投射先が延髄腹側部であることも判明した。
また、次年度以降に、睡眠構築を長期的に操作した影響を調べるために、本年度は、長期的な神経活動の操作方法の開発にも取り組んだ。hM3Dqを長期的に活性化するための腹腔内埋め込み型ポンプの効果を検証したとともに、低い閾値でも開くタイプの電位依存性イオンチャネルを発現するためのウイルスベクターの開発も行った。これらのツールは、睡眠を制御するニューロンに限らず、脳のニューロンの機能を行動レベルで解明するための非常に有用なツールとなることが期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していたレム睡眠を正負に制御するニューロンを活性化した効果の解明に加え、機能阻害した効果も解明でき、また、ニューロンの投射先に関する知見も得ることに成功した。また、次年度以降の睡眠構築操作の影響を解析するにあたって重要な技術となる、ニューロンの長期的な操作方法の確立に関しても、新しい手法を複数確立することに成功した。従って、本年度は計画通りに研究がすすみ、おおむね順調であると判断される。

Strategy for Future Research Activity

本年度までに、睡眠構築を制御するニューロンの同定および操作方法の開発が進んだことを活かして、次年度以降は睡眠構築を操作した効果の検討を実施する。生誕直後の睡眠はレム睡眠が多く、また、ADHD(注意欠如・多動性障害)や自閉症では、レム睡眠が減少する。そこで、発達期のレム睡眠の阻害が、発達障害様の表現型(柔軟性や社会性の低下など)を生じるか、逆に、発達障害のモデルマウスで、レム睡眠の増加が症状を改善するかを検討する。また、ストレスはレム睡眠を増加させ、うつ病の患者は、入眠後早くレム睡眠に陥る。レム睡眠がストレスを軽減させる効果があるかは不明である。そこで、うつ病モデルに対してレム睡眠の増加が症状を改善させるか検討する。具体的な方法としては、それぞれの動物モデルと、前年度までに開発したレム睡眠の操作が可能なマウスを掛け合わせ、様々なタイミングでレム睡眠を増加または減少させた際の効果を行動実験により評価する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Schizophrenia-like phenotypes in mice with NMDA receptor ablation in intralaminar thalamic nucleus cells and gene therapy-based reversal in adults2017

    • Author(s)
      Yasuda K, Hayashi Y, Yoshida T, Kashiwagi M, Nakagawa N, Michikawa T, Tanaka M, Ando R, Huang A, Hosoya T, McHugh TJ, Kuwahara M, Itohara S.
    • Journal Title

      Transl Psychiatry

      Volume: 7 Pages: e1047

    • DOI

      10.1038/tp.2017.19.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] レム睡眠の意義とメカニズム~遺伝学・発生学からのアプローチ~2016

    • Author(s)
      林悠
    • Organizer
      次世代脳プロジェクト 冬のシンポジウム 2016
    • Place of Presentation
      一橋講堂(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-12-21 – 2016-12-21
    • Invited
  • [Presentation] Why do we need sleep? Our current understanding of the roles of REM and non-REM sleep2016

    • Author(s)
      Yu Hayashi
    • Organizer
      15th Japanese-American Kavli Frontiers of Science Symposium
    • Place of Presentation
      Irvine, California, USA
    • Year and Date
      2016-12-02 – 2016-12-02
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Genetic identification of the REM sleep central circuit and its developmental origin2016

    • Author(s)
      Yu Hayashi
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(日本、神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-12-01 – 2016-12-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レム睡眠を制御する脳幹の神経ネットワークの同定と操作2016

    • Author(s)
      林悠
    • Organizer
      第23回日本時間生物学会学術大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-11-11 – 2016-11-11
    • Invited
  • [Presentation] レム睡眠の進化と意義2016

    • Author(s)
      林悠
    • Organizer
      第159回 日本獣医学会学術集会・獣医解剖分科会シンポジウム
    • Place of Presentation
      日本大学(神奈川県藤沢市)
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-07
    • Invited
  • [Presentation] レム睡眠の進化と意義 ~発生学・神経回路遺伝学からのアプローチ~2016

    • Author(s)
      林悠
    • Organizer
      第28回高遠・分子細胞生物学シンポジウム
    • Place of Presentation
      高遠さくらホテル(長野県伊那市)
    • Year and Date
      2016-08-26 – 2016-08-26
    • Invited
  • [Presentation] Identification and manipulation of brainstem neurons crucial for REM/NREM sleep regulation2016

    • Author(s)
      柏木光昭、林 悠
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(日本、神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-20 – 2016-07-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] トランスジェニックマウスから挑む逆説睡眠(レム睡眠)の中枢回路2016

    • Author(s)
      林 悠
    • Organizer
      日本睡眠学会第41回定期学術集会
    • Place of Presentation
      京王プラザホテル(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2016-07-07 – 2016-07-07
    • Invited
  • [Book] "The Evolution and Function of Sleep" in "Brain Evolution by Design"2017

    • Author(s)
      Yu Hayashi, Chih-Yao Liu
    • Total Pages
      438
    • Publisher
      Springer
  • [Remarks] 研究室website

    • URL

      http://hayashi.wpi-iiis.tsukuba.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

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