2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of sleep/wakefulness regulation using forward genetic approach
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17H06095
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
柳沢 正史 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 教授 (20202369)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
船戸 弘正 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 客員教授 (90363118)
Liu Qinghua 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 教授 (90723792)
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| Project Period (FY) |
2017-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 睡眠覚醒 / 脳神経 / 遺伝子改変マウス / ゲノム編集 / 細胞内シグナル伝達系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠は動物に普遍的に認められる行動であり、その不調は心身の疾患リスクを高める。しかし、睡眠覚醒行動を制御する神経科学的メカニズムは不明である。研究代表者らは哺乳類を用いた睡眠のフォワード・ジェネティクス研究により、新規睡眠制御分子としてリン酸化酵素SIK3およびイオンチャネルNALCNを同定した。本研究は、睡眠のフォワード・ジェネティクス研究により新規睡眠制御分子を同定するとともに、SIK3およびNALCNによる睡眠覚醒制御機構解明を目指している。前年度に引き続き脳波筋電図にもとづくランダム点突然変異マウスの睡眠異常スクリーニングを行い遺伝性の睡眠異常を示す家系を複数同定した。SIK３変異を標的としたサプレッサースクリーニングも進めている。レム睡眠短縮を示す家系で責任遺伝子変異を同定した。SIK3以外のSIKファミリーメンバーもプロテインキナーゼA（PKA）リン酸化部位の置換によってノンレム睡眠中徐波などで測られる睡眠要求が増大することを示した。PKAリン酸化部位欠失型（SLP型）SIK3の発現による睡眠要求増大はアストロサイトやミクログリア、またSIK3が発現する血球系や骨格系などの末梢組織ではなく、ニューロンで生じることを示した。さらにニューロン種の同定を進める。SIK3の上流についても検討を進めており睡眠の変化を確認した。変異型NALCN発現によるレム睡眠制御の責任神経細胞集団の同定を進めており、領域や種類によって見られる睡眠異常が異なることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまで本研究により、SIK3のPKAリン酸化部位が睡眠要求の決定に重要であることを示し（Honda et al. PNAS 2018）、若年期以降のニューロンがSIK3による睡眠要求制御の場であることを明らかにした（Iwasaki et al. JNS 2020）。SIK3を過眠モデルとして用いることで眠気の分子インデックスとなるリン酸化蛋白質群SNIPPsを同定(Wang et al. Nature 2018)、フォワード・ジェネティクス研究により樹立された過眠家系DrowsyにおけるカルシウムチャネルCacna1a遺伝子変異の同定（Miyoshi et al. PNAS 2019）、機械学習による脳波筋電に基づく睡眠覚醒解析ソフト開発（Horie et al Sci Rep）などの成果を発表した。フォワード・ジェネティクスのアプローチによる睡眠異常をもたらす遺伝子の同定は続いており、中には顕著はレム睡眠時間の短縮を示すものもある。当初の優性スクリーニングに加えて、SIK3変異による睡眠異常を標的としたサプレッサースクリーニングも進行している。またSIK3のアイソフォームごとの検討も個体レベルで進めている。これらは当初の計画を超えた進展となっている。NALCNによるレム睡眠異常については、神経細胞種ごとのにDreamless変異型NALCNを発現させるFlex型のマウスに加えて、機能欠失型となるFlox型のマウスも用いて、機能獲得型と欠失型の両面から検討を進めている。これまでレム睡眠制御部位としては注目されていなかった領域にもレム睡眠を変化させるニューロンが存在することを明らかにしている。さらに近接依存性標識法であるBioIDをin vivoで用いるためのマウス作成を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
各プロジェクトは計画通り、もしくは計画以上に進行しているので、現在のプロジェクトを推進していく。優性スクリーニング、サプレッサースクリーニングとも様々な段階の家系がいるので、出口に近いものから優先的に進めていく。Sik3遺伝子改変マウスを用いた睡眠要求を規定するニューロン集団の同定は、時間領域と周波数領域について進めていく。野生型および変異型SIK3を用いた脳のプロテオミクスおよびリン酸化プロテオミクス解析も進めている。またSIK3上流についても候補分子を変化させたマウスの検討を推進する。NALCNによるレム睡眠制御についてはCreドライバーマウスの種類を増やすとともに、アデノ随伴ウイルスを用いた領域検討も増やしていく。
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[Journal Article] Induction of Mutant Sik3Sleepy Allele in Neurons in Late Infancy Increases Sleep Need2021
Author(s)
Iwasaki Kanako, Fujiyama Tomoyuki, Nakata Shinya, Park Minjeong, Miyoshi Chika, Hotta-Hirashima Noriko, Ikkyu Aya, Kakizaki Miyo, Sugiyama Fumihiro, Mizuno Seiya, Abe Manabu, Sakimura Kenji, Takahashi Satoru, Funato Hiromasa, Yanagisawa Masashi
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Journal Title
The Journal of Neuroscience
Volume: 41
Pages: 2733～2746
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Widely Distributed Neurotensinergic Neurons in the Brainstem Regulate NREM Sleep in Mice2020
Author(s)
Kashiwagi Mitsuaki, Kanuka Mika, Tatsuzawa Chika, Suzuki Hitomi, Morita Miho, Tanaka Kaeko, Kawano Taizo, Shin Jay W., Suzuki Harukazu, Itohara Shigeyoshi, Yanagisawa Masashi, Hayashi Yu
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Journal Title
Current Biology
Volume: 30
Pages: 1002～1010.e4
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Loss of the conserved PKA sites of SIK1 and SIK2 increases sleep need2020
Author(s)
Park Minjeong, Miyoshi Chika, Fujiyama Tomoyuki, Kakizaki Miyo, Ikkyu Aya, Honda Takato, Choi Jinhwan, Asano Fuyuki, Mizuno Seiya, Takahashi Satoru, Yanagisawa Masashi, Funato Hiromasa
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 10
Pages: 8676
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Generation of a p16 Reporter Mouse and Its Use to Characterize and Target p16high Cells In Vivo2020
Author(s)
Omori Satotaka, Wang Teh-Wei, Katayama Kotoe, Yamada Yasuhiro, Yamazaki Satoshi, Iwasaki Kanako, Miyoshi Chika, Funato Hiromasa, Yanagisawa Masashi, Ueno Hiroo, Imoto Seiya, Furukawa Yoichi, Yoshida Nobuaki, Matsushima Kouji, Ueda Hiroki R., Miyajima Atsushi, Nakanishi Makoto
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Journal Title
Cell Metabolism
Volume: 32
Pages: 814～828.e6
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Production of Sleepy2 StoA mutant mice2020
Author(s)
Nodoka Asama, Staci J. Kim, Tomoyuki Fujiyama, Fuyuki Asano, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Miyo Kakizaki, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Shinya Nakata, Seiya Mizuno, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
Organizer
第43回日本神経科学大会
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[Presentation] OX2R-selective orexin agonism is sufficient to ameliorate narcoleptic symptoms, cataplexy and sleep/wakefulness fragmentation in mouse models2020
Author(s)
Hikari Yamamoto, Yoko Irukayama-Tomobe, Yukiko Ishikawa, Yukiko Namekawa, Tsuyoshi Nemoto, Hiromu Tanaka, Genki Takahashi, Akihisa Tokuda, Yasuyuki Nagumo, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
Organizer
Tsukuba Global Science Week 2020
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[Book] 睡眠学2020
Author(s)
柳沢正史, 船戸弘正
Total Pages
712
Publisher
朝倉書店
ISBN
978-4-254-30120-5
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