Integrated Molecular Mechanisms of Sleep/Wakefulness and Metabolic Regulation in a Novel Hypersomnia and Obese Mouse Model

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06024
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 三好 千香 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 助教 (60613437)
• 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)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 過眠 / 肥満

Outline of Annual Research Achievements

我々は、フォワード・ジェネティクスの手法を用いて覚醒時間の顕著な短縮を示すSleepy家系を樹立した(Funato, Miyoshi et al., Nature 2016)。Sleepy変異家系マウスは、AMP-activated kinase-related kinase (AMPK-RK)に属するSik3遺伝子に変異をもち、典型的な表現型として覚醒時間の短縮を示す。一方、Sleepyマウスにおいては、過眠に加えて顕著な体重増加がその表現型として観察されている。
SIK3は、AMPK-RKに属するセリン/スレオニンキナーゼである。細胞内エネルギーセンサーとしてのAMPKの機能について多くの報告があるのに対して、AMPK-RK の生理的役割については、ほとんど解明されていない。Sik3ノックアウトマウスを用いた先行研究において、エネルギー負荷に対する耐性をもつことが報告されているが、Sleepy家系のマウスは、常餌飼育下でも若齢期から顕著な肥満が見られる。SIK3ノックアウトマウスと体重の推移が異なることから、変異型SIK3は、睡眠覚醒のみならず摂食行動もしくは代謝制御においても未知の機能を持つことが示唆された。
本研究では、睡眠覚醒行動およひ肥満の表現型に関わる摂食行動やエネルギー代謝におけるSIK3の生理機能を明らかにするため、Cre-loxPシステムを用いて特定の組織、細胞集団でSleepy遺伝子変異を惹起できるような遺伝子改変マウスを作製し、Sleepy変異Sik3の個体における生理機能の解明を試みる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

初年度の本年は、必要な遺伝子改変マウスの導入と組織特異的なsleepy変異SIK3発現マウスの作製を行うことを目標とした。
SIK3 sleepy flox マウスについて、当研究室で作製中であった雄マウスを譲り受け、実験に使用可能なレベルまでコロニーの拡営を行なうとともに、Creドライバーマウスのうち、先行してAlubumin-creマウスおよびInsulin-creマウスの施設への導入を完了した。現在、該当のcreドライバーマウスとの交配によって、肝臓および膵臓の各種細胞種特異的にsleepy変異Sik3を発現させた個体の作製を行っており、目的の遺伝子型の個体が得られはじめている。
脳波の測定や代謝の測定は、個体の成熟後でないとできないため、年度内に完了しなかった項目については次年度引き続き行う必要があるが、実験を開始するために必要な遺伝子改変マウスの導入やコロニーの拡営、測定機器類のセットアップは、最短で進めることが出来ているため、計画はおおむね順調に推移していると言える。

Strategy for Future Research Activity

実験に必要な各種遺伝子改変マウスの作製、新たなcreドライバーマウスの導入に時間がかかるため、また、実験には、各遺伝子型の雄性個体のみを用いるため、各遺伝子型群が十分なサンプル数に達するまで２年目以降も実験を継続する。
現在、２種類のcreドライバーマウスの導入手続きを進めており、エネルギーの恒常性維持に関わるAlubumin-cre, Insulin-creに加え、本年度は、脂肪細胞特異的なAdiponectin-creと骨格筋特異的なMuscle creatine kinase-creをJackson Lab.から導入し、それぞれの細胞でSleepy遺伝子変異を惹起できるような遺伝子改変マウスを作製する。
末梢組織でのSleepyの発現は、睡眠覚醒には直接的に関与していないことが示唆されるが、代謝の解析を行う前段階として、脳波測定を行い、覚醒時間、ノンレム睡眠時間、レム睡眠時間といった睡眠のパラメーターを検討する
さらに、今後、Sleepy変異マウスの摂食行動、エネルギー代謝異常に関与する分子ネットワークを同定することを目的として、睡眠覚醒および、摂食行動、体重制御に関与する遺伝子発現のプロファイルを検討すると同時に、肝臓、膵臓、骨格筋特異的Sleepy変異マウスにおける糖代謝についても検討を行う。

Causes of Carryover

役務（シーケンス）の納期が遅れたため

Research Products

• [Journal Article] A single phosphorylation site of SIK3 regulates daily sleep amounts and sleep need in mice (2018)
  • Author(s): Honda Takato、Fujiyama Tomoyuki、Miyoshi Chika、Ikkyu Aya、Hotta-Hirashima Noriko、Kanno Satomi、Mizuno Seiya、Sugiyama Fumihiro、Takahashi Satoru、Funato Hiromasa、Yanagisawa Masashi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 115 Pages: 10458～10463
  • DOI: 10.1073/pnas.1810823115
• [Journal Article] Ablation of Central Serotonergic Neurons Decreased REM Sleep and Attenuated Arousal Response (2018)
  • Author(s): Iwasaki Kanako、Komiya Haruna、Kakizaki Miyo、Miyoshi Chika、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Funato Hiromasa、Yanagisawa Masashi
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 12 Pages: 535
  • DOI: 10.3389/fnins.2018.00535
• [Journal Article] Quantitative phosphoproteomic analysis of the molecular substrates of sleep need (2018)
  • Author(s): Wang Zhiqiang、Ma Jing、Miyoshi Chika、Yanagisawa Masashi、Liu Qinghua、et al
  • Journal Title: Nature Volume: 558 Pages: 435～439
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0218-8
• [Journal Article] Large-scale forward genetics screening identifies Trpa1 as a chemosensor for predator odor-evoked innate fear behaviors (2018)
  • Author(s): Wang Yibing、Cao Liqin、Lee Chia-Ying、Matsuo Tomohiko、Wu Kejia、Asher Greg、Tang Lijun、Saitoh Tsuyoshi、Russell Jamie、Klewe-Nebenius Daniela、Wang Li、Soya Shingo、Hasegawa Emi、Ch?rasse Yoan、Zhou Jiamin、Li Yuwenbin、Wang Tao、Zhan Xiaowei、Miyoshi Chika、Liu Qinghua、et al
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Pages: 2041
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04324-3
• [Presentation] Effect of central serotonergic ablation on sleep/wake behavior in mice (2018)
  • Author(s): Kanako Iwasaki, Haruna Komiya, Miyo Kakizaki, Chika Miyoshi, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Hiromasa Funato, and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of Japan Neuroscience Society
• [Presentation] Identification of a novel gene family in sleep and wake regulation (2018)
  • Author(s): Staci J. Kim, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Satomi Kanno, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Seiya Mizuno, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [Presentation] Forward genes study identifies novel gene in sleep/wake regulation (2018)
  • Author(s): Staci J. Kim, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Satomi Kanno, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Seiya Mizuno, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: 2018 Korean Society for Molecular and Cellular Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment of the neuron-type specific SIK3-deficient mice (2018)
  • Author(s): Fuyuki Asano, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Miyo Kakizaki, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Seiya Mizuno, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • Organizer: Tsukuba Global Science Week(TGSW) 2018
• [Presentation] Sik1, Sik2, point mutation mice -Paralog analysis of Sik3 gene in Sleepy Mutant pedigree (2018)
  • Author(s): Minjeong Park, Chika Miyoshi, Tomoyuki Fujiyama, Miyo Kakizaki, Aya Ikkyu, Takato Honda, Jinhwan Choi,Seiya Mizuno, Kanako Kato, Yoko Taimoto, Hiromasa Funato, and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: Tsukuba Global Science Week(TGSW) 2018
• [Presentation] Production of brain-specific SIK3-deficient mice (2018)
  • Author(s): Fuyuki Asano, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Miyo Kakizaki, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Seiya Mizuno, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
• [Presentation] Sleep arousal behavior of SIK1 and SIK2 PKA phosphorylation site mutated mice (2018)
  • Author(s): Staci J. Kim, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Satomi Kanno, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Hiromasa Funato, and Masashi Yanagisawa&
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
• [Presentation] Title: Where does the Dreamless mutation take effect? (2018)
  • Author(s): Tomoyuki Fujiyama, Seiya Mizuno, Manabu Abe, Satomi Kanno, Miyo Kakizaki, Kanako Iwasaki, Aya Ikkyu, Noriko Hotta-Hirashima, Mana Yamada, Chika Miyoshi, Makito Sato, Takeshi Kanda, Kenji Sakimura, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • Organizer: The 7th IIIS Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of Sleep/Wake Regulatory Mechanisms by Analysis of the Sik3 Gene Identified Through Forward Genetics (2018)
  • Author(s): Takato Honda, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Aya Ikkyu, Noriko Hotta, Satomi Kanno, Hiromasa Funato and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [Presentation] Investigation of Sleep/Wake Regulatory Mechanisms by Analysis of the Sik3 Gene Identified Through Forward Genetics (2018)
  • Author(s): Takato Honda, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Aya Ikkyu, Noriko Hotta, Satomi Kanno, Hiromasa Funato and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: The 43rd Japanese Society of Sleep Research jointly held with The 9th Asian Sleep Research Society Asian Forum on Chronobiology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ablation of central serotonergic neurons decreased REM sleep and attenuated arousal response (2018)
  • Author(s): Kanako Iwasaki, Haruna Komiya, Miyo Kakizaki, Chika Miyoshi, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Hiromasa Funato, and Masashi Yanagisawa
  • Organizer: Tsukuba Global Science Week(TGSW) 2018