2022 Fiscal Year Annual Research Report
New Aspects of Sleep-Wake Regulation of Drosophila
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21H02529
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
粂 和彦 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 教授 (30251218)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨田 淳 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 講師 (40432231)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 睡眠 / 覚醒 / 概日周期 / ドーパミン / ショウジョウバエ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠は、身近な現象だが、現在でも謎が多い。本研究課題は、種を超えて進化的に保存されている睡眠という生命現象の制御機構と生理的意義の解明を目指して、研究代表者が20年前からパイオニアとして世界をリードしてきたショウジョウバエをモデル生物とする睡眠研究を継続的に発展させるものである。ショウジョウバエは、100年以上にわたり遺伝学のモデル生物して使われ、概日周期行動の分子機構の解明などに用いられるが、睡眠の制御遺伝子も哺乳類と共通するものが多い。今期の研究では、[1]覚醒の制御回路、[2]覚醒と概日周期との関係、[3]覚醒と睡眠の恒常性の関係に焦点をあてた研究を進めている。2022年度は、本課題の２年目にあたり、昨年度から継続して発展させた研究の成果を、以下の内容の３報の論文として発表した。１．昨年度に解明したT1ドーパミン神経回路の出力先が覚醒制御を行う中心複合体の扇状体からの出力回路に解剖学的にも機能的にも接続することを証明して、新規の覚醒制御回路の全体像を確立させた。２．概日周期制御を行う時計細胞に発現するインスリン受容体のシグナルが、睡眠制御に加えて、概日周期の振幅と周期長を調節することを解明した。３．哺乳類で睡眠欲求指標リン酸化タンパク質と命名された遺伝子群のショウジョウバエの相同遺伝子52個の機能スクリーニングにより発見した新規の睡眠関連遺伝子rgdBがキノコ体を介して睡眠覚醒制御を行うことを解明した。さらに、この遺伝子以外にも、複数の新規睡眠関連遺伝子について、詳細な機能解析を進めた。特に睡眠の恒常性に関与すると考えられる遺伝子について、学会で発表した。今後、睡眠制御回路と関連する遺伝子機能の解明を続ける。
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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
本研究課題は、種を超えて進化的に保存されてきた睡眠という生命現象の制御機構と生理的意義の解明を目指して、研究代表者が20年前からパイオニアとして世界をリードしてきたショウジョウバエをモデル生物とする睡眠研究を継続的に発展させるものである。特に本研究課題では、[1]覚醒の制御回路、[2]覚醒と概日周期との関係、[3]覚醒と睡眠の恒常性の関係に焦点をあてた研究を進めている。2022年度は、本課題の２年目にあたり、昨年度から継続して発展させた研究の成果を、以下の内容の３報の論文として発表した。１．昨年度に解明したT1ドーパミン神経回路の出力先が覚醒制御を行う中心複合体の扇状体からの出力回路に解剖学的にも機能的にも接続することを証明して、新規の覚醒制御回路の全体像を確立させた。（Kato YS. et al.）２．概日周期制御を行う時計細胞に発現するインスリン受容体のシグナルが、睡眠に加えて、概日周期の振幅と周期長を調節することを解明した。（Yamaguchi ST. et al.）３．哺乳類で睡眠欲求指標リン酸化タンパク質と命名された遺伝子群のショウジョウバエの相同遺伝子５２個の機能スクリーニングにより発見した新規の睡眠関連遺伝子rgdBが、キノコ体を介して睡眠覚醒制御を行うことを解明した。(Kobayashi R. et al.) さらに、この遺伝子以外にも、複数の新規睡眠関連遺伝子について、詳細な機能解析を進めており。特に睡眠の恒常性に関与すると考えられる遺伝子について、学会で発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、[1]覚醒の制御回路、[2]覚醒と概日周期との関係、[3]覚醒と睡眠の恒常性の関係に焦点をあてた研究を進めている。具体的には、[1]では、昨年度までに解明した覚醒を誘導するドーパミンの神経回路の中でも、中心複合体のPB（前大脳橋）に投射するT1ドーパミン神経の活性化機構と、その生理的な役割の解明を進める。具体的には、この神経系の活性化が、闘争や交尾などの行動で惹起され、それが覚醒制御に関与するかを調べている。また、この覚醒制御経路では、NMDA受容体とカルシニューリンが重要な役割を担うことを見出しているため、その解析も進める。 [2]では、昨年度までの研究で進めてきた新規睡眠関連遺伝子であるSik3遺伝子の上流・下流因子の同定を集中的に行う。特に、マウスで関与が示唆されているLKB1、HDAC3と、14-3-3について調べる。また、Sik3遺伝子の複数のリン酸化部位の変異体を作成して、その機能解析を行う。さらに、Sik3遺伝子の機能部位として同定した時計細胞において発現するペプチドが睡眠制御に関与することを見出したので、その機能の詳細を解析する。 [3]では、哺乳類で睡眠の要求性に比例してリン酸化量が増加するとされる一連のタンパク質のショウジョウバエでの機能を解析し、昨年度はrgdBについての解析を進めて論文発表したが、今年度は、睡眠恒常性に関与することを見出した別の遺伝子に着目して、詳細な解析を進める。2022年度には、上記のように３報の論文を発表したが、2023年度は、さらに、これらの研究を発展させ、本年度が最終年度であることから、これまでの成果を論文として公表することにも注力する。
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