2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creating a molecular biology of sleep through forward genetics
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22H04918
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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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 睡眠覚醒 / 細胞内シグナル伝達系 / 顕性スクリーニング / マウス / アデノ随伴ウイルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1）睡眠制御バスウェイの解明を目指して顕性スクリーニングとSLPサプレッサースクリーニングを実施している。それぞれのスクリーニングにおいて、睡眠異常もしくは睡眠正常化個体の同定、遺伝性確認など、フォワード・ジェネティクス研究における各段階のマウスが複数存在する。睡眠異常の表現型は、ノンレム睡眠延長やレム睡眠延長が多くを占める。複数の家系で、遺伝性確認から連鎖解析に進んでいる。２）SIK3パスウェイについては、遺伝子改変マウスとアデノ随伴ウイルスを組み合わせた研究と、北京生命科学研究所のLiu研究室との共同研究により、LKB1-SIK3-HDAC4/5がキナーゼカスケードを形成し、睡眠を制御する細胞内パスウェイとして働いていることを明らかにした。アデノシン受容体欠損マウスの睡眠覚醒の検討も進めている。３）SIK3と他のシグナル伝達系の相互作用を介したシナプス機能を解明するために、遺伝子改変マウスやアデノ随伴ウイルス投与脳を用いた検討を行った。質量分析によるインタラクトーム解析を進めた結果、複数の候補分子を見出している。４）睡眠の量と質を制御する神経機構の解明については、進捗状況の理由欄に詳細を記載するが、本年度、大きく進展した。大脳皮質を含む終脳の興奮性ニューロンが睡眠の質の指標であるノンレム睡眠中徐波成分量を、視床下部の興奮性ニューロンが睡眠の量、特にノンレム睡眠時間を規定することを明らかにした。５）NALCN変異によるレム睡眠異常の責任部位をCreマウスを用いた検討を進めている。並行してアデノ随伴ウイルスの局所投与による検討も行っている。NALCNインタラクトームの同定のため近接依存標識NALCNマウスを作製し蛋白相互作用の実施している。
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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
特に「睡眠の量と質を制御する神経機構の解明」については大きな進展があり、Nature誌に研究成果を公表することができた。Sleepy変異型SIK3蛋白をCreマウスを用いてニューロンタイプや脳領域特異的に発現させることにより、睡眠の量（睡眠時間）と睡眠の質（ノンレム睡眠中脳波徐波成分量）とが、異なる興奮性ニューロン集団によって制御されていることを明らかにした。さらなる検討から、視床下部の興奮性ニューロンにおけるSIK3が睡眠の量を制御し、大脳皮質を含む終脳の興奮性ニューロンにおけるSIK3が睡眠の質を制御すると考えられる。さらに、ニューロンタイプ特異的にSIK3を欠損させた場合の睡眠覚醒を検討したところ、Sleepy変異型SIK3 floxマウスと概ね反対の睡眠覚醒となり、興奮性ニューロンでのSIK3脱落はノンレム睡眠中徐波成分を減弱させ、さらにノンレム睡眠時間も短縮した。意外なことに、抑制性ニューロンにSleepy変異型SIK3を発現させたり、SIK3を欠失させても睡眠の量や質に顕著な違いは生じなかった。
遺伝子改変マウス及びアデノ随伴ウイルスを用いた検討により、リン酸化酵素LKB1がSIK3のキナーゼ領域内のスレオニン残基（T221）をリン酸化することでキナーゼ活性を正の方向に調節することを明らかにした。Liu研究室との共同研究により、LKB1-SIK3-HDAC4/5がキナーゼカスが睡眠を制御していることを明らかにした。睡眠制御の細胞内シグナルパスウェイとしてははじめての報告になる。また、大脳皮質を対象にしたシングル核RNA-seｑにより、Sleepy変異型SIK3発現や断眠による遺伝子発現変化を網羅的に検討し報告した。共通の変化を示すものを中心に睡眠の質の分子的実態解明のためさらなる検討を重ねていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
1）顕性スクリーニングとSLPサプレッサースクリーニングを計画通りに継続する。睡眠異常およびSleepy型過眠表現型の正常化を指標に脳波筋電に基づく睡眠覚醒解析を行う。睡眠異常またはSleepy正常化遺伝子の同定と、因果性の確認を進める。２）睡眠物質とSIK3パスウェイの接続のために、遺伝子改変マウスを用いた検討に加えて、薬理学的検討やイメージングも実施していく。３）SIK3を介したシナプス機能制御解明のため、SIK3と相互作用する蛋白質の同定を続ける。候補蛋白質については、in vitroでの機能解析を進めると同時に遺伝子改変マウス作製やアデノ随伴ウイルスを用いた操作によって、睡眠への影響を明らかにする。４）睡眠の量と質を制御する神経機構の解明のため、視床下部での睡眠量調節に関わるニューロンタイプやその分子機構を明らかにする。並行して、大脳皮質等でのノンレム睡眠中脳波徐波成分制御に関わる分子機構を明らかにするため、候補分子を操作して睡眠覚醒等の表現型がどのように変化するか検討する。５）レム睡眠を制御するNALCNとそのインタラクトーム解析NALCN変異によるレム睡眠異常の責任部位をCreマウスを用いた検討を着実に進めていく。近接依存標識NALCN発現マウスと質量分析を用いた検討も実施していく。
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[Journal Article] Discovery of novel orexin receptor antagonists using a 1,3,5-trioxazatriquinane bearing multiple effective residues (TriMER) library2023
Author(s)
Tsuyoshi Saitoh, Mao Amezawa, Jumpei Horiuchi, Yasuyuki Nagumo, Naoshi Yamamoto, Noriki Kutsumura, Ryuichiro Ohshita, Akihisa Tokuda, Yoko Irukayama-Tomobe, Yasuhiro Ogawa, Yukiko Ishikawa, Emi Hasegawa, Takeshi Sakurai, Yasuo Uchida, Tetsu Sato, Hiroaki Gouda, Ryuji Tanimura, Masashi Yanagisawa, Hiroshi Nagase
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Journal Title
European Journal of Medicinal Chemistry
Volume: 240
Pages: 114505
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] ER proteostasis regulators cell-non-autonomously control sleep2023
Author(s)
Taizo Kawano, Mitsuaki Kashiwagi, Mika Kanuka, Chung-Kuan Chen, Shinnosuke Yasugaki, Sena Hatori, Shinichi Miyazaki, Kaeko Tanaka, Hidetoshi Fujita, Toshiro Nakajima, Masashi Yanagisawa, Yoshimi Nakagawa, Yu Hayashi
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 42
Pages: 112267
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] SIK3-HDAC4 in the suprachiasmatic nucleus regulates the timing of arousal at the dark onset and circadian period in mice2023
Author(s)
Fuyuki Asano, Staci J Kim, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Nodoka Asama, Kanako Iwasaki, Miyo Kakizaki, Seiya Mizuno, Michihiro Mieda, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Shoi Shi, Arisa Hirano, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci U S A.
Volume: 120
Pages: e2218209120
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Mice lacking cerebellar cortex and related structures show a decrease in slow-wave activity with normal non-REM sleep amount and sleep homeostasis2022
Author(s)
Tomoyuki Fujiyama, Henri Takenaka, Fuyuki Asano, Kazuya Miyanishi, Noriko Hotta-Hirashima, Yukiko Ishikawa, Satomi Kannno, Patricia Seoane-Collazo, Hideki Miwa, Mikio Hoshino, Masashi Yanagisawa, Hiromasa Funato
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Journal Title
Frontiers in Behavioral Neuroscience
Volume: 16
Pages: 910461
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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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 narcolepsy2022
Author(s)
Hikari Yamamoto, Yasuyuki Nagumo, Yukiko Ishikawa, Yoko Irukayama-Tomobe, Yukiko Namekawa, Tsuyoshi Nemoto, Hiromu Tanaka, Genki Takahashi, Akihisa Tokuda, Tsuyoshi Saitoh, Hiroshi Nagase, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: 17
Pages: e0271901.
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Relationships between sleep efficiency and lifestyle evaluated by objective sleep assessment: SLeep Epidemiology Project at University of Tsukuba2022
Author(s)
Yu Ikeda, Emi Morita, Kei Muroi, Yo Arai, Tomohiko Ikeda, Tsukasa Takahashi, Nagisa Shiraki, Shotaro Doki, Daisuke Hori, Yuichi Oi, Shin-Ichiro Sasahara, Asuka Ishihara, Sumire Matsumoto, Masashi Yanagisawa, Makoto Satoh, Ichiyo Matsuzaki
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Journal Title
Nagoya Journal of Medicla Science
Volume: 84
Pages: 554-569
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Optogenetic Induction of Hibernation-like state with modified Human Opsin4 in Mice2022
Author(s)
Tohru M Takahashi, Arisa Hirano, Takeshi Kanda, Viviane M Saito, Hiroto Ashitomi, Kazumasa Z Tanaka, Yasufumi Yokoshiki, Kosaku Masuda, Masashi Yanagisawa, Kaspar E Vogt, Takashi Tokuda, Takeshi Sakurai
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Journal Title
Cell Rep Methods.
Volume: 2
Pages: 100336
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A signalling pathway for transcriptional regulation of sleep amount in mice2022
Author(s)
Rui Zhou, Guodong Wang, Qi Li, Fanxi Meng, Can Liu, Xia Wang, Huaiye Li, Tao Cai, Bin Li, Fengchao Wang, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa, Eric Erquan Zhang, Qinghua Liu, et al.
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Journal Title
Nature
Volume: 612
Pages: 519?527
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Kinase signalling in excitatory neurons regulates sleep quantity and depth2022
Author(s)
Staci J. Kim, Noriko Hotta-Hirashima, Fuyuki Asano, Tomohiro Kitazono, Seiya Mizuno, Shinichi Miyazaki, Yousuke Tsuneoka, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Yu Hayashi, Masafumi Muratani, Qinghua Liu, Chika Miyoshi, Masashi Yanagisawa, Hiromasa Funato, et al.
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Journal Title
Nature
Volume: 612
Pages: 512-518
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Book] 実験医学 12月号2022
Author(s)
岡勇輝， 北園智弘，西田彗，十一元軌，柳沢正史
Total Pages
139
Publisher
羊土社
ISBN
978-4-7581-2562-8
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