2021 Fiscal Year Annual Research Report
生存に不可欠な睡眠の役割の解明: 遺伝学と非線形光学によるアプローチ
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21J21778
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
宮崎 慎一 筑波大学, グローバル教育院, 特別研究員(DC1)
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2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 睡眠 / 遺伝学 / 神経科学 / 非線形光学 / 順遺伝学的スクリーニング / カルシウムイメージング / 光遺伝学 / CARS、SHG、THG |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では遺伝学的スクリーニング、非線形光学イメージング、神経科学的手法を応用して睡眠の機能（生物はなぜ眠らなくてはいけないのか）と制御経路（どのようにして眠っているのか）を解明することを目的としている。遺伝学的スクリーニングでは、睡眠量が減少することで、生存期間が短縮している変異体に対して、新しい遺伝子変異を導入することで、睡眠量が減少しているが、生存期間が長い変異体を複数系統単離することに成功した。さらにこれらの変異体のゲノム解析が終了した。現在は複数の遺伝学的な手法によって、変異体の持つ原因遺伝子の絞り込みを行っている。原因遺伝子が確定し次第、発現パターン解析や遺伝子の機能解析に進む予定である。非線形光学イメージングでは睡眠の機能に関連する可能性のある生体の変化をとらえることができた。現在, ほかの生物学的なイメージング手法を利用して、とらえられた生体の変化が、睡眠の機能と関連するかどうかを確認している。さらに、並行して行っている神経科学的な手法を用いた睡眠の制御経路の研究により、線虫において睡眠の恒常性制御を担っていると考えられる神経細胞の同定と機能解析を完了した。今後は線虫での睡眠研究をさらに進めるとともに、本研究で明らかにされた睡眠に関連する遺伝子や生体分子、神経回路が、ほかの生物種で進化的に保存されているかどうかを明らかにする研究を行う予定である。最終的には進化的に保存された睡眠の機能と睡眠の制御機構の神経・分子基盤を明らかにすることを目指す。
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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
昨年度の研究によって、遺伝学、非線形光学、神経科学のすべてのテーマに進展があった。遺伝学では、スクリーニングを終え、単離された変異体のゲノム解析を終了し、原因遺伝子の絞り込みを開始している。さらに原因遺伝子の同定のために新たな遺伝学的なツールの導入を行うために準備を行った。今年度前半には原因遺伝子を同定し、その後の解析に移行する予定である。
非線形光学イメージングに関しては、共同研究者とともに新たな顕微鏡のセットアップに携わった。顕微鏡のセットアップに関しては、シグナルが安定しないなど様々な困難があったため、当初の予定よりも進展が得られなかった。しかし、共同研究者の所属研究機関へ出張しての実験を行うことで、睡眠量が減少している線虫と野生型線虫のデータ得ることができ、これらの比較で、線虫の睡眠の機能に関連する可能性のある生体分子の変化をとらえた。加えて、所属研究機関での新たな非線形光学顕微鏡の立ち上げも昨年度中に行うことができた。
神経科学のテーマではカルシウムイメージングを用いて、線虫において睡眠の恒常性制御を担っている考えられる神経細胞を同定した。加えて、行動遺伝学的な解析や光遺伝学を用いた実験を行うことで、同定した神経細胞の機能解析を行った。以上の結果をまとめて、筆頭著者として論文を執筆し、国際誌に投稿し、現在査読中である。
昨年度の業績としては共著論文2報、和文総説2報、国際学会での発表3件、国内学会での発表1件、国際学会での受賞1件があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
遺伝学的スクリーニングのテーマに関しては、単離した変異体の持つ原因遺伝子の同定を第一の目標として研究を継続する。昨年度後半に準備を進めた新たな遺伝学的なツールに関してはすでに導入のための予備実験を進めている。複数の遺伝学的な手法を使って、今年度前半には原因遺伝子を同定する。原因遺伝子の同定後は蛍光タンパク質を用いた発現パターン解析や、遺伝子の機能解析、パスウェイ解析に移行する予定である。加えて、今年度中に哺乳類のモデル生物であるマウスでの実験の準備を進めて開始する。
非線形光学イメージングに関しては、所属研究機関で立ち上げた非線形光学顕微鏡を用いて実験を進め、これまでに観測された睡眠の機能に関連する可能性のある生体分子の変化の再現実験を行う。同時に、ケモメトリックスを導入し、これまでに得られているデータの再解析や新たなデータの解析によって新たな知見を得ることを目指す。さらに並行して進めている生物学的なイメージングでは、非線形光学顕微鏡で捉えた生体の変化を異なるモダリティでも確認できるかを検証する。
神経科学のテーマに関しては、昨年度同定した神経細胞と、これまでに線虫で同定されている睡眠に関連する遺伝子の関係性を明らかにする実験を行う。具体的には睡眠に関連する遺伝子の変異体において、睡眠の恒常性を制御している神経細胞の活動を観測する。今年度中に、代表的な睡眠関連遺伝子の変異体に関して、神経活動を測定し、線虫の睡眠を制御している機構の分子・神経基盤を明らかにする。
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[Presentation] The function of orexin and neurotensin as NREM and REM sleep modulators; notion from the measurement of neuropeptides in the cerebral spinal fluid of hypersomnia patients2021
Author(s)
Shinichi Miyazaki, Kazuhisa Yoshizawa, Tohru Kodama, Hideaki Ishido, Aya Imanishi, Mitsuaki Kashiwagi, Toshio Sasazima, Souichirou Shimizu, Sigeru Chiba, Hideaki Kondo, Yu Hayashi, Takashi Kanbayashi, Mayumi Kimura
Organizer
SfN
Int'l Joint Research
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[Presentation] ノンレム睡眠とレム睡眠の調節機構としてのオレキシンとニューロテンシン：髄液中のオレキシン、ニューロテンシン、MCH、CRHの測定2021
Author(s)
宮崎慎一, 吉沢和久, 児玉亨, 石戸秀明, 今西彩, 柏木光昭, 笹島寿郎, 清水聰一郎, 木村昌由美, 近藤英明, 林悠, 神林崇
Organizer
日本睡眠学会
