フォワード・ジェネティクスによる睡眠覚醒制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17H06095
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 柳沢 正史 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 教授 (20202369)
• 研究分担者: 船戸 弘正 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 教授(WPI-IIIS) (90363118) ; Liu Qinghua 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 教授 (90723792)
• 研究期間 (年度): 2017-04-25 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2019年度)
• 配分額: 549,900千円 (直接経費: 423,000千円、間接経費: 126,900千円); 2019年度: 91,000千円 (直接経費: 70,000千円、間接経費: 21,000千円); 2018年度: 152,100千円 (直接経費: 117,000千円、間接経費: 35,100千円); 2017年度: 149,500千円 (直接経費: 115,000千円、間接経費: 34,500千円)
• キーワード: 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 / 細胞内シグナル / リン酸化酵素 / 睡眠・覚醒 / ゲノムエディティング / 細胞内シグナル伝達

研究実績の概要

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・ジェネティックス研究により、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。
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のため、変異導入から連鎖解析までの工程を筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構内で行える体制を確立した。計画通りに、睡眠異常スクリーニングを継続しており、睡眠異常を示すマウスは複数得ている。これらの次世代において遺伝性確認が確認された家系も複数存在する。
眠気の分子機構解明のため、野生型および変異型SIK3脳および、自由睡眠および睡眠遮断群の脳を用いたリン酸化プロテオミクス解析から、眠気の分子インデックスとなるSleep Need Index Phosphoproteins (SNIPPs)を同定し、公表することができた（Wang et al. Nature 2018）。
Sik3遺伝子変異によって睡眠量が大きく増大することを利用して、変異型SIK3マウスの睡眠過多をもたらす神経細胞サブタイプを同定するため、年度当初計画通りに、Sik3遺伝子エクソン13をloxPで挟んだSik3(Ex13 flox)遺伝子改変マウスを、各種Creドライバーマウスと交配させ、睡眠覚醒行動の検討を実施した。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のため、Nalcn遺伝子改変FLExマウスを用いて各種Creドライバーマウスとの交配を進め、レム睡眠異常の有無を検討している。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

睡眠のフォワード・ジェネティクス研究、SIK3による睡眠制御、NALCNによるレム睡眠制御はそれぞれ概ね計画通りに進展している。本年度の大きな実績は、眠気の分子インデックスとなるリン酸化蛋白質変化をNature誌に発表したことであり。国内外から大きな反響を得ている。この研究は、長期間に渡る複数の国、研究室、国籍の異なるPIによる共同研究の成果であり、研究成果そのものの価値だけではなく、国際共同研究や融合的研究の成功例としても意味のある実績であると考えている。

今後の研究の推進方策

基本的には各プロジェクトは計画通りに進行しているので、計画変更せず研究推進していく。
ランダム点突然変異マウスを用いた新規睡眠制御遺伝子の同定は、スクリーニングを継続していくとともに、睡眠異常個体、睡眠異常家系など各段階のものを順次、次のステップに進めていき、遺伝性の睡眠異常をもたらす遺伝子変異を同定する。Sik3遺伝子改変マウスを用いた睡眠量を規定する神経細胞集団の同定は、ロバストな結果を得るため分子種の異なる複数Creラインシリーズを用いた睡眠覚醒行動検討を行っていく。さらに、ウイルスベクターも用いる。野生型および変異型SIK3マウスを用いた睡眠制御の細胞内シグナル伝達系同定に関しては、変異型SIK3脳を用いたプロテオミクスおよびリン酸化プロテオミクス解析結果をさらに発展させるとともに、培養細胞も用いてより直接的なSIK3シグナル伝達系分子の同定に取り組む。Nalcn遺伝子改変マウスを用いたレム睡眠制御神経回路の同定についても、各種Creドライバーマウスとの交配により手堅く着実に正しい結論が導かれるように進めている。ウイルスベクターの局所投与による詳細な検討も並行して行う。

研究成果

• [雑誌論文] Essential structure of orexin 1 receptor antagonist YNT-707, part III: Role of the 14-hydroxy and the 3-methoxy groups in antagonistic activity toward the orexin 1 receptor in YNT-707 derivatives lacking the 4,5-epoxy ring (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Naoshi、Ohrui Sayaka、Okada Takahiro、Saitoh Tsuyoshi、Kutsumura Noriki、Nagumo Yasuyuki、Irukayama-Tomobe Yoko、Ogawa Yasuhiro、Ishikawa Yukiko、Watanabe Yurie、Hayakawa Daichi、Gouda Hiroaki、Yanagisawa Masashi、Nagase Hiroshi
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 27 ページ: 1747-1758
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.03.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hypocretin/orexin deficiency decreases cocaine abuse liability (2018)
  • 著者名/発表者名: Steiner Nadia、Rossetti Clara、Sakurai Takeshi、Yanagisawa Masashi、de Lecea Luis、Magistretti Pierre J.、Halfon Olivier、Boutrel Benjamin
  • 雑誌名: Neuropharmacology 巻: 133 ページ: 395-403
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2018.02.010
  • 査読あり / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Effects of the delta opioid receptor agonist KNT-127 on electroencephalographic activity in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Saitoh Akiyoshi、Tominaga Hiromu、Ogawa Yasuhiro、Irukayama-Tomobe Yoko、Yamada Mitsuhiko、Yanagisawa Masashi、Nagase Hiroshi
  • 雑誌名: Pharmacological Reports 巻: 70 ページ: 350-354
  • DOI: 10.1016/j.pharep.2017.08.018
• [雑誌論文] Localization of orexin B and orexin-2 receptor in the rat epididymis (2018)
  • 著者名/発表者名: Liguori Giovanna、Tafuri Simona、Miyoshi Chika、Yanagisawa Masashi、Squillacioti Caterina、De Pasquale Valeria、Mirabella Nicola、Vittoria Alfredo、Costagliola Anna
  • 雑誌名: Acta Histochemica 巻: 120 ページ: 292-297
  • DOI: 10.1016/j.acthis.2018.02.011
• [雑誌論文] Nonpeptide Orexin-2 Receptor Agonist Attenuates Morphine-induced Sedative Effects in Rats (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyama, S., Shimoyama N, Tagaito Y., Nagase H., Saitoh T., Yanagisawa M., and Shimoyama, M.
  • 雑誌名: Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists 巻: 128 ページ: 992-1003
  • DOI: 10.1097/aln.0000000000002161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous intrathecal orexin delivery inhibits cataplexy in a murine model of narcolepsy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaushik Mahesh K.、Aritake Kosuke、Imanishi Aya、Kanbayashi Takashi、Ichikawa Tadashi、Shimizu Tetsuo、Urade Yoshihiro、Yanagisawa Masashi
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A, 巻: 115 ページ: 6046-6051
  • DOI: 10.1073/pnas.1722686115
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Quantitative phosphoproteomic analysis of the molecular substrates of sleep need. (2018)
  • 著者名/発表者名: Z. Wang, J. Ma, C. Miyoshi, Y. Li, M Sato, Y. Ogawa, T. Lou, C. Ma, X. Gao, C. Lee, T. Fujiyama, X. Yang, S. Zhou, N. Hotta-Hirashima, D. Klewe-Nebenus, A. Ikkyu, M. Kakizaki, S. Kanno, L. Cao, S. Takahashi, J. Peng, Y. Yu, H. Funato, M. Yanagisawa, Q. Liu
  • 雑誌名: Nature 巻: 558 ページ: 435-439
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0218-8
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] A single phosphorylation site of SIK3 regulates daily sleep amounts and sleep need in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Honda Takato、Fujiyama Tomoyuki、Miyoshi Chika、Ikkyu Aya、Hotta-Hirashima Noriko、Kanno Satomi、Mizuno Seiya、Sugiyama Fumihiro、Takahashi Satoru、Funato Hiromasa、Yanagisawa Masashi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 ページ: 10458-10463
  • DOI: 10.1073/pnas.1810823115
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Ablation of Central Serotonergic Neurons Decreased REM Sleep and Attenuated Arousal Response (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Kanako、Komiya Haruna、Kakizaki Miyo、Miyoshi Chika、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Funato Hiromasa、Yanagisawa Masashi
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 12 ページ: 1-13
  • DOI: 10.3389/fnins.2018.00535
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Large-scale forward genetics screening identifies Trpa1 as a chemosensor for predator odor-evoked innate fear behaviors. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y., Cao, L., Lee, C-Y., Matsuo, M., Wu, K., Asher, G., Saitoh, T., Klewe-Nebenius, D., Wang, L., Soya, S., Hasegawa, E., Cherasse, Y., Miyoshi,C., Irukayama, Y., Wang, Z., Sakurai, K., Funato, H., Sakurai, T., Yanagisawa, M., Nagase, H., Kobayakawa, R., Kobayakawa, K., Beutler, B., Liu, Q
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04324-3
  • NAID: 120006492208
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Essential structure of orexin 1 receptor antagonist YNT-707, Part II: Drastic effect of the 14-hydroxy group on the orexin 1 receptor antagonistic activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohrui Sayaka、Yamamoto Naoshi、Saitoh Tsuyoshi、Kutsumura Noriki、Nagumo Yasuyuki、Irukayama-Tomobe Yoko、Ogawa Yasuhiro、Ishikawa Yukiko、Watanabe Yurie、Hayakawa Daichi、Gouda Hiroaki、Yanagisawa Masashi、Nagase Hiroshi
  • 雑誌名: Bioorganic & medicinal chemistry letters 巻: 28 ページ: 774-777
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2017.12.069
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Sleep/wakefulness behaviors in mice during pregnancy and pregnancy-associated hypertensive mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Komiya Haruna、Miyoshi Chika、Iwasaki Kanako、Hotta-Hirashima Noriko、Ikkyu Aya、Kanno Satomi、Honda Takato、Gosho Masahiko、Hamada Hiromi、Satoh Toyomi、Fukamizu Akiyoshi、Funato Hiromasa、Yanagisawa Masashi
  • 雑誌名: Sleep 巻: 41 号: 3 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1093/sleep/zsx209
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Nonpeptide orexin type-2 receptor agonist ameliorates narcolepsy-cataplexy symptoms in mouse models (2017)
  • 著者名/発表者名: Irukayama-Tomobe Y, Ogawa Y, Tominaga H, Ishikawa Y, Hosokawa N, Ambai S, Kawabe Y, Uchida S, Nakajima R, Saitoh T, Kanda T, Vogt K, Sakurai T, Nagase H, Yanagisawa M.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 114 ページ: 5731-5736
  • DOI: 10.1073/pnas.1700499114
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Octacosanol restores stress-affected sleep in mice by alleviating stress (2017)
  • 著者名/発表者名: Kaushik Mahesh K.、Aritake Kosuke、Takeuchi Atsuko、Yanagisawa Masashi、Urade Yoshihiro
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 8892-8892
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08874-2
  • NAID: 120006346357
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Essential structure of orexin 1 receptor antagonist YNT-707, Part I: Role of the 4,5-epoxy ring for binding with orexin 1 receptor (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Naoshi、Ohrui Sayaka、Okada Takahiro、Yata Masahiro、Saitoh Tsuyoshi、Kutsumura Noriki、Nagumo Yasuyuki、Irukayama-Tomobe Yoko、Ogawa Yasuhiro、Ishikawa Yukiko、Watanabe Yurie、Hayakawa Daichi、Gouda Hiroaki、Yanagisawa Masashi、Nagase Hiroshi
  • 雑誌名: Bioorganic & medicinal chemistry letters 巻: 27 ページ: 4176-4179
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2017.07.011
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Anatomical and electrophysiological development of the hypothalamic orexin neurons from embryos to neonates (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Yukino、Kanda Takeshi、Vogt Kaspar、Yanagisawa Masashi
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: 525 ページ: 3809-3820
  • DOI: 10.1002/cne.24261
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2019)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: FAOPS2019 アジア・オセアニア生理学会第9回大会
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2019)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: HKIAS Symposium on Advances in Neuroscience
• [学会発表] 『睡眠覚醒の謎に挑む』 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: 第91回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] 『睡眠覚醒の謎に挑む』/Toward the Mysteries of Sleep (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] 『睡眠覚醒の謎に挑む』 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: Toyama Academic GALA 2018
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep / “What makes you sleepy? Elusive molecular substrates for homeostatic sleep need” (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: JAACT2018 The31st Annual and International Meeting of the Japanese Association for Animal Cell Technology
• [学会発表] 『睡眠覚醒の謎に挑む』 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: 日本睡眠歯科学会第17回学術集会
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: Cognitive Neurosciene and Learning Annual Conference 2018
• [学会発表] 睡眠覚醒の謎に挑む ~睡眠科学の基礎から社会実装へ~ (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: 第1回産学連携シンポジウム
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: FAOPS2019 アジア・オセアニア生理学会第9回大会
• [学会発表] 睡眠覚醒の謎に挑む (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: The 17th Mind Brain Conference, Hamamatsu Japan
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] 睡眠覚醒の謎に挑む (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: 第一回 三融会・武田神経科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 睡眠覚醒の謎に挑む (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: 日本睡眠学会
  • 招待講演
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: Keystone Symposia
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] Imaging Sleep and Wakefulness (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: 12th Uehara International Symposium2017-Make Life Visible-
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] マウスにおける睡眠のフォワード・ジェネティクス解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: 日本睡眠学会第42回定期学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: National Institute of Biological Sciences, Beijing (NIBS)
  • 招待講演
• [学会発表] Towards the mystery of sleep and wakefulness: forward genetic analysis in mice (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: The 38th International Union of Physiological Sciences(IUPS) World Congress
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] Toward the Mysteries of Sleep (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢 正史
  • 学会等名: 第1回IRCN国際シンポジウム
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [図書] 最新醫學『フォワード・ジェネティクスによる睡眠制御とその障害の解明』 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史、船戸弘正
  • 総ページ数: 154
  • 出版者: 最新医学社
• [図書] 週刊「医学のあゆみ」”睡眠・覚醒制御機構研究の新展開”『”眠気”の実体を探る』 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本多隆利、柳沢正史
  • 総ページ数: 124
  • 出版者: 医歯薬出版
• [図書] 人間？機械？ 睡眠・ヒト型ロボット・無人操縦 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳沢正史、石黒浩、谷口恒、唐津治夢
  • 総ページ数: 120
  • 出版者: 丸善プラネット
• [図書] 週刊「医学のあゆみ」”睡眠・覚醒制御機構研究の新展開”『ノンレム睡眠の生理的役割』 (2017)
  • 著者名/発表者名: 船戸弘正
  • 総ページ数: 124
  • 出版者: 医歯薬出版
• [図書] Progress in Medicine2017年8月号 特集“認知症と睡眠”『睡眠と認知機能の基礎：記憶の固定も含めて』 (2017)
  • 著者名/発表者名: 船戸弘正
  • 総ページ数: 100
  • 出版者: ライフ・サイエンス社