Sik3変異マウスにおける睡眠量の恒常性制御を担う神経細胞集団の探索

• 研究課題/領域番号: 20J12137
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分44050:動物生理化学、生理学および行動学関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 岩崎 加奈子 筑波大学, 人間総合科学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2020-04-24 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 睡眠 / 責任領域 / 神経細胞サブタイプ / 神経回路 / 遺伝子改変マウス / AAV

研究開始時の研究の概要

睡眠負債のフィードバック制御を受け、睡眠量の恒常性は保たれる。しかし、睡眠負債を感知し睡眠を増加させる脳領域は明らかではない。SIK3の機能獲得型Sleepy変異(SLP)は、睡眠要求と睡眠量を増加させる。SLPはシナプス関連蛋白質を睡眠負債が蓄積した時のリン酸化状態に近づけるため、SLPの脳内局所発現により、限局的に睡眠負債が蓄積した状態を模倣できる。従って、SLPの発現により睡眠が増加する領域は、睡眠量の恒常性制御を担うと期待される。本研究では、ウイルスを用いて脳局所でSLPを発現させ、SLPが睡眠を増加させる脳領域を探索・同定・操作する事で、睡眠量の恒常性制御を担う脳領域の解明を目指す。

研究実績の概要

SIK3は、睡眠負債を制御する細胞内の分子機構を構成している。SIK3の機能獲得型Sleepy変異(SLP)を全身性に発現したマウスでは、睡眠量と、睡眠要求の指標であるノンレム睡眠時の脳波デルタパワーが増加する。しかし、SLPが睡眠量とノンレム睡眠時のデルタパワーを増加させる責任脳領域は明らかになっていない。そこで本研究では、AAVを用いて脳局所でSLPを発現させ、睡眠覚醒行動を観察することで、SLPの責任脳領域を神経核レベルで解明することを目指してきた。採用初年度に、脳局所でのSLPの発現が睡眠量の増加に十分であることを明らかにし、その領域をSLPが睡眠増加を引き起こす候補脳領域とした。そこで、次年度には、候補脳領域をターゲットに研究を進めた。①SLPが睡眠量を増加させる脳領域を、神経核レベルまで絞り込みを行った。候補脳領域に含まれるひとつの神経核で、SLPの発現により睡眠量が増加することが明らかになった。②SLPが睡眠増加を引き起こす神経回路を明らかにするための実験を行った。①で同定した神経核の投射先のうち、2つの投射先について解析を終えた。③候補脳領域におけるSLPの発現が睡眠増加に必要であるか検討した。SLPの全身性発現により睡眠量が増加したマウスで、候補脳領域のSLPの発現を抑制すると、睡眠が減少傾向にあることが示された。以上の結果は、睡眠負債を制御する細胞内の分子機構が、特定の神経細胞集団を介して睡眠量を制御しうることを示す重要な知見である。睡眠負債が睡眠量の増加を引き起こすメカニズムが明らかになれば、睡眠障害の理解や治療の進歩に貢献できる可能性がある。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Protocol for sleep analysis in the brain of genetically modified adult mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanako Iwasaki, Noriko Hotta-Hirashima, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 2 号: 4 ページ: 100982-100982
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2021.100982
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of Mutant Sik3Sleepy Allele in Neurons in Late Infancy Increases Sleep Need (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Kanako, Fujiyama Tomoyuki, Nakata Shinya, Park Minjeong, Miyoshi Chika, Hotta-Hirashima Noriko, Ikkyu Aya, Kakizaki Miyo, Sugiyama Fumihiro, Mizuno Seiya, Abe Manabu, Sakimura Kenji, Takahashi Satoru, Funato Hiromasa, Yanagisawa Masashi
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 41 号: 12 ページ: 2733-2746
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1004-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Where does Sleepy mutation of SIK3 cause sleep phenotypes? (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanako Iwasaki, Tomoyuki Fujiyama, Shinya Nakata, Minjeong Park, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Yukiko Ishikawa, Fumihiro Sugiyama, Seiya Mizuno, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • 学会等名: JST-CREST “Opt Bio” / WPI-IIIS Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Neuroanatomical analysis of how the gain-of-function mutation in Sik3 increases sleep (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanako Iwasaki, Tomoyuki Fujiyama, Shinya Nakata, Minjeong Park, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Yukiko Ishikawa, Fumihiro Sugiyama, Seiya Mizuno, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] Where does Sleepy mutation of SIK3 increase non-REM sleep? (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanako Iwasaki, Tomoyuki Fujiyama, Shinya Nakata, Minjeong Park, Chika Miyoshi, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Yukiko Ishikawa, Fumihiro Sugiyama, Seiya Mizuno, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • 学会等名: SfN Neuroscience 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Sleepy変異型SIK3が睡眠増加を引き起こすメカニズム：神経解剖学的および生化学的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎加奈子、藤山知之、上田壮志、中田慎也、パクミンジョン、三好千香、堀田-平島範子、一久綾、柿﨑美代、杉山文博、水野聖哉、阿部学、﨑村建司、高橋智、松田道行、船戸弘正、柳沢正史
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] 若齢期に神経細胞特異的にSik3Sleepy変異を誘導したマウスは過眠を呈する (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩崎加奈子、藤山知之、中田慎也、パクミンジョン、三好千香、堀田-平島範子、一久綾、柿﨑美代、杉山文博、水野聖哉、阿部学、﨑村建司、高橋智、船戸弘正、柳沢正史
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [備考] 幼若期以降の神経細胞におけるタンパク質リン酸化酵素の遺伝子変異が眠気を増強する
  • URL: https://www.tsukuba.ac.jp/journal/medicine-health/20210225140100.html