In vitro睡眠解析系を利用した睡眠制御分子ネットワークの一斉同定

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K16115
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 戸根 大輔 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (60806610)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 睡眠 / CaMKII / リン酸化

研究実績の概要

本研究ではin vitro睡眠覚醒解析系を確立することで、睡眠覚醒制御の分子基盤を明らかにすることを目指している。昨年度までに、カルシウム指示薬を利用してマウス初代培養神経細胞における神経活動をモニターすることに成功した。今年度は実験系をより簡便に構築する目的でカルシウムセンサーGCaMP6を使用した神経活動評価に取り組んだ。アデノ随伴ウイルス(AAV)を利用することで、マルチウェルプレート内で初代培養神経細胞においてGCaMP6を発現させ、蛍光シグナルの取得を行った。この結果、GCaMP6を利用しても安定に神経活動が測定可能なことが明らかになった。続いて、睡眠覚醒の重要な制御を担うと考え解析を継続しているカルシウムカルモジュリン依存性プロテインキナーゼ(CaMKII)について、この分子機能がin vitroでの神経活動にどのような影響を与えるのかを検証した。昨年度までに構築したCaMKII活性制御系を利用し、初代培養神経において活性化型CaMKIIを発現させ、その際の神経活動の変化を評価した。この結果、神経活動の明確な変化は見いだせなかったが、今後初代神経細胞の神経活動を変化させられるような薬剤などを利用し、その応答の違いなどを詳細に観察することでCaMKII活性の影響を顕在化させることができるかもしれない。一方で、並行して行ってきた睡眠制御因子CaMKIIに関するマウス個体レベルの解析では、CaMKIIが自身のリン酸化状態により、睡眠の導入と維持という異なる２つの機能を持つことを見出し、この結果を論文として報告した。今後はCaMKIIリン酸化変異体を対象にin vitro睡眠解析系に供することで、睡眠の量・質に影響を与えるような未知のリン酸化状態を同定することも可能かもしれない。

研究成果

• [雑誌論文] Distinct phosphorylation states of mammalian CaMKIIβ control the induction and maintenance of sleep (2022)
  • 著者名/発表者名: Tone D, Ode KL, Zhang Q, Fujishima H, Yamada RG, Nagashima Y, Matsumoto K, Wen Z, Yoshida SY, Mitani TT, Arisato Y, Ohno RI, Ukai-Tadenuma M, Yoshida Garcon J, Kaneko M, Shi S, Ukai H, Miyamichi K, Okada T, Sumiyama K, Kiyonari H, Ueda HR
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 20(10) ページ: e3001813
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001813
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mammalian sleep regulation by phosphorylation states of CaMKII (2023)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Tone
  • 学会等名: 日本薬理学会関東部会
• [学会発表] Multistep regulation of mammalian sleep by phosphorylation states of CaMKII (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Tone
  • 学会等名: JPW2022
• [備考] 睡眠に関わるたんぱく質リン酸化酵素の働きを解明
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20221005-2/index.html