睡眠・覚醒とサーカディアンリズムを統合する機能的神経回路の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24621012
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 宮本 浩行 独立行政法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (90312280)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: サーカディアンリズム / 睡眠・覚醒 / 視交叉上核 / セロトニン / 前脳基底部・視索前野 / 神経活動

研究実績の概要

脳セロトニン（5-HT）の働きによって、24時間生物時計と睡眠・覚醒リズムが統合されることを見出した。
サーカディアンリズムと呼ばれる24時間周期のリズムは多くの生物現象に認められ、睡眠・覚醒もこのリズムに強く制御されている。ヒトが自然に朝起きて夜寝るのもこの制御による。これまで、脳深部の視交叉上核（SCN）がサーカディアンリズムの主時計であると知られていたが、SCNからの信号がどこに伝えられ、どのように睡眠・覚醒のサーカディアンリズムが形成されるのかというシステムの理解は進んでいなかった。
研究グループは、うつ病とも関連する脳内のセロトニンを急速・選択的に除去する物質を開発し、この物質をラットに投与すると、睡眠・覚醒のサーカディアンリズムが崩壊することを報告した。今回、自由行動中のラットにこの物質を投与し、数週間にわたって脳の各領域の神経活動を解析した結果、睡眠・覚醒のサーカディアンリズムが無くなっているにもかかわらず、SCNのサーカディアンリズムは強固に保たれ、睡眠・覚醒機能そのものも維持されている（睡眠時の神経活動低下と覚醒時の活性化）ことを見いだした。しかし、睡眠・覚醒を直接的に実行する前脳基底部・視索前野（BF/POA）という部位の神経活動は、サーカディアンリズムが消失していた。この部位のセロトニン受容体を阻害すると、睡眠の多くを占める徐波睡眠のサーカディアンリズムが消失した。これらにより、 SCNからのサーカディアンリズムは、セロトニンの作用を受けたBF/POA領域に伝えられ、そこで睡眠・覚醒機能を統合し、24時間周期の睡眠・覚醒リズムを生み出すと結論した。
今後、セロトニンとうつ病や不眠、睡眠リズム障害などの体系的理解が深まることで、これら疾患に対する科学的知見に基づいた治療に貢献すると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Elfn1 recruits presynaptic mGluR7 in trans and its loss results in seizures (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomioka NH, Yasuda H, Miyamoto H, Hatayama M, Morimura N, Matsumoto Y, Suzuki T, Odagawa M, Odaka YS, Iwayama Y, Won Um J, Ko J, Inoue Y, Kaneko S, Hirose S, Yamada K, Yoshikawa T, Yamakawa K, Aruga J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 1-16
  • DOI: doi:10.1038/ncomms5501
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 睡眠による視覚野機能的神経結合の促進と抑制性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮本浩行、槌本佳子、ヘンシュ貴雄
  • 学会等名: 第18回視覚科学フォーラム 特別企画シンポジウム
  • 発表場所: 前橋工科大学 （群馬県 前橋市）
  • 年月日: 2014-08-18 – 2014-08-19
  • 招待講演
• [備考] 睡眠・覚醒機能と24時間リズムをセロトニンが束ねる－睡眠・覚醒のサーカディアンリズム形成機構－
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2012/20121017/
• [備考] 研究の紹介
  • URL: http://miyamotosleep.web.fc2.com/