神経細胞特異的Sik3遺伝子欠損マウスを用いた睡眠・代謝制御神経基盤の解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J21517
• Research Institution: University of Tsukuba
• Research Fellow: 浅野 冬樹 筑波大学, 人間総合科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Keywords: 睡眠・覚醒 / 概日リズム / 遺伝子改変マウス / 神経細胞サブタイプ / リン酸化酵素 / コンディショナルノックアウト / 体重

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者らは、ランダム点突然変異を引き起こしたマウスの睡眠覚醒異常スクリーニングにより、ノンレム睡眠時間の延長を引き起こす機能獲得型変異をSik3遺伝子上に同定した。この表現型は、変異によってＰＫＡによるリン酸化部位が欠損していることが原因である。一方、ショウジョウバエや線虫における機能喪失型SIK3の発現は睡眠様行動を減少させる。マウスにおいても内在制のSIK3が睡眠覚醒制御にかかわっていることが予想されるが、マウスにおいてSIK3を欠損させると高い生後死亡率を示すと同時に、代謝異常や成長障害も示してしまう。これは全身性にSIK3を欠損させたことが原因である。本研究では、神経細胞サブタイプ特異的にSIK3欠損を引き起こすことにより、上記の障害を回避して、内在性SIK3の睡眠覚醒制御への関与および欠損による影響を評価することを目的とする。
神経細胞サブタイプ特異的なSIK3欠損には、新たに作成したSik3-floxマウスを使用した。このマウスと神経細胞サブタイプ特異的にCre酵素を発現するマウスとを交配することにより、目的の神経細胞群においてSIK3を欠損させることができる。本年度は、Sik3-floxマウスと神経系の細胞においてCre酵素を発現するNestin-Creマウスとを交配し、神経系の細胞においてSIK3を欠損したSik3-flox;Nestin-Creマウスを作成した。このマウスでは予想通りに、Cre酵素依存的にSIK3を欠損していることが確認できた。Sik3-flox;Nestin-CreマウスはSIK3欠損マウスのように生後死亡を示すことはなく、健康に発育した。Sik3-flox;Nestin-Creマウスに脳波・筋電図を測定するための電極の取り付け手術を行い、睡眠覚醒についても評価した。Sik3-flox;Nestin-Creマウスの体重も記録した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画通りにSIK3-floxマウスがCre酵素依存的にSIK3を欠損させることが確認できた。各種Creドライバーマウスとの交配、睡眠測定も計画通りに進展している。

Strategy for Future Research Activity

計画通りに、神経細胞サブタイプ特異的にCre酵素を発現するマウスとSik3-floxマウスとの交配を進めていく。生まれてきたマウスに電極取り付け手術を施し、脳波・筋電図を測定することで睡眠覚醒行動の評価を進める。スクリーニングにより樹立されたSIK3変異家系は、ノンレム睡眠時間が延長しているだけでなく、睡眠欲求の指標の一つであるノンレム睡眠中のデルタ波密度も増加している。作成した神経細胞サブタイプ特異的なSIK3欠損マウスから得られた脳波・筋電図に基づき、覚醒時間、ノンレム睡眠時間、レム睡眠時間だけでなく、各エピソードの持続時間およびその成分についても評価する。電極取り付け手術時のマウスの体重についても記録する。
近年、全身性のSIK3欠損マウスは概日リズムに異常をきたすことが報告された。このマウスでは、主時計である視交叉上核の細胞が同期できていないため、行動周期長が延長する。SIK3変異家系は行動周期長の延長を示さないが、睡眠覚醒行動に変化が見られた神経細胞サブタイプ特異的SIK3欠損マウスについては周期長を測定し、概日リズム制御による睡眠覚醒への影響についても検討する。

Research Products

• [Presentation] Production of brain-specific SIK3-deficient mice (2018)
  • Author(s): Fuyuki Asano, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Miyo Kakizaki, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Seiya Mizuno, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Establishment of the neuron-type specific SIK3-deficient mice (2018)
  • Author(s): Fuyuki Asano, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Miyo Kakizaki, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Seiya Mizuno, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • Organizer: TSUKUBA GROBAL SCIENCE WEEK 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sleep/wakefulness in neuron-specific SIK3-deficient mice (2018)
  • Author(s): Fuyuki Asano, Tomoyuki Fujiyama, Chika Miyoshi, Miyo Kakizaki, Noriko Hotta-Hirashima, Aya Ikkyu, Satomi Kanno, Seiya Mizuno, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Hiromasa Funato, Masashi Yanagisawa
  • Organizer: IIIS symposium 2018
  • Int'l Joint Research