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遗伝子改変されたマウス
この写真の遗伝子改変マウスは、遗伝子改変されていない普通のマウスと比べて睡眠时间が短くなりました。
© Ueda Lab.

东京大学と理化学研究所の研究グループは、睡眠の理论モデルと21の异なる遗伝子を改変したマウスを用いた実験により、マウスの睡眠时间を左右する7つの遗伝子を特定しました。本研究グループは、今回の研究结果が睡眠障害および睡眠に関连する精神障害、神経変性の病気の解明と治疗に贡献することを期待しています。

すべての生物は睡眠をとるものの、その睡眠时间は异なると考えられています。人间の睡眠时间は、子供の时が一番长くて、年齢とともに次第に减少していきます。哺乳类は睡眠をとることによって、例えば、脳内の老廃物を取り除いたり、免疫机能を回復したりという日常生活の影响から回復したり、経験を処理して长期记録に保存したりしています。しかし、なぜ眠るのか、どのように睡眠时间が调整されているのかは、ほとんど知られていません。

東京大学大学院医学系研究科の上田泰己教授を中心とする同大学と理化学研究所生命システム研究センターの共同研究グループは、睡眠のコンピュータモデルを用いて、睡眠时间はカルシウムによって調整されていると予測し、その役割を担っている可能性のある複数の遺伝子を特定しました。そして、21の異なる遗伝子改変されたマウスを用いてこの予測を検証しました。その結果、カルシウムイオンによって調整されるメカニズムが睡眠时间を制御していることを突き止めました。

研究グループは、以前同グループが开発した効率的な颁搁滨厂笔搁法の一种を用いて、カルシウム调整に関わる遗伝子を取り除いた、21の遗伝子改変マウスを作り出しました。この21种类の遗伝子改変マウスのうち、7种类の遗伝子改変マウスについて睡眠时间に有意な変化が见られました。また、研究グループは、マウスが眠りにつくためには神経细胞にカルシウムイオンが流入する必要があり、マウスが覚醒するためはカルシウムイオンが神経细胞から流出する必要があることを発见しました。こうした発见は、コンピュータモデルによる予测と一致するものでした。

本成果の論文の筆頭著者である多月文哉氏は次のように話します。「コンピュータモデルから得られた予測と、実験データがこんなにきれいに一致したことに驚きました。私たちは、マウスを傷つけることなくマウスの睡眠时间を計測できる手法を最近開発しました。SSS法（Snappy Sleep Stager 法）という手法で、マウスの呼吸パターンを指標として睡眠时间を測ります。この手法は、遺伝子改変したマウスの睡眠时间に変化が起こったのかを確かめる上で非常に有用でした」。

上田泰己教授は、「睡眠はもっとも基本的な生理机能の一つです。ハエから人间まで、ほとんどの生物は睡眠をとると考えられています。しかし、どのような分子が睡眠时间を调整しているのかということは、いまだにほとんどわかっていません。今回の成果は、この睡眠时间を调整する分子を特定したことです。これからの研究や治疗に様々なヒントを提供する可能性があります。また、精神障害や神経変性の病気に睡眠障害が関连している场合があるので、睡眠时间を调整している仕组みを解明することは、こうした病気の理解をさらに深め、将来の治疗につながる可能性があります」と话します。

论文情报

Fumiya Tatsuki, Genshiro A. Sunagawa, Shoi Shi, Etsuo A. Susaki, Hiroko Yukinaga, Dimitri Perrin, Kenta Sumiyama, Maki Ukai-Tadenuma, Hiroshi Fujishima, Rei-ichiro Ohno, Daisuke Tone, Koji L. Ode, Katsuhiko Matsumoto and Hiroki R. Ueda, "Involvement of Ca2⁺-dependent hyperpolarization in sleep duration in mammals", Neuron Online Edition: 2016/03/18 (Japan time), doi:10.1016/j.neuron.2016.02.032.
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