2 年前、日本の科学者たちは、起きていることができないマウスの発見を報告しました。 Sik3と呼ばれる遺伝子に突然変異があったこの生物 、通常よりも 30 パーセント以上多く眠っていました。明らかにリフレッシュして目が覚めましたが、通常の研究室の仲間が就寝するずっと前に、再び居眠りする必要がありました。マウスの方が睡眠を必要としているようでした.
さて、睡眠不足のマウスと Sik3 を持つマウスの脳化学を調べた後、 筑波大学国際統合睡眠医科学研究所の第 2 の研究グループは、よく休んだ正常なマウスには見られない 80 種類のタンパク質の状態の興味深い違いを特定しました。この観察結果は、睡眠が必要な理由と眠気を感じる理由の両方を分子レベルで理解するための鍵となる可能性があると科学者は示唆しています。
研究者は、眠っている脳で起こる多くのことを一般論として説明できます。ニューロン間の接続が変化します。脳波計の記録では、睡眠不足の脳は、よく休んだ脳よりもピークが高く、谷が低いゆっくりした波を生成します。体はあなたをノックアウトする特定の物質を生成し、あなたを目覚めさせる他の物質を生成します.睡眠は学習に役立ちます。1 日の驚くほど多くの時間を睡眠に費やすことになるという事実にもかかわらず、睡眠は生き残るために必要です。あまりにも長い間それなしでいると、死ぬ可能性があります.
しかし、驚くほどあいまいなままなのは、睡眠が正確に何をしているのか、そしてそれが非常に重要であることと、脳がどのくらいの時間起きているかを追跡する方法です.おそらく、睡眠の必要性の内部台帳のメカニズムは、睡眠中に復元されるあらゆるプロセスに関連しています。
新しい結果は、生化学的アプローチ、特にリン酸化、リン酸基の結合をこれらの 80 の特定されたタンパク質 (およびおそらく他のタンパク質) にチェックすることから、この問題に関するいくつかの手がかりが得られる可能性があることを示唆しています。リン酸化は一般に、タンパク質の活性をオフにするか、その他の方法で調節するため、この場合、これらのタンパク質の一部の機能が変化している可能性があります.
睡眠不足、リン酸化増加
科学者たちは、Sik3 を持つマウスのリン酸化を観察することが実りあるかもしれないと考えて、実験を開始しました。 Sleepy と呼ばれる突然変異 マウス。 Sik3 リン酸基を付加する酵素をコードし、Sleepy マウスは酵素を過剰に活性化させ、通常よりも多くのリン酸基を追加する可能性があります.その眠気は、「これらの変異マウスの脳のリン酸化に何か問題があるか、変化していることを示しています」と、この論文の共著者であり、最近国立研究所に異動したテキサス大学サウスウェスタン大学と筑波大学の教授である Qinghua Liu 氏は述べています。北京で生物科学の博士号を取得しています。
彼らの実験では、Sleepy を比較しました 十分に休息したか、さまざまな睡眠不足の状態にある通常のマウス。研究者は、睡眠不足のマウスと Sik3 の脳で、 変異体では、リン酸化酵素の同様のサブセットが活性でした。次に、すべての脳のリン酸化タンパク質を調べたところ、ほぼ同じタンパク質が存在する一方で、それらのタグ付けは異なるように見えることがわかりました。 眠い マウスと通常のマウスは、睡眠不足のマウスと十分に休んだマウスと同様に、互いに有意に異なっていました.特に、睡眠不足のマウスはより多くのリン酸化を示しました。 眠い マウスは、通常のマウスよりも多くのタンパク質がリン酸化されていましたが、他のマウスはあまりリン酸化されていませんでした.
全体で、80 種類のタンパク質が両方の Sik3 でよりリン酸化されていました コントロールよりも睡眠不足のマウス。研究者は、これらの「睡眠要求指標リン酸化タンパク質」または SNIPP をダビングします。彼らは追跡実験で、マウスが覚醒している時間が長いほど、これらのタンパク質がより多くリン酸化されることを発見しました.
興味深いことに、タンパク質の 80% 近く (そのうち 69 種類) が、ニューロンが互いに接続する場所であるシナプスに関与しています。これは、脳全体よりもシナプス タンパク質の割合がはるかに高く、睡眠コミュニティでよく議論されている、シナプスの調節と睡眠との関連性を示唆しています。
シナプス恒常性仮説と呼ばれる理論によると、起きている間は学習と新しい記憶の作成を通じてシナプス接続が形成されますが、眠っている間はそれらの接続の一部が剪定されたり弱められたりして、重要な記憶が統合および強化されます。いくつかの研究は、睡眠が覚醒中のより大きな活動のためにシナプスを刺激することを示唆しています。ウィスコンシン大学マディソン校およびウィスコンシン睡眠意識研究所の教授であり、シナプス恒常性仮説の創始者の 1 人である Chiara Cirelli は、新しい論文について次のように述べています。活動。」
その余分なリン酸化が脳内で正確に何をもたらすのか、さらに言えば、なぜ起きているとリン酸化が起こるのかはまだ不明です.リン酸化が各 SNIPP の効果をどのように変化させるかはまだわかっていません。それでも、シナプシン-1 と呼ばれる SNIPP は、変化するリン酸が何をすることができるかの興味深い例を提供します.
シナプスでは、「上流」のニューロンに神経伝達物質の小さな泡状の小胞が多数含まれており、遠くからの信号を待ちます。その信号が来ると、それらはニューロンの膜に急いで行き、内容物をシナプス ギャップに放出し、そこで他のニューロンによって受信され、メッセージを伝えます。シナプシン-1 は、これらの小胞の表面に座っています。リン酸化されると、膜に近づきます。
睡眠研究者でハーバード大学医学部の臨床神経学者である Thomas Scammell は、「おそらく、これらの変化は、ニューロンが活動するためのプライミングに関するものです」と示唆しています。 1つの解釈は、覚醒がシナプスに近い神経伝達物質のレベルを枯渇させるというものかもしれません。その場合、リン酸化は、新しい供給の到着を調節し、何らかの形で脳がどれだけ活発であったかを示す可能性があります. (ただし、単一のタンパク質だけでは、睡眠の必要性ほど生物学的にグローバルなプロセスを完全に説明できない可能性が高いことに注意してください。)
睡眠ニーズの分子的説明
ハーバード大学医学部の神経学教授でもあるジョナサン・リプトンは、全体として印象的な論文だと述べています。研究者たちが、睡眠の必要性を分子レベルで説明するという長年の目標を目指していることは明らかです。 「彼らがこの研究で行っている議論は、特定のシナプスタンパク質シグナル伝達カスケードにこれらの変化が見られ、それが睡眠の必要性の増加と相関していると思われるということです」と彼は言いました. 「分子的および神経学的レベルでの脳の睡眠の必要性を構成するものは何ですか?明らかに、それが彼らが取り組んでいることです。」
リプトンとスキャメルはどちらも、マウスを覚醒状態に保つために使用される方法、つまり振動台の上に置く方法がストレスフリーではないという事実について、いくつかの懸念を表明しています. Sleepy の使用 マウスにストレスを与えていない状態で比較することは、この問題に対処するのに役立つはずですが、Scammell は、ケージを叩いたり、何かで遊ぶものを与えたりするなど、より穏やかな方法で睡眠を奪われたマウスでも同じ SNIPP が出現するかどうか疑問に思いました.
研究が示唆するように、リン酸化が睡眠の必要性を追跡するために重要であることが証明された場合、それは話の一部にすぎない可能性があります.ヘルシンキ大学の睡眠研究者、Tarja Porkka-Heiskanen 氏によると、睡眠不足時のシナプスで非常に重要であると考えられているタンパク質の 1 つである Homer-1 は、SNIPP のリストにはまったく含まれていません。 Homer-1 がリン酸化から手がかりを得られない場合、それは、いくつかの異なる生化学的システムが、おそらく補完的な方法で睡眠の必要性を処理していることを意味する可能性があります。それでも、研究者が使用した方法は必ずしもすべてのタンパク質のリン酸化の変化を検出するわけではないため、Homer-1 にはまだいくつかの違いがある可能性があります.
今後、研究者は SNIPP が何をするのかをより詳しく調べる予定です。 80 種類のうち 12 種類は、マウスや人間の睡眠になんらかの形で変化をもたらすことがすでにわかっていますが、他の多くはまだ調査されていません。 Liu 氏によると、これら 80 種類は、脳が記録する睡眠と覚醒の関係者を特定するための候補のリストにすぎません。 「それらのうちのいくつかは、他のものよりも重要かもしれません。 … 他の人は単に乗りに来るかもしれません。したがって、これらを整理するには今後の研究が必要です。」
この記事は Wired.com と Wired.jp に転載されました。
