Nature：遺傳分析帶你揭開(kāi)睡眠的奧秘

在脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物中，睡眠是一種重要的動(dòng)物行為。哺乳動(dòng)物的睡眠是由嚴(yán)格控制的快速眼動(dòng)（REM）睡眠和非REM睡眠周期組成的。最近的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在不同腦區(qū)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可讓我們?cè)谟X(jué)醒、快速動(dòng)眼睡眠和非快速動(dòng)眼睡眠之間進(jìn)行切換。然而，調(diào)節(jié)這些開(kāi)關(guān)的分子機(jī)制還是未知的。

現(xiàn)在，日本筑波大學(xué)的研究人員，對(duì)攜帶隨機(jī)突變的小鼠進(jìn)行了研究，以分離那些具有睡眠/覺(jué)醒異常的小鼠。這種大規(guī)模的篩選過(guò)程，確定了睡眠表型和突變基因，揭示了兩種蛋白質(zhì)對(duì)于調(diào)節(jié)睡眠需要和維持快速眼動(dòng)睡眠周期的作用。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Nature》雜志。

以前的工作確定了某些基因，它們控制著攜帶隨機(jī)突變的果蠅的睡眠，但在小鼠中進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)在技術(shù)上更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾枰獪y(cè)量睡眠/覺(jué)醒中的腦電活動(dòng)，事實(shí)上許多冗余的機(jī)制參與了睡眠調(diào)節(jié)。

研究人員使用化學(xué)誘變方法，將隨機(jī)突變引入小鼠體內(nèi)。通過(guò)觀察小鼠，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)突變譜系，命名為Sleepy，這些小鼠的睡眠時(shí)間延長(zhǎng)。這個(gè)譜系在Sik3基因中攜帶突變，它編碼一種酶（SIK3），在控制其他蛋白質(zhì)的大腦神經(jīng)元中表達(dá)。

本文第一作者Hiromasa Funato說(shuō)：“我們注意到，Sleepy突變體小鼠對(duì)睡眠剝奪表現(xiàn)出一種夸張的反應(yīng)。檢測(cè)睡眠剝奪的小鼠的大腦，研究人員發(fā)現(xiàn)，SIK3蛋白內(nèi)的氨基酸磷酸化發(fā)生了變化。這些變化被Sleepy小鼠中的Sik3突變所干擾，這就是為什么它們有增加睡眠的需求?！?/p>

研究人員確定的第二個(gè)睡眠表型，具有縮短的和不穩(wěn)定的快速眼動(dòng)睡眠周期。本文共同作者Chika Miyoshi說(shuō)：“這種突變譜系，命名為Dreamless，在Nalcn基因中攜帶一個(gè)突變，該基因編碼一個(gè)離子通道，被認(rèn)為可控制神經(jīng)元的興奮性。Dreamless突變體會(huì)導(dǎo)致通過(guò)通道的離子電導(dǎo)增加，并增加REM終止神經(jīng)元的活動(dòng)，這與REM睡眠不穩(wěn)是一致的?！?/p>

在果蠅和線蟲(chóng)中，Sik3相關(guān)基因也被證明參與調(diào)節(jié)這些動(dòng)物的睡眠樣行為的數(shù)量，而以前有研究發(fā)現(xiàn)，Nalcn相關(guān)的果蠅基因突變控制著神經(jīng)元興奮性的晝夜變化。無(wú)脊椎動(dòng)物基因的這些保守作用，對(duì)于控制所有動(dòng)物的睡眠具有重要意義。

本文資深作者M(jìn)asashi Yanagisawa說(shuō)：“我們希望，這些關(guān)鍵基因的發(fā)現(xiàn)才剛剛開(kāi)啟睡眠調(diào)節(jié)這個(gè)黑盒子。令人驚訝的是，我們對(duì)于‘我們大腦中的瞌睡是什么東西’這樣的簡(jiǎn)單問(wèn)題，幾乎一無(wú)所。我們將從這些基因開(kāi)始，并嘗試解開(kāi)這個(gè)巨大的謎團(tuán)。”