Nature：遺傳分析帶你揭開睡眠的奧秘

在脊椎動物和無脊椎動物中，睡眠是一種重要的動物行為。哺乳動物的睡眠是由嚴格控制的快速眼動（REM）睡眠和非REM睡眠周期組成的。最近的研究已經發現，在不同腦區中的神經網絡，可讓我們在覺醒、快速動眼睡眠和非快速動眼睡眠之間進行切換。然而，調節這些開關的分子機制還是未知的。

現在，日本筑波大學的研究人員，對攜帶隨機突變的小鼠進行了研究，以分離那些具有睡眠/覺醒異常的小鼠。這種大規模的篩選過程，確定了睡眠表型和突變基因，揭示了兩種蛋白質對于調節睡眠需要和維持快速眼動睡眠周期的作用。相關研究結果發表在最近的《Nature》雜志。

以前的工作確定了某些基因，它們控制著攜帶隨機突變的果蠅的睡眠，但在小鼠中進行相同的實驗在技術上更具挑戰性，因為需要測量睡眠/覺醒中的腦電活動，事實上許多冗余的機制參與了睡眠調節。

研究人員使用化學誘變方法，將隨機突變引入小鼠體內。通過觀察小鼠，他們發現了一個突變譜系，命名為Sleepy，這些小鼠的睡眠時間延長。這個譜系在Sik3基因中攜帶突變，它編碼一種酶（SIK3），在控制其他蛋白質的大腦神經元中表達。

本文第一作者Hiromasa Funato說：“我們注意到，Sleepy突變體小鼠對睡眠剝奪表現出一種夸張的反應。檢測睡眠剝奪的小鼠的大腦，研究人員發現，SIK3蛋白內的氨基酸磷酸化發生了變化。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。”

研究人員確定的第二個睡眠表型，具有縮短的和不穩定的快速眼動睡眠周期。本文共同作者Chika Miyoshi說：“這種突變譜系，命名為Dreamless，在Nalcn基因中攜帶一個突變，該基因編碼一個離子通道，被認為可控制神經元的興奮性。Dreamless突變體會導致通過通道的離子電導增加，并增加REM終止神經元的活動，這與REM睡眠不穩是一致的。”

在果蠅和線蟲中，Sik3相關基因也被證明參與調節這些動物的睡眠樣行為的數量，而以前有研究發現，Nalcn相關的果蠅基因突變控制著神經元興奮性的晝夜變化。無脊椎動物基因的這些保守作用，對于控制所有動物的睡眠具有重要意義。

本文資深作者Masashi Yanagisawa說：“我們希望，這些關鍵基因的發現才剛剛開啟睡眠調節這個黑盒子。令人驚訝的是，我們對于‘我們大腦中的瞌睡是什么東西’這樣的簡單問題，幾乎一無所。我們將從這些基因開始，并嘗試解開這個巨大的謎團。”