Nature：遗传分析带你揭开睡眠的奥秘

在脊椎动物和无脊椎动物中，睡眠是一种重要的动物行为。哺乳动物的睡眠是由严格控制的快速眼动（REM）睡眠和非REM睡眠周期组成的。最近的研究已经发现，在不同脑区中的神经网络，可让我们在觉醒、快速动眼睡眠和非快速动眼睡眠之间进行切换。然而，调节这些开关的分子机制还是未知的。

现在，日本筑波大学的研究人员，对携带随机突变的小鼠进行了研究，以分离那些具有睡眠/觉醒异常的小鼠。这种大规模的筛选过程，确定了睡眠表型和突变基因，揭示了两种蛋白质对于调节睡眠需要和维持快速眼动睡眠周期的作用。相关研究结果发表在最近的《Nature》杂志。

以前的工作确定了某些基因，它们控制着携带随机突变的果蝇的睡眠，但在小鼠中进行相同的实验在技术上更具挑战性，因为需要测量睡眠/觉醒中的脑电活动，事实上许多冗余的机制参与了睡眠调节。

研究人员使用化学诱变方法，将随机突变引入小鼠体内。通过观察小鼠，他们发现了一个突变谱系，命名为Sleepy，这些小鼠的睡眠时间延长。这个谱系在Sik3基因中携带突变，它编码一种酶（SIK3），在控制其他蛋白质的大脑神经元中表达。

本文第一作者Hiromasa Funato说：“我们注意到，Sleepy突变体小鼠对睡眠剥夺表现出一种夸张的反应。检测睡眠剥夺的小鼠的大脑，研究人员发现，SIK3蛋白内的氨基酸磷酸化发生了变化。这些变化被Sleepy小鼠中的Sik3突变所干扰，这就是为什么它们有增加睡眠的需求。”

研究人员确定的第二个睡眠表型，具有缩短的和不稳定的快速眼动睡眠周期。本文共同作者Chika Miyoshi说：“这种突变谱系，命名为Dreamless，在Nalcn基因中携带一个突变，该基因编码一个离子通道，被认为可控制神经元的兴奋性。Dreamless突变体会导致通过通道的离子电导增加，并增加REM终止神经元的活动，这与REM睡眠不稳是一致的。”

在果蝇和线虫中，Sik3相关基因也被证明参与调节这些动物的睡眠样行为的数量，而以前有研究发现，Nalcn相关的果蝇基因突变控制着神经元兴奋性的昼夜变化。无脊椎动物基因的这些保守作用，对于控制所有动物的睡眠具有重要意义。

本文资深作者Masashi Yanagisawa说：“我们希望，这些关键基因的发现才刚刚开启睡眠调节这个黑盒子。令人惊讶的是，我们对于‘我们大脑中的瞌睡是什么东西’这样的简单问题，几乎一无所。我们将从这些基因开始，并尝试解开这个巨大的谜团。”