カルシウムが骨に良いことは知っていますが、快眠の鍵もカルシウムかもしれません。 理化学研究所計量生物学研究センター（QBiC）と東京大学の研究者らは、睡眠の仕組みに関する新しい理論を発表しました。 この研究成果は『Neuron』誌に掲載され、徐波睡眠が神経細胞内のカルシウムの活性に依存することを明らかにしました。

グループディレクターで研究代表者の上田大樹氏は、「睡眠は基本的な生理的機能ですが、そのメカニズムはまだ分かっていません」と述べています。

シリコでは、計算神経モデルを作成して、ニューロン内のどの電流が徐波睡眠に関連するタイプの神経活動を維持するのに重要であるかを予測した。

筆頭著者で東京大学大学院生の田月史也氏は、「私たちのモデルは4つの予測を行い、睡眠に関わる重要な遺伝子を探索するための4つの出発点を与えてくれました」と説明する。 それぞれの予測は、ノックアウトマウスを用いた実験や薬理学的阻害によって検証され、正しいことが証明されました。最終的に、同じカルシウム関連経路で働き睡眠時間を制御する7つの遺伝子を特定することができました」

21匹のノックアウトマウスは、最近開発したCRISPR技術を使って作成しました。上田教授のチームは、この技術を、高精度・高効率な試験管内のシステム「トリプルCRISPR」として改良を続けてきました。 今年初めに発表された結果では、成功率はほぼ100%であった。 さらに、共同筆頭研究者の砂川玄士郎氏がこの研究のために開発した自動睡眠モニタリングシステムは、必要な行動データを継続的に収集する上で非常に貴重なものとなりました。

コンピュータモデル、トリプルCRISPR技術、新しい睡眠モニタリングシステムに基づいて、標的遺伝子を欠いたKOマウスの睡眠時間の変化を生体内で観察したところ、睡眠時間は有意に減少していました。 研究チームは、睡眠パターンに異常があるマウスを特定することで、睡眠時間の増減に重要な7つの遺伝子を突き止めることができました。

7つの遺伝子はすべて、神経細胞が活動しにくくなるカルシウム依存性の変化–過分極と呼ばれるプロセス–を可能にします。 このモデルで予測されたように、これらの遺伝子のうち6つをダウンレギュレートすると、KOマウスの睡眠時間が短くなり、最後の遺伝子をダウンレギュレートすると、より長い睡眠時間がもたらされました。 驚きの一つは、現在の理論とは異なり、NMDA受容体を阻害すると、神経細胞の興奮が直接呼び起こされ、睡眠の減少に寄与することでした。”と述べています。

上田氏は、「これらの知見は、睡眠障害とそれに関連する神経疾患の理解と治療に貢献するはずです」と記しています。 睡眠薬の新たな分子標的であることに加え、今回同定された遺伝子は、睡眠機能障害に伴って起こる特定の精神疾患を治療する薬の標的にもなり得ます」

砂川氏は、まだ多くの研究が必要であると警告しています。 “今回の研究で睡眠調節のメカニズムが明らかになりましたが、その分子的な詳細はまだ不明であり、睡眠機能障害と精神疾患との本当の関係もわかっていません。”