概日時計、リズミカルなシナプス可塑性、ゼブラフィッシュの睡眠覚醒サイクル

概日時計と恒常性プロセスは、睡眠を調節する基本的なメカニズムです。驚くべきことに、何十年にもわたる研究にもかかわらず、私たちはまだ私たちが眠る理由を知りません。興味深い仮説は、睡眠がシナプスの可塑性を調節し、その結果、学習と記憶に有益な役割を果たしていることを示唆しています。しかし、直接的な証拠はまだ限られており、分子調節メカニズムは不明のままです。ゼブラフィッシュは、単純な遺伝的操作、生きている動物のニューロン回路のイメージングとシナプスのイメージング、昼夜中の行動性能の監視を可能にする強力な脊椎動物モデルシステムを提供します。したがって、ゼブラフィッシュは、睡眠を調節する概日および恒常性のプロセスを研究するための魅力的なモデルになりました。ゼブラフィッシュの時計関連遺伝子と睡眠関連の遺伝子がクローン化され、活性とシナプス可塑性の概日リズムを示すニューロンの回路が研究されており、リズミカルな行動出力が特徴付けられています。このデータの統合は、睡眠規制のより良い理解につながる可能性があります。ここでは、メラトニン分泌、構造的シナプス可塑性、運動活動、睡眠のリズムを調節する遺伝子および神経内分泌メカニズムに特に重点を置いて、ゼブラフィッシュの概日時計と睡眠研究の進行をレビューします。

The circadian clock and homeostatic processes are fundamental mechanisms that regulate sleep. Surprisingly, despite decades of research, we still do not know why we sleep. Intriguing hypotheses suggest that sleep regulates synaptic plasticity and consequently has a beneficial role in learning and memory. However, direct evidence is still limited and the molecular regulatory mechanisms remain unclear. The zebrafish provides a powerful vertebrate model system that enables simple genetic manipulation, imaging of neuronal circuits and synapses in living animals, and the monitoring of behavioral performance during day and night. Thus, the zebrafish has become an attractive model to study circadian and homeostatic processes that regulate sleep. Zebrafish clock- and sleep-related genes have been cloned, neuronal circuits that exhibit circadian rhythms of activity and synaptic plasticity have been studied, and rhythmic behavioral outputs have been characterized. Integration of this data could lead to a better understanding of sleep regulation. Here, we review the progress of circadian clock and sleep studies in zebrafish with special emphasis on the genetic and neuroendocrine mechanisms that regulate rhythms of melatonin secretion, structural synaptic plasticity, locomotor activity and sleep.