[概日リズムと睡眠恒常性の分子メカニズム]

睡眠覚醒サイクルは、概日リズムと睡眠恒常性の相互作用によって制御されます。遺伝的研究は、睡眠覚醒行動の変化を伴う変異体の発見を通じて、私たちの毎日のリズムを調節する分子成分を調査しました。哺乳類の概日時計では、転写活性化因子と阻害剤のセットで構成されるネガティブフィードバックループは、転写活性の細胞自律振動を生成します。最近の研究により、このような転写フィードバックは、振動期間の微調整のための翻訳後修飾を通じて制御されることがさらに発見されました。概日時計と比較して、睡眠恒常性の標準分子モデルはまだ確立されていません。しかし、哺乳類の前方および逆の遺伝的研究における最近の進歩により、睡眠時間を調節するいくつかの遺伝子が発見されました。興味深いことに、これらの遺伝子にはイオンチャネルとキナーゼが含まれており、これらのチャネルを潜在的に変更する可能性があります。睡眠関連イオンチャネルの一部は、神経膜電位のCa2+依存性過分極に関与しています。計算モデルは、睡眠中に皮質錐体ニューロンで観察された発火パターンの根底にあることを示唆しています。したがって、皮質ニューロンの膜電位を制御するイオンチャネルは、睡眠恒常性に関与する可能性があります。

Sleep-wake cycle is controlled by the interplay between circadian rhythm and sleep homeostasis. Genetic studies, through the discovery of mutants with altered sleep-wake behaviors, have explored the molecular components that regulate our daily rhythms. In mammalian circadian clocks, negative-feedback loops composed of a set of transcription activators and inhibitors generate a cell-autonomous oscillation of transcriptional activity. Recent studies further discovered that such transcriptional feedback is controlled through post-translational modifications for the fine-tuning of the oscillation period. Compared to circadian clocks, the canonical molecular model for sleep homeostasis is not established yet. However, recent advances in mammalian forward and reverse genetic studies discovered several genes that regulate sleep duration. Interestingly, these genes include ion channels and kinases, which potentially modify these channels. A part of sleep-related ion channels is involved in Ca2+-dependent hyperpolarization of the neuronal membrane potential. Computational models suggest that the hyperpolarization pathway underlies the firing patterns observed in the cortical pyramidal neurons during sleep. Thus, ion channels controlling the membrane potential of the cortical neurons may be involved in sleep homeostasis.