重要的睡眠調(diào)控因子，開創(chuàng)睡眠研究新方法

該研究揭示了鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(Calcineurin)是睡眠調(diào)節(jié)的一個關(guān)鍵因子。

研究者們首運用生物化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)技術(shù)來探究睡眠的調(diào)控機制。他們發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(CaN)是一種磷酸酶,能夠在SIK3的兩個調(diào)節(jié)位點上去除磷酸基團,而這些位點并非酶活性所必需。降低CaN的活性會導(dǎo)致小鼠睡眠時間減少超過5小時,這是在小鼠中觀察到的睡眠變化。這項研究揭示了睡眠調(diào)節(jié)中的磷酸酶-激酶途徑,并強調(diào)了生化純化和化學(xué)生物學(xué)方法在大腦功能研究中的價值。

睡眠是動物的一種基本生理過程,受晝夜節(jié)律和體內(nèi)平衡的調(diào)控。遺傳學(xué)方法在果蠅、老鼠、狗和人類中已被證明是揭示睡眠調(diào)節(jié)基因的有效手段。

例如,食欲素/下丘腦泌素及其受體在維持失眠中的作用,以及鹽誘導(dǎo)激酶3(SIK3)在調(diào)節(jié)睡眠中的功能。由于睡眠只能在動物中進行測量,而不能在分子層面上直接測量,因此研究依賴于電生理學(xué)和遺傳學(xué)來探索果蠅和小鼠睡眠的分子機制。

蛋白質(zhì)磷酸化在不同的睡眠-覺醒狀態(tài)之間有所差異。哺乳動物的睡眠被認為涉及多種蛋白激酶,包括蛋白激酶A(PKA)、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)、一磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)、鈣(Ca2+)/鈣調(diào)素(CaM)激酶II(CaMKII)a和b、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、SIK 3,1和2、以及肝激酶B(l k B1)。據(jù)報道,CaMK2b基因敲除的小鼠每24小時的睡眠時間減少超過120分鐘,這是小鼠中已知基因突變中睡眠減少多的。

關(guān)于哺乳動物睡眠中的蛋白磷酸酶(PPases)的機制,目前所知甚少。鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(CaN、PP2或PPP3)是一種在20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì),其磷酸酶功能在20世紀(jì)80年代被確認。鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶是一種由Ca2+和鈣調(diào)素(CaM)激活的磷酸酶,它是一個二聚體,包含催化亞單位鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶A(有三種變體PPP3CA、PPP3CB或PPP3CC)和調(diào)節(jié)亞單位鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶B(有兩種變體PPP3R1或PPP3R2)。PPP3CA、PPP3CB和PPP3R1廣泛表達,而PPP3CC和PPP3R2在睪丸中特別重要。PPP3CA是大腦中豐富的催化亞單位,PPP3R1是大腦中豐富的調(diào)節(jié)亞單位。該研究利用對睡眠有重要影響的激酶的磷酸化位點作為生化和化學(xué)生物學(xué)方法的目標(biāo)。在SIK3的T469位點上,將蘇氨酸替換為丙氨酸的小鼠表現(xiàn)出睡眠時間增加。生化純化和光交聯(lián)技術(shù)揭示了CaN在體外和體內(nèi)對SIK3在T469和S551位點的去磷酸化作用,而不是T221位點。敲除CaN的調(diào)節(jié)亞單位會導(dǎo)致每日睡眠時間減少超過5小時,這是已知小鼠突變體中睡眠減少多的。這項工作揭示了CaN在睡眠中的重要作用,并確立了生化純化和化學(xué)生物學(xué)作為研究睡眠的有效方法。