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加州大学旧金山分校研究团队发现了一种罕见的基因突变，携带者平均只睡六小时就能保持精力充沛。 图片来源：Pixabay 来源 Cell Press 翻译 页一 审校 戚译引 近年来，人们对控制昼夜节律的基因进行了深入的研究，但对其他在睡眠中起作用的基因却知之甚少，尤其是那些调节我们身体所需睡眠时间的基因。如今，通过研究一个有多位成员睡眠时间低于平均需求值的家族，一个研究团队发现了一种新的基因，认为它对人的睡眠时间有直接影响。研究论文发表在 8 月 28 日的《神经元》（Neuron）杂志上。 该论文两位资深作者之一的路易·普塔塞克（Louis Ptáček）是加州大学旧金山分校（University of California, San Francisco）的神经学家，他说：“我们对睡眠的了解非常有限，这是引人关注的，因为平均每个人生命中三分之一的时间都在睡眠中度过。这项令人兴奋的研究拓展了科学的新边界，它让我们得以解析大脑回路的复杂性，了解导致睡眠和觉醒的不同类型的神经元。” 普塔塞克和该论文的另一位资深作者，加州大学旧金山分校的遗传学家傅嫈惠（Ying-Hui Fu）研究了多个家族，其中一个家族的 DNA 指引他们发现了这种新基因，该家族的几位成员只需六小时的睡眠就可以正常工作、生活。这个基因名为 ADRB1，由遗传连锁研究和全外显子组测序鉴定，是一种非常罕见的新型变异。 破译基因突变结果的第一步是在试管中研究其蛋白质。傅说：“我们想确定这些突变与野生型（wild type，指基因或生物体在自然界中常见的或非突变型的形式）相比，是否会导致任何功能上的改变。我们发现这个基因编码 ß1-肾上腺素能受体（ß1-adrenergic receptor），该蛋白的突变版本远没有野生株稳定，从而改变了受体的功能。这意味着它可能会对大脑产生功能上的影响。” 然后，研究人员在携带该突变基因的小鼠身上进行了一系列实验。他们发现这些小鼠比正常小鼠平均少睡 55 分钟。（携带这种基因的人的睡眠时间比平均水平少两小时。）进一步的分析表明，该基因在背侧脑桥表达水平较高，背侧脑桥是脑干的一部分，参与呼吸、眼球运动和睡眠等潜意识活动。 此外，他们还发现，该区域正常的 ADRB1 神经元不仅在清醒时较活跃，而且在快速眼动（REM）睡眠时也较活跃，在非快速眼动睡眠时却很安静。而且，他们发现突变的神经元比正常神经元更活跃，这可能是导致短睡眠行为的原因。 傅解释说：“我们确认这种蛋白质作用的另一种方法是利用光遗传学。当我们用光激活 ADRB1 神经元时，小鼠立刻从睡梦中醒来。” 普塔塞克承认使用小鼠进行睡眠研究存在一些局限性。其中之一是小鼠的睡眠模式与人类不同，例如，小鼠的睡眠是分散式的，而人类的睡眠是单次的一段连续时间。“但研究人类的睡眠也很有挑战性，因为睡眠既是一种行为，也是一种生物学功能。而我们喝咖啡，熬夜，做着各种违背我们自然生理倾向的事情，”他说。 研究人员计划研究 ADRB1 蛋白在大脑其他部位的功能。他们也在研究其他家族，寻找更多的可能对睡眠很重要的基因。普塔塞克指出：“睡眠很复杂，我们不认为是大脑中的某一个基因或某一个区域在告诉我们的身体睡眠或觉醒。目前的发现只是控制睡眠的诸多因素之一。” 傅补充说，这项工作最终可能会应用于开发控制睡眠和觉醒的新型药物。“睡眠是我们做的最重要的事情之一，睡眠不足会增加很多疾病的发病率，包括癌症、自身免疫疾病、心血管疾病和老年痴呆症等。”她说。 本文来自微信公众号“科研圈”。如需转载，请在“科研圈”后台回复“转载”，或通过公众号菜单与我们取得联系。原文信息请点击“阅读原文”。 论文信息 【标题】A Rare Mutation of β1-Adrenergic Receptor Affects Sleep/Wake Behaviors 【作者】Guangsen Shi，Lijuan Xing，David Wu，Bula J. Bhattacharyya，Christopher R. Jones，Thomas McMahon，S.Y. Christin Chong，Jason A. Chen，Giovanni Coppola，Daniel Geschwind，Andrew Krystal，Louis J. Ptáček，Ying-Hui Fu 【时间】2019 年 8 月 28 日 【期刊】Neuron 【DOI】10.1016/j.neuron.2019.07.026 【链接】http://dx./10.1016/j.neuron.2019.07.026 【概要】Sleep is crucial for our survival, and many diseases are linked to long-term poor sleep quality. Before we can use sleep to enhance our health and performance and alleviate diseases associated with poor sleep, a greater understanding of sleep regulation is necessary. We have identified a mutation in the β1-adrenergic receptor gene in humans who require fewer hours of sleep than most. In vitro, this mutation leads to decreased protein stability and dampened signaling in response to agonist treatment. In vivo, the mice carrying the same mutation demonstrated short sleep behavior. We found that this receptor is highly expressed in the dorsal pons and that these ADRB1+ neurons are active during rapid eye movement (REM) sleep and wakefulness. Activating these neurons can lead to wakefulness, and the activity of these neurons is affected by the mutation. These results highlight the important role of β1-adrenergic receptors in sleep/wake regulation. |
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