Nature|为什么有的人睡的多有的人睡得少？

Nature|为什么有的人睡的多有的人睡得少？

2021年4月2日，教育部发布了《关于进一步加强中小学生睡眠管理工作通知》，该通知根据不同年龄段学生身心发展特点明确要求小学生睡眠应达到10小时，初中生应达到9小时，高中生应达到8小时。近期，“阳康后失眠”频繁上热搜，引起大家激烈讨论。睡眠对于我们每个人都非常重要，也是人们非常关注的话题。作为一种人类不可或缺生理现象，科学家们也从未停歇过对睡眠的研究。已知，在小鼠和人类中睡眠量是由遗传因素决定的，并且呈年龄依赖性变异。然而，调节哺乳动物睡眠时间的核心分子途径和效应机制尚不清楚。

2022年12月7日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院刘清华实验室在Nature （IF:69.504）上发表了题为 A signaling pathway for transcriptional regulation of sleep amount in mice 的研究论文，揭示了小鼠睡眠量转录调节的重要信号通路。

研究详述

首先，研究人员利用AAV介导的体细胞遗传学分析方法在成年小鼠大脑中嵌合敲除LKB1（ABC-Lkb1^KO），发现敲除Lkb1^KO小鼠的非快速动眼睡眠（non-rapid eye movement sleep，NREMS）各项指标均低于对照小鼠，且在黑暗环境中尤为显著。通过免疫印迹分析进一步发现，与对照组相比，Lkb1^KO小鼠皮质裂解物中SIK3 Thr221磷酸化蛋白减少，磷酸化蛋白HDAC4/5 pS245和HDAC4/5 pS629表达也降低。研究人员使用通过在SIK3短亚型（SIK3-S）上模拟Thr221磷酸化，挽救了ABC- Lkb1^KO小鼠的NREMS delta功率，并部分恢复了NREMS的数量（研究人员认为之所以只有部分表型被挽救可能是由于构建的该突变体无法弥补SIK3长亚型或其他AMPK相关蛋白激酶功能的丧失）。已知SIK3可以通过磷酸化抑制HDAC4/5活性，免疫印迹结果显示ABC-Lkb1^KO小鼠皮质裂解物中磷酸化的HDAC4/5蛋白表达也是减少的，表明由于SIK3的失活，HDAC4被激活。研究人员构建了结合HDAC4/5的N端转录因子结合域（H4N/H5N）和VP16转录激活域的融合蛋白（H4N/H5N-VP16）,共表达H4N-VP16和H5N-VP16可以干扰培养细胞内源性HDAC4/5的转录活性，完全恢复ABC- Lkb1^KO小鼠的NREMS数量及delta power。表明LKB1-SIK3通路通过抑制HDAC4/5的活性来调节NREMS的数量及delta power。此外，研究人员在小鼠神经元中表达持续位于核中的HDAC4/5^CN或敲除HDAC4/5分别减少或增加小鼠睡眠时间，表明HDAC4/5位于LKB1下游，是抑制睡眠的转录调节因子。

HDAC4/5调节多种转录因子的活性，包括MEF2, FOXO和CREB。然而，野生型、组成型活性或显性阴性突变体MEF2A、MEF2C、MEF2D、FOXO1或FOXO3的表达并没有改变C57BL/6J小鼠的睡眠量。相比之下，ABC表达CREB或A-CREB(CREB转录活性的抑制剂)分别显著降低或增加NREMS。此外，CREB，而不是A-CREB，适度降低REMS。这些结果与之前的报道一致，即CREB的缺失会增加果蝇和小鼠的睡眠时间。为了研究HDAC4与CREB之间的功能关系，研究人员在C57BL/6J小鼠中通过ABC共表达HDAC4(CN)和A-CREB进行上位性分析（epistasis analysis）,发现HDAC4(CN)以CREB依赖的方式调节NREMS量。此外，研究人员发现HDAC4/5(CN)或CREB的ABC表达可以挽救Sik3^E13∆/+小鼠的嗜睡。

最后，研究人员在ZT12.5对ABC-mCherry、ABC-HDAC4(CN)和ABC-CREB小鼠分离的不同大脑区域进行了RNA-seq分析。定量分析发现，在皮层、丘脑和下丘脑中分别有198个、126个和24个重叠的DEGs。ABC-HDAC4(CN)和ABC-CREB小鼠的皮层(95%)、丘脑(85%)和下丘脑(100%)中，绝大多数重叠的DEGs被同一方向(上下)调控，这表明HDAC4和CREB共同调控共同靶基因的转录。染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析显示，在ABC-HDAC4(CN)或ABC-CREB小鼠前脑中，HDAC4(CN)或CREB蛋白对注释基因的启动子具有占位偏向。总的来说，约82%的HDAC4(CN)结合基因与CREB结合基因重叠;在这些重叠基因中，大约75%的HDAC4(CN) ChIP-seq峰与CREB ChIP-seq峰重合。RNA-seq和ChIP-seq数据的比较发现了35个重叠的靶基因，其调控区域中HDAC4(CN)和CREB ChIP-seq峰值重合。对这些基因的基因本体(GO)分析显示，与辐射反应、学习和记忆相关功能的靶基因富集。因此，遗传和转录组学研究强烈表明，HDAC4和CREB在转录和睡眠调节中具有协同作用。

研究结论

该研究揭示了LKB1-SIK3-HDAC4/5-CREB是小鼠睡眠量调节的关键通路。引入了以转录调节为靶点的睡眠量调节的方式。

使用产品

本研究使用了碧云天RIPA裂解液(强)及β-Actin Mouse Monoclonal Antibody产品。

产品编号	产品名称	产品包装
P0013B	RIPA裂解液(强)	100ml
AF0003	β-Actin Mouse Monoclonal Antibody	100μl