《nature》最新速递—通过基因来调控您的睡眠质量

来源:yesherb, 源森 时间:2019-05-08 浏览量:

不知您有没有因为光线刺激不能正常入睡,因为睡觉的环境不适应而睡眠质量差,然后导致睡不醒,醒来没精神。如果您受到了这种困扰,那小编就可以为您献一份绵薄之力了。

影响人类睡眠-觉醒机制的因素很多,其中就有由脑干中的蓝斑(LC)所诱发的觉醒。LC是中枢去甲肾上腺素(NE)的主要来源,并投射到多个脑区,包括嗅球,海马,杏仁核和大脑皮层。LC神经元在清醒动物中很活跃,但在睡眠期间几乎没有反应。斯坦福大学的Hiroshi Yamaguchi等人报道[1],使用Cre-inducible CRISPR/Cas9小鼠与Th-IRES-cre敲入小鼠杂交,通过结合LC特异性Cas9表达和AAV介导的sgRNA递送来破坏LC-NE神经元中的DBH基因,以探究来自LCNE在调节觉醒中的作用。

今天小编就为大家解读一下这篇来自《nature》的“如何通过基因来控制睡眠-觉醒机制”的研究。

CRISPR/Cas9DBH基因的破坏


为了以LC-NE特异性方式破坏DBH基因,使用Cre-inducible CRISPR/Cas9小鼠与Th-IRES-cre敲入小鼠杂交,得双杂合子代(Th/Cas9)(图1)。并采用双靶向CRISPR策略,有效破坏成年小鼠脑中的DBH基因。

1:双杂合子代Th/Cas9小鼠

DBH基因破坏不会影响LC神经元的基本特性

sgControl和表达sgDBHLC细胞之间没有改变激发速率(图2a)。在sgControl和表达sgDBHLC细胞之间,对超极化电压的电流响应没有差异(图2b)。

结果表明CRISPR/Cas9DBH基因的破坏不影响LC细胞的基本兴奋性。

2:LC神经元的点火率a)和电流钳位记录(b

NE释放对于LC刺激的觉醒效果是至关重要的


LC-NE神经元的光遗传学刺激会引起即刻的睡眠-觉醒转变。将AAV-DJ sgDBH(左半球)和sgControl(右半球)与编码来源通道视紫红质-2ChR2)的AAV一起注射到Th/Cas9小鼠,并给小鼠植入光纤,随后输送473nm蓝光,并用脑电图-肌电图(EEG/EMG)电极同时进行睡眠-唤醒记录(图3)。

3:EEG/EMG装置和光纤的植入图


ssContro LC的相位20 Hz光遗传学刺激显着降低了NREMREM睡眠-觉醒转变的潜伏期并诱导了持久的唤醒(图4)。

4:EEG/EMG记录迹线和EEG(底部)的功率谱


相比之下,与对照(无光)刺激试验相比,sgDBH注入的LC神经元的光刺激没有显着改变NREMREM睡眠-觉醒转变的潜伏期,表明NELC特异性消耗阻断了LC介导的唤醒(图5)。结果表明NE对于LC介导的唤醒是至关重要的。

5:光刺激后的睡眠唤醒延迟


LC释放的NE参与维持清醒


AAV-DJ sgDBHAAV-DJ sgControl双侧注射到Th/Cas9小鼠的LC中,双侧LC特异性DBH基因破坏降低了黑暗阶段中苏醒的总量和增加的NREM,表明LC特异性NE消耗破坏了唤醒维持(图6a)。对小鼠施加压力刺激的情况下注射sgDBH的小鼠再次入睡,而注射sgControl的小鼠保持清醒(图6b)。结果表明,由LC产生的NE参与维持自发和显着的刺激诱导的觉醒。

6:双侧LC特异性dbh破坏对睡眠-觉醒周期的影响


结  论:

使用CRISPR/CAS9技术选择性地破坏小鼠体内LC-NE神经元中的多巴胺β-羟化酶基因(DBH),显著降低了LC中的去甲肾上腺素。与对照组相比,双侧LC特异性DBH干扰降低了这些动物的总唤醒时间,并降低了应激刺激引起的唤醒,表明去甲肾上腺素参与了由显著刺激引起的唤醒的维持。


看完这些是不是和小编一样……


但是小编绞尽脑汁的总结了一下,大致意思就是:可以通过基因修饰让睡眠质量提高,让你不再受光线的困扰就可轻松入睡,让你不再因环境不好而睡不好。这可是从根源上解决了睡不好的问题啊,想想就有点小激动,让我们期待科技的发展哟。



参考文献:

Yamaguchi H, Hopf F W, Li S B, et al. In vivo cell type-specific CRISPR knockdown of dopamine beta hydroxylase reduces locus coeruleus evoked wakefulness[J]. Nature Communications, 2018, 9(1).


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