総説

視交叉上核の出力経路の探索と睡眠・覚醒調節メカニズム
小野 大輔✉
名古屋大学 環境医学研究所
哺乳類の概日リズムにおける視交叉上核の重要性が報告されてから、今日で半世紀が経とうとしている。
その後多くの研究により、視交叉上核内の神経ネットワークの理解が飛躍的に進んできた。しかし、視交叉上核がどのようにして睡眠・覚醒を調節しているのか、特に両者を繋ぐ機能的神経経路、およびその動作原理の詳細についてはほとんど明らかにされていない。私たちは、視交叉上核からの出力経路の探索を行い、睡眠・覚醒を調節する新しい神経回路の一つを同定した。本稿では、その研究を中心に、視交叉上核の出力経路と睡眠・覚醒調節メカニズムについて紹介する。
1.

この睡眠・覚醒リズムは概日時計により調節されていはじめに1972 年に、脳組織の電気破壊実験により、視床下る事は言うまでもないが、概日時計だけに支配されて部に位置する視交叉上核が飲水や行動、副腎のコルチいるわけではない。1920 年代に、エコノモにより、コステロンの概日リズムに重要な神経核であること

睡眠調節関わる脳領域が示唆されたことは、睡眠研究が報告された 1, 2。その後、視交叉上核の移植により、において重要な発見となっている 18。彼は、当時ヨー

視交叉上核破壊マウスの行動リズムが回復する実験

ロッパで蔓延したウイルス性脳炎で亡くなった人の結果や 3, 4、ナトリウムチャネルブロッカーであるテ

脳の所見から、視床下部の前部に損傷がみられた患者

トロドトキシンの in vivo 投与により、行動リズムがには不眠がみられ、後部に損傷がみられた患者には逆消失する実験結果が報告され 5、視交叉上核からの液に昏睡状態が起こることを明らかにした。その後、最性・神経性の出力の重要性が示されてきた。一方、視近の光遺伝学や神経トレーシング技術により、視床下

交叉上核からの概日リズム計測実験も行われ、多電極部前部に位置する視索前野が睡眠の調節に重要であ

ディッシュを用いた視交叉上核の単一神経細胞の神ることが報告され 19, 20、後部に位置する結節乳頭体の経発火リズム計測が報告された 6。その後、発光・蛍

ヒスタミン神経や 21, 22、視床下部外側野に位置するオ光を用いたイメージング技術の発展により、視交叉上

レキシン神経が覚醒に重要であることが報告された核のスライスを用いたリアルタイム計測が簡便に行

23-25。もちろんこれら以外に、様々な脳領域の神経細7-9。これら技術の発展によ

胞が睡眠・覚醒の調節に関与する事が近年数多く報告う事が可能になってきたり、視交叉上核内の神経ネットワークのメカニズムのされてきている。

理解が飛躍的に進んできた。概日リズム計測は培養レ

概日時計と睡眠・覚醒は密接な関係があることは、

ベルにとどまらず、in vivo マルチユニット神経活動

ボルベイの提唱した 2 プロセスモデルからも理解で

計測や 10、自由行動下マウスの視交叉上核からの時計

きる 26, 27。しかし、プロセス C が概日時計が担う一遺伝子発現やカルシウムイオンの計測が可能になり、方、プロセス S（睡眠負債）の実体は未だ明らかにさ分子・細胞・組織・個体を含むシステムレベルで概日れていない。また、概日時計の中枢である視交叉上核

リズムを理解する事が可能になりつつある 11-13。最近

内のネットワークメカニズムや、睡眠・覚醒を調節す

では、光・薬理遺伝学による細胞機能操作技術や 14, 15、る脳内の神経細胞が明らかになりつつある一方、概日

Cre-loxp システムを用いた細胞種特異的な遺伝子改

時計と睡眠覚醒を繋ぐ神経経路やその分子メカニズ

変が可能になり 16, 17、視交叉上核内のネットワークにムはほとんど明らかになっていないのが現状である。

おける細胞種毎の機能の理解が進んでいる。

これは概日リズム研究と睡眠研究が密接に関与して概日時計は睡眠・覚醒のみならず、自律神経系、内いる一方で、あたかも独立した研究分野として研究が分泌などほぼすべての生理機能の時間的統合を担う。

進んできた事が問題の一つと考える。両分野のさらな✉dai-ono@riem.nagoya-u.ac.jp
時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
12図 1 視交叉上核の順行性神経トレーシングと室傍核 CRF 神経の光操作（文献 33 を改変）。
（A）アデノ随伴ウイルス（AAV）を用い Gad67-Cre マウスの視交叉上核に蛍光タンパク質を発現させた、冠状断脳の模式図と蛍光画像。
（B）視交叉上核の軸索が観察された視交叉上核以外の脳領域。
（C）CRF 神経特異的に ChR2 を発現させ、光ファイバーを挿入した脳の模式図と蛍光画像。
（D）マウスの脳波と筋電図および、脳波のスペクトルマップ。光刺激により覚醒が誘導された。
（E）室傍核 CRF 神経の光刺激前後の睡眠・覚醒の各ステージの割合。光照射により、覚醒時間の割合が増加した。

る発展のためには、両分野を融合する研究が進むこと

スに Cre 依存的に蛍光タンパク質を発現するアデノが望ましいと考える。

随伴ウイルスベクターを、視交叉上核特異的にインジェクションした。その後、脳を固定し組織学的に蛍光2.

視交叉上核からの神経出力経路

タンパク質の発現の有無を網羅的に探索した。その結1987 年に Watts らにより、視交叉上核からの出力

果、Watts らの報告のように、視床下部室傍核 (PVN)、

経路を探索した研究が報告されている 28, 29。彼らは、視床下部背内測核 (DMH)、視床室傍核 (PVT)、視索

順行性・逆行性トレーシングを用い、解剖学的に視交

前野 (POA)に視交叉上核の軸索が確認された（図 1A,

叉上核の神経の軸索がどこに伸びているのかを検証

B）。その中でも、もっとも密な視交叉上核の軸索が確した。その結果、視床下部室傍核、傍室傍核領域、視認された、視床下部室傍核に私たちは注目した。

床下部背内測核、視床室傍核、視索前野に視交叉上核の神経細胞の軸索を確認した。彼らの研究はあくまで3.

光を用いた in vivo 神経活動操作

も解剖学的知見のみであり、それが機能的な神経経路

室傍核は様々な神経細胞が密集する神経核であり、であるかまでは検討できていなかった。これは一つに摂食や内分泌、体温など様々な生理機能を調節する重当時の技術的限界があったことによる。そこで、現代

要な脳領域の一つとして知られている。例えば、の新しい技術を導入し、視交叉上核が一体どの神経経

corticotropin releasing factor（CRF）や、arginine

路を介して睡眠・覚醒のタイミングを調節しているか

vasopressin（AVP）, oxytocin などが挙げられる。こを明らかにするため、私たちは研究を行った。

れら複数の神経細胞の中でも、私たちは CRF 神経に

視交叉上核がほぼすべて抑制性神経であることを着目した。CRF 神経はストレス応答に関わる神経細利用し、gamma aminobutyric acid（GABA）合成酵

胞であり、ストレスを受けると活性化する事が知られ素の一つである glutamic acid decarboxylase（Gad）ている。このことから、「室傍核 CRF 神経の神経活動

67 陽性細胞特的に、Cre リコンビナーゼを発現するの変化により、睡眠・覚醒が調節されている」というマウス（Gad67-Cre マウス）を用意した 30。このマウ仮説を立て実験を進めた。この仮説を検証する為、

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
13図2
In vivo fiber photometry 法による室傍核 CRF 神経活動計測（文献 33 を改変）。
（A）CRF-Cre マウスの室傍核に GCaMP6 を発現させ、光ファイバーを挿入した脳の模式図と、カルシウム、脳波 (EEG)・筋電図(EMG) 計測のマウスの模式図。
（B）マウスの脳波と筋電図、脳波のスペクトルマップ、および室傍核 CRF 神経から得られた蛍光輝度強度変化。
（C）睡眠・覚醒の各ステージの移り変わり時の、室傍核 CRF 神経の活動変化。各パネルの上部のヒートマップはそれぞれの個体の平均蛍光輝度変化を示す。覚醒時に室傍核 CRF 神経の活動が上昇した。

CRF-Cre マウス 31 とアデノ随伴ウイルスの脳内イン側野に投射する CRF 神経のみを光で活性化させた。

ジェクションを用い、室傍核 CRF 神経特異的に光活

その結果、細胞体の光照射と同様に、覚醒時間の増加

性化非選択的陽イオンチャネルである、チャネルロド

が認められた。これらの結果は、室傍核 CRF 神経か

プシン 2（ChR2）を発現させた。このマウスの室傍ら視床下部外側野の経路が覚醒時間の増加に関与す

核直上に光ファイバーを挿入し、CRF 神経の活動をる事を示唆する。

光で操作した際に、睡眠・覚醒がどのように変化する

さらに、室傍核 CRF 神経から視床下部外側野の経かを検証した。ここで睡眠・覚醒は、脳波・筋電図を路の活性化による覚醒時間の増加が、オレキシン神経

計測する事で評価した。その結果、室傍核 CRF 神経を介しているかを検証する為、オレキシン神経には赤の活性化により、マウスの覚醒時間が増加する事が明

色蛍光タンパク質（tdTomato）を発現させ、室傍核らかになった（図 1C, D）。室傍核 CRF 神経の活性化

CRF 神経には ChR2 を発現させるマウスを作成した。

による覚醒時間の増加は、暗期および明期の後半でみこのマウスの脳スライスを作成し、tdTomato 陽性神られたものの、明期の前半では有意な増加はみられな

経（オレキシン神経）から細胞外電位を計測しながら、かった。

青色光を照射し、室傍核 CRF 神経の軸索を刺激し、次に、室傍核 CRF 神経がどの脳領域に軸索を伸ばオレキシン神経の神経活動が増加するかを検証した。

しているかを検証する為、CRF-Cre マウスの室傍核

その結果、室傍核 CRF 神経の軸索の光刺激により、に、Cre 依存的に蛍光タンパク質を発現するアデノ随

およそ 20%のオレキシン神経の発火頻度が上昇した。

伴ウイルスをインジェクションした。その結果、複数これらの実験から、室傍核 CRF 神経の活性化が、視の脳領域に CRF 神経の軸索が確認された。その中で床下部外側野のオレキシン神経を活性化させ、覚醒時も私たちは、視床下部外側野に着目した。この領域に間の増加につながっている事が明らかになった。

は、覚醒の維持に重要とされているオレキシン神経が存在する事が知られている 24, 25。
そこで、「室傍核 CRF

4.

光を用いた in vivo 神経活動計測

神経の活性化が、オレキシン神経の活性化を介して行室傍核 CRF 神経の活性化により、オレキシン神経われている」という仮説を立て実験を進めた。室傍核が活性化され、その結果覚醒時間が増加する事が明ら

CRF 神経に ChR2 を発現させたマウスの視床下部外かになったが、実際に生理的条件下において、室傍核側野に光ファイバーを挿入し、室傍核から視床下部外CRF 神経の活動がいつ増加しているかはよく分かっ時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
14図 3 室傍核 CRF 神経脱落マウスの自発行動リズム（文献 33 を改変）。
（A）CRF-Cre マウスの室傍核に、Cre 依存的に DTA を発現するアデノ随伴ウイルスをインジェクションした脳の模式図。
（B）ウイルスインジェクション後、蛍光免疫染色にて CRF 神経陽性細胞をラベリングした蛍光画像。DTA により CRF 神経が脱落した。
（C）室傍核 CRF 神経脱落マウスとコントロールマウスの自発行動のアクトグラム。自発行動は赤外線センサーを用いて計測。
（D）室傍核 CRF 神経脱落マウスとコントロールマウスのフリーラン周期。
（E,F）明暗サイクル（LD: E）と恒常暗（DD: F）における自発行動のプロファイル。室傍核 CRF 神経脱落マウスは、行動の開始付近の自発行動量が減少した。

ていない。そこで、アデノ随伴ウイルスを用い、蛍光あろうか。この問いを解くために、以下に示す二つのカルシウムプローブである GCaMP6 を、室傍核 CRF実験を行った。一つ目は、アデノ随伴ウイルスを用い、神経に発現させ、光ファイバーを室傍核直上に挿入しヒトムスカリン人工受容体 (hM4Di) を室傍核 CRFた。これにより、光ファイバーから得られる蛍光輝度

神経に発現させた。人工リガンド（クロザピン N オ

変化を計測する事で、間接的に神経活動を計測する事

キサイド: CNO）の投与により、hM4Di を発現するが可能になる。その結果、室傍核 CRF 神経は覚醒時

神経細胞の活動が抑制される。その結果、室傍核 CRFに最も活動が高まることが明らかになった（図 2）。

神経に hM4Di を発現させたマウスに、CNO を投与

面白いことに、覚醒の初期に活動が一過的に上昇する

すると、覚醒時間が低下し、睡眠時間が増加した。二が、その後の覚醒の間に、その活動は徐々に低下してつ目は、アデノ随伴ウイルスを用い、ジフテリアトキ

いった。このことは、室傍核 CRF 神経は覚醒の開始

シン A 断片 (DTA) を室傍核 CRF 神経に発現させ、に重要である事を示唆する。

神経細胞を脱落させた。このマウスの自発行動リズム
を、赤外線センサーを用いて計測した結果、活動量の5.

室傍核 CRF 神経の抑制と脱落低下が認められた（図 3）。特に活動開始位相の活動

ここまで、室傍核 CRF 神経が覚醒に関与する神経量が有意に低下していた。これら二つの実験から、室であることが明らかになってきたが、逆に神経活動の傍核 CRF 神経は覚醒調節に関与する事が示唆される。

抑制や脱落を行うと、覚醒時間の低下がみられるので

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
15図 4 視交叉上核により室傍核 CRF 神経活動の調節（文献 33 を改変）。
（A）視交叉上核と室傍核を含む脳スライスに、アデノ随伴ウイルスを用い、発光カルシウムプローブ(Okiluc-CaM)を神経細胞特異的に発現させ、SSFO を視交叉上核特異的に発現させた模式図。
（B）視交叉上核と室傍核を含む脳スライスの蛍光画像（左）と発光画像（右）。
（C）青色光照射前後における視交叉上核と室傍核のカルシウム変動を示す。光照射により視交叉上核が活性化する一方、室傍核の神経活動は抑制された。
（D）蛍光カルシウムプローブ(YCnano50)を室傍核 CRF 神経に発現させたマウスの脳スライスを用いたイメージングの模式図。
（E）室傍核 CRF 神経から得られたカルシウム濃度変化を示す。パネルのバーがそれぞれの物質を投与した期間を示す。
（F）それぞれの物質を投与した際に、細胞内のカルシウム濃度が低下した細胞の割合を示す。GABA 投与により細胞内のカルシウムの有意な低下がみられた。
（G）本研究から得られた、視交叉上核による覚醒の概日リズム制御の仮説を示す模式図。視交叉上核の神経活動の頻度は昼に高く夜間に低いリズムを示す。室傍核 CRF 神経は、夜間には視交叉上核からの抑制性の入力が弱まるため、神経活動が増加し、オレキシン神経の活性化を介し覚醒の時間が増加する。一方、昼間には視交叉上核から抑制性の入力を多く受ける為、神経活動が低く抑えられ覚醒の誘導は抑えられる。

視交叉上核と室傍核 CRF 神経：光操作と光計測

私たちは沖縄産ホタル発光タンパク質を用いた、スプでは、室傍核 CRF 神経は視交叉上核によりどのよ

リット型発光カルシウムプローブ (Okiluc-CaM) をうな調節を受けているのであろうか。この問いに答え開発した。発光イメージングは計測に光照射を必要とる為、光操作と光計測を組み合わせた実験を行った。

しないため、光遺伝学ツールが自由に使用できる。そここで一つの問題が生じた。ChR2 といった光遺伝学

こで、Gad67-Cre マウスの視交叉上核と室傍核を含ツールは光照射により特定神経機能を操作できるツむ脳スライスを作成し、アデノ随伴ウイルスを用いてールである。一方、GCaMP などの蛍光タンパク質を神経細胞特的に Okiluc-CaM を発現させ、視交叉上核用いたプローブも観察に光照射を必要とする。したが特的に stabilized step function opsin (SSFO)を発現って、光操作と光計測を同時に行うためには、使用すさせた。SSFO は青色光（470nm）で開き、橙色

る光の波長を使い分ける必要があり、使用できるツー(590nm)で閉じる陽イオンチャネルである。また、青ルに制限が出てきてしまう。この問題を解決する為、色光照射後 30 分程度神経活動の増加が持続する。こ6.

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
16

れらのツールを用い、発光イメージングで神経活動をの研究で明らかになってきた 35。
ここ 5-10 年以内で、経時的に計測し、青色光で視交叉上核を活性化させた。

様々な生理機能を調節する神経回路が明らかにされすると、視交叉上核の活性化に伴い、室傍核の神経活る事が予想される。

動が抑制される事が明らかになった（図 4A-C）。また、

ピッテンドリとダーンは、齧歯類を用い哺乳類の概視交叉上核による室傍核神経の活動抑制は GABA を

日リズムシステムにおいて、2 振動体モデルを提唱し介している事も明らかになった。これらの結果は、視た 36。その後、視交叉上核内にこのモデルをサポート

交叉上核の活性化により、室傍核の神経活動が抑制さする振動体の存在が報告されている。今回私たちは、れる事を示す。

室傍核 CRF 神経の脱落により、マウスの活動開始付

視交叉上核には抑制性神経伝達物質である GABA

近の行動量が低下したこと、室傍核 CRF 神経の活性の他に、AVP, vasoactive intestinal peptides (VIP),化により、夜間の前半に顕著な覚醒時間の増加がみら

gastrin releasing peptides (GRP)といった神経ペプれたことから、室傍核 CRF 神経を介した覚醒調節経

チドを発現する神経細胞が存在する 32。そこで、室傍路が、evening oscillator に関連する神経出力経路で

核 CRF 神経の活動が、これらの分子によりどのようある可能性を主張する。ショウジョウバエでは 2 振動に変化するかを、光イメージングを用いて検証した。

体を担う神経細胞が明らかにされているように 37、視アデノ随伴ウイルを用い、蛍光カルシウムプローブで交叉上核内の 2 振動体を担う神経細胞と、その出力経ある YCnano50 を室傍核 CRF 神経に発現させた。そ路が明らかにされる事が期待される。

の後脳スライスを作成し、テトロドトキシンを含む人

今回の研究から一つ大きな問いが立てられる。それ

工脳脊髄液を灌流しながら蛍光イメージングを行い、は、「昼行性動物における睡眠・覚醒調節メカニズム

GABA、AVP、VIP、GRP を投与し、カルシウム濃度はどうなっているのか」、という点である。視交叉上変化を計測した。その結果、AVP、VIP、GRP を投与

核の神経発火頻度のリズムは、昼行性・夜行性動物にした場合、室傍核 CRF 神経のカルシウム濃度は大き関わらず、主観的に昼に上昇し、夜に低下する 38, 39。

な変化を示さなかったが、GABA 投与によりカルシ

一方、その出力である睡眠・覚醒リズムは昼行性・夜

ウム濃度の低下がみられた（図 4D-F）。この結果から、行性動物では 180 度逆位相を示す。つまり、視交叉上室傍核 CRF 神経の活動は視交叉上核の GABA によ

核からの概日リズムの出力情報は、その下流のどこかり抑制されていることが明らかになった。

で逆転している事になる。しかし、この昼行性・夜行性を制御する神経メカニズムは、ほとんど明らかにな

7.

まとめ
私たちはこれら一連の実験から、視交叉上核はGABA を介して室傍核 CRF 神経の活動を調節し、さっていない。動物行動の時間的ニッチを決定する神経メカニズムについては、今後明らかにしていきたい課
題の一つである。

らにオレキシン神経を介し覚醒量を調節している事を明らかにした（図 4G）33。Watts らによって解剖学

8.

謝辞

的な概日リズムの出力経路が報告されていたが、今回山中章弘教授（名古屋大学）を中心とする研究室の私たちは概日時計の中枢である視交叉上核から、睡メンバー、および本間研一教授（北海道大学）、本間

眠・覚醒を調節する機能的神経回路を世界で初めて明さと教授（北海道大学）、山仲勇二郎准教授（北海道らかにした事になる。しかしながら、視交叉上核の出大学）、吉村崇教授（名古屋大学）、

力経路はこの経路以外にも複数あると考えられる。例

Butler 博士をはじめ、多くの研究者、技術員の方々にえば、睡眠に関与する視索前野や、覚醒に関与する視感謝申し上げます。また私が研究する事を陰で支えて床室傍核などにも、視交叉上核の軸索が多くみられてくれている妻に感謝いたします。

Matthew P.

いたことから（図 1B）、これらの経路を介しても睡眠・覚醒の調節がなされている事が強く示唆される。一方、

参考文献

概日リズムは睡眠・覚醒のみならず体温リズム、性周1.

Moore, R.Y. & Eichler, V.B. Loss of a circadian

期、記憶・学習などの時間調節にも関与する事が明ら

adrenal

かになっている。実際に、視交叉上核の AVP 神経かsuprachiasmatic lesions in the rat. Brain Res

ら終板脈管器官への神経経路が飲水行動を調節して

42, 201-206 (1972).

いる事や 34、VIP 神経から室傍核を介した経路が、血中コルチコステロンを調節していることなどが近年

2.

corticosterone

rhythmfollowing

Stephan, F.K. & Zucker, I. Circadian rhythms
in drinking behavior and locomotor activity of

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
17

3.

4.

rats are eliminated by hypothalamic lesions.

Loudon, A.S.I. & Hastings, M.H. A Gq-Ca2+

Proc Natl Acad Sci U S A 69, 1583-1586 (1972).

axis controls circuit-level encoding of circadian

Sawaki, Y., Nihonmatsu, I. & Kawamura, H.

time in the suprachiasmatic nucleus. Neuron

Transplantation

78, 714-728 (2013).

of

the

neonatalsuprachiasmatic nuclei into rats with complete

15. Jones, J.R., Simon, T., Lones, L. & Herzog, E.D.

bilateral suprachiasmatic lesions. Neurosci

SCN VIP neurons are essential for normal

Res 1, 67-72 (1984).

light-mediated resetting of the circadianSilver, R., LeSauter, J., Tresco, P.A. & Lehman,system. J Neurosci 38, 7986-7995 (2018).

M.N. A diffusible coupling signal from the

16. Lee, I.T. et al. Neuromedin S-producing

transplanted
controllingsuprachiasmatic
circadianlocomotor

nucleusneurons act as essential pacemakers in therhythms.

suprachiasmatic

Nature 382, 810-813 (1996).
5.

Schwartz, W.J., Gross, R.A. & Morton, M.T.

rhythms.

Neuron 85, 1086-1102 (2015).
of the SCN are critical for interneuronal

Proc Natl Acad Sci U S A 84, 1694-1698 (1987).

coupling regulating circadian behavior rhythm.

containWelsh, D.K., Logothetis, D.E., Meister, M. &independently

phasedcircadianfiringrhythms. Neuron 14, 697-706 (1995).
Ca2+

Neuron 85, 1103-1116 (2015).
18. Economo,

C.V.

Sleep

as

a

problemoflocalization. J Nerv Ment Dis 71, 249-259(1930).
19. Chung, S. et al. Identification of preoptic sleep

Ikeda, M. et al. Circadian dynamics of cytosolicand nuclear

in single suprachiasmatic

nucleus neurons. Neuron 38, 253-263 (2003).

9.

circadianclock

tetrodotoxin-resistant circadian pacemaker.

nucleifrom rat suprachiasmatic nucleus express

8.

dictatecouple17. Mieda, M. et al. Cellular clocks in AVP neurons

suprachiasmatic

Reppert, S.M. Individual neurons dissociated

7.

and

to

a

The

6.

neurons

nucleusneurons using retrograde labelling and geneprofiling. Nature 545, 477-481 (2017).
20. Sherin, J.E., Shiromani, P.J., McCarley, R.W.

Yamaguchi, S. et al. Synchronization of& Saper, C.B. Activation of ventrolateralcellular clocks in the suprachiasmatic nucleus.

preoptic neurons during sleep. Science 271,

Science 302, 1408-1412 (2003).

216-219 (1996).

Yamazaki, S. et al. Resetting central and

21. Sakai, K., Elmansari, M., Lin, J.S., Zhang, J.G.

peripheral circadian oscillators in transgenic&

rats. Science 288, 682-685 (2000).

hypothalamus in the regulation of wakefulness

10. Inouye, S.T. & Kawamura, H. Persistence of
circadianrhythmicity

hypothalamicin"island"a

mammalian

containingthesuprachiasmatic nucleus. Proc Natl Acad Sci U

S A 76, 5962-5966 (1979).

Vannimercier,

G.

The

and paradoxical sleep. Edited by M. Mancia
and G. Marini, Raven press Ltd. Diencephalon

and Sleep, 171-198 (1990).
22. Yu, X. et al. Wakefulness is governed by GABA
and histamine cotransmission. Neuron 87,

11. Mei, L. et al. Long-term in vivo recording ofcircadian rhythms in brains of freely moving

164-178 (2015).
23. Adamantidis, A.R., Zhang, F., Aravanis, A.M.,

mice. Proc Natl Acad Sci U S A 115, 4276-4281

Deisseroth,K.

&(2018).

substrates

ofawakening

12. Ono, D., Honma, K. & Honma, S. Circadianandultradianrhythms

of

clock

gene

expression in the suprachiasmatic nucleus of
freely moving mice. Sci Rep 5, 12310 (2015).
13. Yamaguchi, S. et al. View of a mouse clock geneticking. Nature 409, 684 (2001).
14. Brancaccio, M., Maywood, E.S., Chesham, J.E.,

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
18

posteriordeLecea,L.

Neuralprobedwith

optogenetic control of hypocretin neurons.

Nature 450, 420-424 (2007).
24. deLecea,

L.

et

al.

hypothalamus-specificThe

hypocretins:

peptideswithneuroexcitatory activity. Proc Natl Acad Sci U

S A 95, 322-327 (1998).
25. Sakurai, T. et al. Orexins and orexin receptors:

a family of hypothalamic neuropeptides and G

mammalian central clock regulates daily

protein-coupledphysiological

receptors

that

regulate

Naturerhythms.

Communications 11, 1453 (2020).

feeding behavior. Cell 92, 573-585 (1998).
26. Borbely, A.A. A two process model of sleep

36. Pittendrigh, C.S. & Daan, S. Functional-

regulation. Hum Neurobiol 1, 195-204 (1982).

analysis of circadian pacemakers in nocturnal

27. Daan, S., Beersma, D.G. & Borbely, A.A.

rodents .5. Pacemaker structure - Clock for all

Timing of human sleep: recovery process gatedseasons. J Comp Physiol 106, 333-355 (1976).

by a circadian pacemaker. Am J Physiol 246,

37. Stoleru, D., Peng, Y., Agosto, J. & Rosbash, M.

R161-183 (1984).
28. Watts,

A.G.

Coupled&Swanson,

L.W.

Efferent

projections of the suprachiasmatic nucleus: II.
Studiesusing

retrograde

transport

oscillators

controlmorningandevening locomotor behaviour of Drosophila.

Nature 431, 862-868 (2004).

of38. Sato, T. & Kawamura, H. Circadian rhythms

fluorescent dyes and simultaneous peptide

in multiple unit activity inside and outside theimmunohistochemistry in the rat. J Compsuprachiasmatic

Neurol 258, 230-252 (1987).

chipmunk (Eutamias sibiricus). Neurosci Res

29. Watts, A.G., Swanson, L.W. & Sanchez-Watts,
G. Efferent projections of the suprachiasmatic
nucleus:I.

transport

Studiesofusing

anterograde

Phaseolus

vulgaris

nucleusinthediurnal1, 45-52 (1984).
39. Yamazaki, S., Kerbeshian, M.C., Hocker, C.G.,
Block,

G.D.

&

Menaker,M.

Rhythmic

properties of the hamster suprachiasmatic

leucoagglutinin in the rat. J Comp Neurol 258,

nucleus in vivo. J Neurosci 18, 10709-10723

204-229 (1987).

(1998).

30. Wu, S. et al. Tangential migration andproliferation of intermediate progenitors of
GABAergic

neurons

in

the

mouse

～ ～ ～

～

～ ～

～ ～ ～

～

～

～

telencephalon. Development 138, 2499-2509(2011).

以下は、査読者と執筆者とのやりとりです。

31. Itoi, K. et al. Visualization of corticotropinreleasing

factorproteins

inneurons

the

by

mouse

（重吉）

fluorescent
brain

and

～ ～ ～

～

～ ～

～ ～ ～

～

～

～

characterization of labeled neurons in theparaventricular nucleus of the hypothalamus.

査読者

Endocrinology 155, 4054-4060 (2014).

Q1. 覚醒時間が増加する事が明らかになった>>覚醒

32. Abrahamson,

E.E.

&

Moore,

R.Y.

Suprachiasmatic nucleus in the mouse: retinal
innervation,

intrinsic

organization

時間の測定はどのようにして行われたかについて解説をいただきたい。

andefferent projections. Brain Res 916, 172-191

A1. 脳波・筋電図の計測を行い、覚醒、ノンレム睡眠、(2001).

レム睡眠を評価しました。

33. Ono, D. et al. The mammalian circadianpacemaker regulates wakefulness via CRF
neurons in the paraventricular nucleus of theQ2. 室傍核 CRF 神経の軸索を刺激し、オレキシン神

hypothalamus. Sci Adv 6 (2020).

経の神経活動が増加するかを検証した。その結果、お34. Gizowski, C., Zaelzer, C. & Bourque, C.W.

よそ 20%のオレキシン神経が、室傍核 CRF 神経の軸Clock-driven vasopressin neurotransmission

索の光刺激により活性化する事が明らかになった。こmediates anticipatory thirst prior to sleep.

れらの実験から、室傍核 CRF 神経の活性化が、視床Nature 537, 685-+ (2016).

下部外側野にオレキシン神経を活性化させ、覚醒時間

35. Paul, S. et al. Output from VIP cells of theの増加につながっている事が明らかになった。

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
19

>>少しわかりにくい部分です。視交叉上核からの入>>これは、CRF は視交叉上核の夕時計からの入力を力によって、CRF 含有神経細胞が興奮し、それがオ受けとっているとの解釈でよろしいでしょうか。またレキシン含有神経細胞を興奮させ、それが、活動のオ

活動期の offset については CRF 含有ニューロン以外

ンセットを明瞭化するという考え方でよろしいでしの別の領域からの入力が働いているとの考え方でし

ょうか。

ょうか。

A2. この実験では、室傍核 CRF 神経とオレキシン神

A3. 室傍核 CRF 神経の活動は、覚醒中継続的に高い経の関係のみを見ています。光遺伝学を利用し、オレ状態が続いているわけではなく、主に覚醒の開始付近

キシン神経の存在する視床下部外側野に軸索を伸ばが高い結果が得られました。つまり、覚醒の開始時にしている室傍核 CRF 神経を活性化させました。これ活性化し、その後はオレキシンを含め下流の神経細胞により、オレキシン神経の神経発火の上昇を電気生理を活性化させることで覚醒を調節していると考えて学的に確認しました。本文を一部分かりやすい表現にいます。またこの経路は視交叉上核内の Evening

修正いたしました

oscillator からの入力を受けているのではないかと考えています。今後の研究により各振動体に関連する視項目 5 で記載している神経脱落実験の結果より、活動交叉上核の細胞種およびその神経経路が明らかになのオンセットの自発行動量の低下がみられたことか

ると思います。

ら、室傍核 CRF 神経を介した覚醒度の上昇が、活動のオンセットを明瞭化する事が示唆されます。また本研究で得られた神経回路の全体像を、図 4G に記載しQ4. 青色光で視交叉上核を活性化させた。

ています。
>>活性化という表現が多く使われています。活性化の定義を知りたく思います。“神経興奮”という状態
Q3. 面白いことに、覚醒の初期に活動が一過的に上昇とは異なりますでしょうか。解説いただくとありがたするが、その後の覚醒の間に、その活動は徐々に低下いです。

していった。このことは、室傍核 CRF 神経は覚醒の開始に重要である事を示唆する。

時間生物学 Vol. 27, No. 1 (2021)
20

A4. 神経発火の上昇を活性化としております。