暑い日の昼寝を促す体温計の脳内回路

研究者たちは、ハエの頭部にある「絶対温度」受容体を初めて特定しました。

researchers found that fruit flies are pre-programmed to take a nap in the middle of the day.

参照元：https://news.northwestern.edu/stories/2022/08/why-heat-makes-us-sleepy
– ノースウェスタン大学 Northwestern University. August 17, 2022 –

夏の暑い日には、日中に居眠りをしてしまうことがあります。

世界のある地域では、一日のうちで最も暖かい時間帯に「シエスタ」を予定し、ビジネスをシャットダウンすることが文化的規範となっています。

この背景には、文化だけでなく、生物学が関係している可能性があります。

気温は、食事や活動レベル、睡眠・覚醒サイクルなど、人間の行動範囲に影響を及ぼします。夏には寝苦しく、寒い朝にはベッドから出るのが遅くなるかもしれません。

しかし、このサイクルを制御する感覚神経細胞とニューロンとの関連は、完全には解明されていません。

ノースウェスタン大学の神経生物学者は、何が起こっているのかについて、いくつかの手がかりを発見しました。

2022年8月17日、『Current Biology』誌に発表された新しい研究で、研究者たちは、ミバエが昼間に昼寝をするようにあらかじめプログラムされていることを発見しました。

2020年のBiology誌に掲載された、寒冷時にのみ活動する脳の温度計を特定した論文に続き、今回の論文では、高温時の同様の「温度計」回路を探っています。

ワインバーグ芸術科学大学の神経生物学准教授マルコ・ガリオ氏は話します。

ガリオ氏：温度の変化は、人間と動物の両方の行動に強い影響を与え、季節の変化に適応するための時間であることを動物に合図を提供します。睡眠に対する温度の影響は、季節を丸ごと寝過ごすことを決める動物もいて、かなり極端になることがあります – 冬眠中の熊を考えてみてください – しかし、温度と睡眠中枢の間の相互作用を媒介する特定の脳回路は、まだほとんど解明されていません。

ガリオ氏はこの研究を主導し、ミバエは、「なぜ人は眠るのか」、「睡眠は脳に何をもたらすのか」といった大きな疑問を研究するのに特に適したモデルだと言っています。

なぜなら、例えば人間が徹夜をするときと同じように本能を破壊しようとはしないからです。また、光や温度などの外部からの合図が細胞経路に与える影響についても研究することができます。

より長く生き続ける細胞

この論文は、ハエの頭部にある「絶対温度」受容体を初めて特定したもので、この受容体は、ハエの好物である華氏77度以上の温度に対して反応します。

実験用のショウジョウバエは、人類と密接な関係を築きながら、地球上のほぼ全域を植民地にしてきました。

その結果、ショウジョウバエの好きな温度は、多くの人間の好きな温度と一致することがわかりました。

研究者らは、前回の低温に関する論文の結果に基づいて予想した通り、熱に関する情報を受け取る脳神経細胞が、睡眠を調節する広範なシステムの一部であることを突き止めました。

寒冷回路と並行して走る高温回路が活性化すると、真昼の睡眠を促す標的細胞がより長く留まる。その結果、昼間の睡眠時間が長くなり、ハエを一日のうちで最も暑い時間帯から遠ざけることができるようになった。

この研究は、「コネクトーム」と呼ばれる、動物（ハエ）の神経接続を初めて完成させた10年にわたる取り組みによって実現したものです。

コネクトームのおかげで、研究者は、ハエの約10万個の脳細胞のそれぞれについて、考えられるすべての脳接続を知ることができるコンピューターシステムを利用することができます。

しかし、この非常に詳細なロードマップがあっても、脳内の情報がどのようにしてA地点からB地点に到達するのかを解明する必要があります。

この論文は、そのギャップを埋める一助となるものです。

ガリオ氏は、高温と低温で回路が異なることは理にかなっていると考えています。

ガリオ氏：高温と低温では、生理や行動に与える影響がまったく異なるからです。また、この分離は、地球の熱と冷気のサイクルに基づく進化の過程を反映しているのかもしれない。例えば、ヒトの場合、睡眠を司る脳の中枢が、特定の感覚回路によって直接狙われている可能性があり、今回の研究成果をもとに調査が行われる予定です。

次のステップへ

ガリオ氏の研究チームは、寒冷回路と高温回路の共通の標的を解明し、それぞれが睡眠にどのような影響を与えるかを明らかにしたいと考えています。

論文の筆頭著者で、ガリオ研究室のポスドク研究員であるマイケル・アルパート氏は話します。

アルパート氏：我々は、ショウジョウバエの睡眠と活動に対する高温と低温の影響の統合部位となりうる神経細胞を1つ特定しました。これは、興味深いフォローアップ研究の始まりとなるでしょう。

ガリオ氏は、チームが、地球温暖化の影響を理解するために、行動や生理に対する温度の長期的な影響を調べることに興味があり、種がどの程度変化に適応できるかを調べていると付け加えています。

ガリオ氏：人は暑い日に午後の昼寝をすることを選ぶかもしれないし、世界のある地域ではそれが文化的規範となっている。しかし、何を選び、何が自分にプログラムされているのでしょうか？もちろん、ハエでは文化ではないので、実は、人間では見落とされている非常に強力な生物学的メカニズムが根底にあるのかもしれません。

論文のタイトルは、”A thermometer circuit for hot temperature adjusts Drosophila behavior to persistent heat. “です。

ガリオ研究室の研究は、国立衛生研究所(助成金R01NS086859とR21EY031849)、生物医学におけるピュー奨学金プログラム、神経科学におけるマクナイト技術革新賞によって支援されています。

ノースウェスタン大学のチームは、ガリオ、アルパート、ハミン・ギル、アレッシア・パラの4名で構成されています。