ショウジョウバエによる加齢性睡眠障害のハイスループット低分子薬物スクリーニング(英語)

睡眠は、人間の生存に必要な必須行動の1つであり、急速眼球運動(REM)睡眠と非急速眼球運動(ノンレム^)睡眠の2つの主要な状態によって特徴付けられます1。ノンレム睡眠は、N1(覚醒から睡眠への移行)、N2(浅い睡眠)、N3(深い睡眠、徐波睡眠)の3段階からなり、覚醒から^{深い睡眠への}進行を表しています1。睡眠は心身の健康に重要な役割を果たします².しかし、加齢により、成人の総睡眠時間、睡眠効率、徐波睡眠率、レム睡眠率が低下します³。高齢者は、徐波睡眠に比べて浅い睡眠により多くの時間を費やす傾向があり、夜間の覚醒に敏感になります。覚醒回数が増えると、平均睡眠時間が短くなり、その結果、高齢者の睡眠パターンが断片化され、マウスのHcrtニューロンの過度の興奮と関連している^{可能性があります4。}さらに、加齢に伴う概日リズムのメカニズムの低下は、睡眠時間の早期シフトに寄与します^5,6。これらの要因は、身体的疾患、心理的ストレス、環境要因、および薬物使用と組み合わさって、不眠症、レム睡眠行動障害、ナルコレプシー、周期的な脚の動き、むずむず脚症候群、睡眠呼吸障害などの睡眠障害の影響を受けやすくなります^7,8。

疫学研究により、睡眠障害は、うつ病¹⁰、心血管疾患11、認知症¹²などの高齢者の慢性疾患⁹と密接に関連していることが示されています。睡眠障害への対処は、慢性疾患の改善と治療、および高齢者の生活の質の向上において重要な役割を果たします。現在、患者は主にベンゾジアゼピン、非ベンゾジアゼピン、メラトニン受容体作動薬などの薬剤に頼って睡眠の質を高めています¹³。しかし、ベンゾジアゼピンは、長期使用後に受容体のダウンレギュレーションと依存を引き起こし、中止時に重度の離脱症状を引き起こす可能性があります^14,15。非ベンゾジアゼピン系薬剤は、認知症16、骨折¹⁷、がん¹⁸などのリスクも伴います。一般的に使用されるメラトニン受容体作動薬であるラメルテオンは、睡眠潜伏期間を短縮しますが、睡眠時間を増加させず、広範な初回通過排泄のために肝機能関連の懸念があります¹⁹。メラトニン受容体作動薬およびセロトニン受容体拮抗薬であるアゴメラチンは、うつ病関連の不眠症を改善するが、肝障害のリスクももたらす²⁰。そのため、睡眠障害の治療や緩和のために、より安全な薬剤が急務となっています。しかし、分子実験や細胞実験、自動システム、コンピューター解析を組み合わせた現在の薬物スクリーニング戦略は、高価で時間がかかります²¹。受容体の構造と特性に依存する構造ベースの創薬戦略は、受容体の3次元構造を明確に理解する必要があり、薬物効果の予測能力に欠けています²²。

2000年、1984年にキャンベルとトブラーが提唱した睡眠基準に基づいて²³、研究者は睡眠24を研究するための単純な動物モデルを確立し、その中には睡眠のような状態を示すショウジョウバエ^25,26も含まれていた。ショウジョウバエとヒトの解剖学的違いにもかかわらず、ショウジョウバエの睡眠を調節する多くの神経化学的要素とシグナル伝達経路は哺乳類の睡眠に保存されており、ヒトの神経疾患の研究を容易にしています^27,28。ショウジョウバエは、ハエと哺乳類のコア振動子の違いにもかかわらず、概日リズムの研究にも広く使用されています^29,30,31。したがって、ショウジョウバエは、睡眠行動の研究や睡眠関連の薬物スクリーニングを行うための貴重なモデル生物として機能します。

この研究は、高齢のハエを使用して睡眠障害を治療するための低分子薬をスクリーニングするための費用対効果の高いシンプルな表現型ベースのアプローチを提案しています。 ショウジョウバエ の睡眠調節は高度に保存されており²⁵、加齢とともに観察される睡眠の減少は、薬物投与によって可逆的である可能性がある。したがって、この睡眠表現型に基づくスクリーニング法は、薬効を直感的に反映することができます。ハエに調査中の薬剤と餌の混合物を与え、ショウ ジョウバエ 活動モニター(DAM)³²を使用して睡眠行動を監視および記録し、取得したデータをMATLABのオープンソースSCAMP2020データパッケージを使用して解析します(図1)。統計解析は、統計およびグラフ作成ソフトウェアを使用して実行されます( 材料表を参照)。一例として、睡眠を増加させると報告された小胞モノアミントランスポーターの低分子阻害剤であるレセルピンに関する実験データを提示することにより、このプロトコルの有効性を実証します³³。このプロトコルは、加齢に伴う睡眠障害を治療するための薬剤を特定するための貴重なアプローチを提供します。