中缝背核神经元线粒体形态与功能在睡眠-觉醒调控中的作用机制研究

Ca2+-CaMKⅡ signaling pathway in the dorsal raphe nucleus plays important role in sleep-wake regulation. However, little is known what is the downstream of the Ca2+-CaMKⅡ signaling pathway in sleep-wake regulation. Ca2+-CaMKⅡ signaling pathway mediates mitochondrial fission and fusion dynamics and mitochondrial function. The mitochondrial morphology and function may be uniquely affected by sleep-wake stage. Focusing on the mitochondrial dynamics and function in dorsal raphe nucleus, we will investigate the neural mechanism of serotonergic neurons in sleep-wake regulation from the view of the ethology, histology, neurochemistry and signal transduction pathway. This proposal is further to characterize the patterns of mitochondrial morphology and function across sleep-wake stages. We will also elucidate whether wake-promoting effects of serotonergic neurons in dorsal raphe nucleus depends on Ca2+-CaMKⅡ signaling pathway mediated mitochondrial dynamics. These studies will not only provide novel insights into molecular mechanism that underlie sleep-wake regulation but will also open a new avenue for clinical management of sleep disorders.

中缝背核5-羟色胺（5-HT）能神经元的促觉醒作用依赖于Ca2+-CaMKⅡ信号传导通路。但是，目前尚不清楚中缝背核Ca2+-CaMKⅡ信号传导通路通过何种下游效应促觉醒。Ca2+-CaMKⅡ信号传导通路调节线粒体的分裂-融合过程，调节线粒体的生物功能，而神经元的线粒体功能与睡眠-觉醒时相密切相关，参与睡眠的内稳态调节。本课题以线粒体的生物学特征为切入点，从整体动物行为学、组织细胞学、分子生物学、信号传导通路等不同层面，阐明中缝背核5-HT能神经元在睡眠-觉醒时相调节中的作用机制，揭示中缝背核线粒体形态、功能随睡眠-觉醒时相的变化规律，探讨中缝背核5-HT能神经元的促觉醒作用是否依赖于Ca2+-CaMKⅡ信号传导通路介导的线粒体形态学、生物学功能改变。本课题提出全新的睡眠研究假设，为开发更有效、更安全的睡眠障碍药以及促觉醒药物提供新的理论依据与研究基础。

中缝背核的5-羟色胺（5-HT）能神经元在睡眠-觉醒行为调节中起重要作用。机体清醒时，大脑的5-羟色胺积聚，转发为“睡眠压力”并触发睡眠，但尚不清楚相关机制。我们采用蛋白质组学研究方法，发现中缝背核的线粒体相关蛋白组分可能是5-羟色胺（5-HT）能神经元感知“睡眠压力”的关键因素。研究发现，大鼠中缝背核线粒体动力学分裂过程和氧化磷酸化/电子转移能力的增强伴随着睡眠压力的下降。我们采用药理学方法，在大鼠中缝背核适度抑制了线粒体分裂，这会激活中缝背核及内源性睡眠调节通路的5-HT系统功能，最终引起促觉醒作用和非快眼动睡眠增强效应。这些研究表明，睡眠稳态与大鼠中缝背核中的线粒体动态过程高度整合。本课题研究，以线粒体动力学过程和生物学功能为切入点，从能量平衡视角，阐释了5-HT系统调节睡眠-觉醒行为的神经生物学机制，并为睡眠能量进化学说提供了坚实的实验依据。