一个研究团队取得了显著的发现：在哺乳动物中，蛋白激酶A（PKA）促进清醒，而蛋白磷酸酶1（PP1）和钙调神经磷酸酶促进睡眠。这项重要研究强调了各种酶在调节睡眠和清醒之间平衡中的关键作用，这为更好地理解和管理睡眠时长以及嗜睡感提供了希望，从分子层面上来看。
最近的研究突出了不同蛋白质在脑神经元中的磷酸化等化学变化如何在调节睡眠和清醒中起动态作用。然而，抑制睡眠的特定蛋白激酶和调节这些周期的去磷酸化酶尚未完全理解。所有动物，包括人类，每天都需要一定的睡眠；缺乏睡眠会导致“睡眠剥夺”。尽管如此，调节睡眠的分子机制仍然不清楚。
由东京大学医学研究生院的上田弘树教授领导的研究团队，包括博士生王怡梦和曹思宇，以及讲师小田浩司，发现蛋白激酶A（PKA）*2)促进清醒，而去磷酸化酶蛋白磷酸酶1（PP1）和钙调神经磷酸酶*3)则促进哺乳动物的睡眠。
通过集中研究PKA和去磷酸化酶，团队开发了全面的基因敲除小鼠，并进行实验以通过病毒载体*4)诱导修改的功能酶的表达。他们观察到，激活PKA导致睡眠时长减少和Delta波功率降低，表明睡眠需求减少。相反，激活PP1和钙调神经磷酸酶则增加了睡眠时长和Delta波功率。为了使这些睡眠-清醒调节过程发生，PKA、PP1和钙调神经磷酸酶必须在负责神经元间神经传递的后突触中发挥作用。此外，他们还显示PKA与PP1/钙调神经磷酸酶可能通过竞争来影响每日睡眠时长。
这项研究澄清了睡眠与清醒之间的平衡是通过各种酶的作用维护的——这一发现对开发管理睡眠时长和嗜睡感的策略具有重要意义。
这些发现是上田生物时间项目的一部分，这是一个由日本科学技术院（JST）通过“前沿技术探索研究”（ERATO）资助的研究计划。该项目旨在利用睡眠-清醒模式作为模型开发“理解人类的系统生物学”，重点关注从分子到个体人类在社会中的“生物时间”概念。
(*1) 蛋白质磷酸化
蛋白质在转录和翻译后被合成，功能可以通过多种方式进行化学修饰。磷酸化是细胞内最常见的修饰类型。催化磷酸基团转移到蛋白质上的酶称为蛋白激酶，而移除磷酸化的磷酸化酶被称为蛋白磷酸酶。
(*2) 蛋白激酶A（PKA)
PKA是一种由环腺苷单磷酸（cAMP）激活的蛋白激酶，cAMP是一种细胞内信号分子。它由一个催化亚基和一个抑制其活性的调节亚基组成。
(*3) 蛋白磷酸酶1（PP1）和钙调神经磷酸酶
在蛋白磷酸酶中，PP1、PP2A和钙调神经磷酸酶在大脑中高度表达。这项研究显示PP1和钙调神经磷酸酶都参与睡眠调节。这些酶具有一个催化亚基，执行去磷酸化作用，以及一个影响酶的定位和活性的调节亚基。值得注意的是，钙调神经磷酸酶通过钙的激活而受到区分。
(*4) 病毒载体
病毒载体是用于将基因引入细胞的工具，利用病毒的细胞感染能力。本研究中使用的腺病毒相关病毒（AAV）-PHP.eB是一种改良型AAV。这种病毒载体在基因转移中，特别是在中枢神经系统中的转移，效果显著。
