線虫は寝ないとどうなるのか

旦那です。

　少し不眠や断眠についての論文をまとめてみようと思っています。ハエやマウス、ラットやヒトはreview頼りになりそうですし、そもそもどこまで続くかは気分次第ですが。

　これからは論文紹介の際には文章をまとめて基本的に論文の構成に忠実にまとめてみようと思います。感想は後で書くことにします。

線虫と断眠の論文はいくつかありますが、今回はこちらを 

DAF-16/FOXO regulates homeostasis of essential sleep-like behavior during larval transitions in C. elegans. 

Driver RJ, Lamb AL, Wyner AJ, Raizen DM. Curr Biol. 2013 Mar 18;23(6):501-6.

Summary

　睡眠には恒常性があり、睡眠の量と深さを保つ機構があるとされている。断眠(sleep deprivation)をされた際、その後に反跳睡眠(rebound sleep)が認められることからも睡眠に恒常性維持の機構があることを示している。この様に睡眠に恒常性があることは睡眠が不可欠であることの間接的な証拠となっている。

　今回筆者らはC. elegansの転写因子DAF-16が断眠に反応して働いていることを示した。DAF-16は断眠によって核内移行し、断眠はDAF-16の活性化を介してdauerへの移行を促した。daf-16のloss-of-function変異体は断眠に対する抵抗性が下がり、断眠での死亡率が上昇した。興味深い点としてdaf-16の発現は神経ではなくて筋で重要であった。睡眠の恒常性を制御する機構としてdaf-16シグナリングが神経系以外で働いていることが示唆された。

Results & Discussion

断眠によってDAF-16シグナリングは増強する

　筆者たちは過去のショウジョウバエやラットの断眠実験の報告から、断眠とストレスの関係性に着目し、ストレス関連で研究が進んでいたDAF-16(FOXO転写因子)と睡眠について研究した。DAF-16は種々のストレスに応答して核内移行し、標的遺伝子の転写を制御することが知られている。

　DAF-16は1時間ほどの絶食で核内移行を起こすことが知られている。C. elegansはLethargus中以外ではほぼ常に食事をしているのだが、Lethargus中は2-3時間ほどpumpingが止まる。そこでLethargus中のDAF-16::GFP融合タンパクの局在を観察した。すると食事をしていないにもかかわらず、DAF-16は細胞質にとどまっていた。

　次にL1のdevelopment timingとDAF-16の核内/細胞質比率を計測してみると、L1の途中でDAF-16は核内に存在する比率が最大であり、Lethargus中にはむしろ核内局在の比率が下がることがわかった。これらの結果からはLethargus中にDAF-16が細胞質にとどまる機構があると考えられた。

　Lethargus quiescenceを阻害した場合にDAF-16の局在がどう変化するかを明らかにする為、断眠実験を行なった。Lethargusの最初の30分間、強制的に泳がせた場合、DAF-16はコントロール群と比較して優位に核内移行を起こした。Adultで同じ刺激をした場合には核内移行を起こさなかった。この核内移行に細胞種特異性があるのか観察した結果的、腸管と筋の細胞では核内移行が明らかであった。一方神経細胞では明らかな核内移行を認めなかった。*1加えて、断眠を止めると時間依存的に核に移行している割合は低下した。これらの結果からは主に腸や筋の細胞で、断眠によってDAF-16の核内移行が起こることがわかった。

　DAF-16の核内移行がDAF-16シグナリングの増強に関与しているかどうかを確かめる為の実験をおこなった。DAF-16はdauer*2への移行決定に関わることが知られており、その決定の一部はL1 Lethargus中に起こることが知られている。筆者らはDAF-16シグナルが増強するとdaureへ移行することが知られているdaf-8 変異体をに対して泳がせることで断眠を行った。結果としてLethargus中に泳がされた線虫はその後にdaureへ移行する割合が高かった。daf-8の上流で働くとされるdaf-7でも同じような結果であり、更にその結果はdaf-16のloss-of-function変異も導入すると減弱した。以上から断眠によってDAF-16シグナリングは増強すると考えられた。

daf-16は断眠に対する正常な反応のために必要である

　以前の実験の結果からは、Lethargus前半の断眠はLethargus quiescence全体の長さを変化させなかった。実際に再度実験を行なった結果、pumping、defecationの再開のタイミングはコントロールと変化なく、脱皮のタイミングも変化しなかった。

　一方でarousal thresholdの変化ははっきりしていた。断眠を受けた線虫は1-octanol*3への反応性が鈍くなっていた。一方でdaf-16のloss-of-function変異体はarousal thresholdの上昇が認められなかった。この結果から、筆者らは断眠に対するhomeostaticな反応にはdaf-16が関与していると考えた。加えてレスキュー実験を行った結果、筋肉*4でdaf-16を発現させることでarousal thresholdの上昇が一部認められたが、神経*5での発現では認められなかったとしている。*6よって筆者らは線虫の筋肉が睡眠の恒常性維持に関わっていると考えた。

断眠により線虫は致死的なダメージを受ける

　以前の論文と同じく、断眠を受けた線虫の一部は死亡した。L4 Lethargusを30分阻害して死亡率は11%であった。死亡した線虫を詳しく見ると脱皮がうまくいっていなかった。*7

　daf-16のloss-of-function変異体を用いた所、死亡率は上昇した。daf-16(mu86)で18%、daf-16(mgDf50)で57%、daf-16(m26)で53%、daf-16(m27)で38%の死亡率であった。当然のことながら、断眠時のmechanical stimulationの影響は考えられた為、以下の2つの実験をおこなった。

(1)synchronizeさせたL1線虫*8に対してボルテックスによる機械刺激をあたえた。様々なdevelopmental timigで機械刺激を与えた結果、Lethargusに一致するタイミングで死亡率のピークが認められた。このことから死亡は機械刺激のみで起こるのではなく、Lethargusのタイミングで機械刺激があることが必要であると考えられた。

(2)L4 depriveを行う際にexperimental群の他にyoked群を作成した。experimental群は動きが止まるたびに機械刺激を与えられて動き続けることを強要される。一方でyoked群はexperimental群と同じタイミングで刺激される。yoked群は刺激される際に動きが止まっているかどうかは無視される。この2群は同じ頻度で機械刺激を受けるが、exprimental群はLethargus quiescenceを完全に阻害されるのに対して、yoked群は一部のみ阻害される。この2群ではexperimental群は8例中6例死亡したのに対して、yoked群は1例も死亡しなかった。

　以上から筆者らは致死的なダメージとなっているのは機械刺激そのものではなく、Lethargus quiescenceを阻害されることであると結論づけている。

致死的なダメージの原因として筆者らは以下の4つの説明を考えている。

(1)頻回に機械刺激をしたことで致死的なダメージを与えた可能性

この可能性はyoked群を設けた実験で否定的と考えている。

(2)泳ぎ続けたことで脱皮が阻害された可能性

確かに線虫は脱皮の際にflipという特殊な動きをする。しかし、flipと脱皮不全の関係もはっきりしていない。

(3)泳ぎ続けたことで新しい表皮をうまく形成できなかった可能性

しかし断眠して脱皮がうまく行っていなかった線虫でも成虫の表皮は形成されていることが確認された。

(4)活動性を維持したことで代謝が増加した為、脱皮に必要な代謝資源を保てなかった。

この考えはDAF-16がストレスと代謝の制御を担っている点からも合致する。

　今までにTotal sleep deprivation(TSD)の影響はラットでよく研究されている。TSDラットは死亡したが、認められた変化としては皮疹、過食と体重減少があった。一方で脳には大きな変化がなかった。ショウジョウバエでも断眠の研究がされたが、神経系以外での遺伝子操作で睡眠が影響を受けたし、断眠によって脂肪代謝は影響を受けた。これらの結果からは睡眠や睡眠様行動の恒常性の制御に神経系以外の関与があることも示唆される。

　今回の結果は比較的体の構造が単純なC. elegansにおいても睡眠様行動の恒常性が神経系以外によって制御されていることを示す結果となった。

---

感想

久しぶりにまともに読んでみました。断眠は難しいな、やっぱり。交絡因子の影響を排除するのがほぼ不可能であるので、実験系の設計や結果の解釈でなんとかするしかない感じがありますが、それが難しい・・・

*1:筆者らも指摘している通り、神経細胞では細胞体での核-細胞質比が大きい為、測定方法によっては神経細胞で特に細胞質への局在を指摘しにくそうであるが

*2:C. elegansの耐性幼虫　環境が成長に適していない(例えば高温や過密状態)場合にL3の代わりにdauerというステージへ移行する

*3:線虫にとっては有害な刺激となる。

*4:プロモータはPmyo-3

*5:プロモータはPunc-119

*6:ただし実験系が複雑である為、この結果には注意が必要である。実験ではまずコントロールと断眠群にわけて、断眠群ではL4 Lethargusを最初から30分間阻害している。その後一度強い機械刺激を加えて線虫の刺激への反応性をLethargusしていない状態に近づける。その状態から1-octanolへの反応性を確認している。恐らく一度覚醒状態に近づけないと差が出なかったものと考えられるが、この方法で直接homeostatic responseを見ているといっていいのかは不明であると思われる。

*7:この様な表現型をmolting-defective (Mlt)という

*8:一番有名なのはL1 arrestを利用したsynchronization

当直で大切なもの

大層な題名をつけてしまいました。旦那です。

当直という業務があります。夜間に病院に残って救急外来を受診した患者さんや病棟で何かが起こったときに対応をするお仕事です。今回はそんな当直という業務をしている研修医に大切なものってなんだろうと考えてみたことを書いてみます。

もし見てくださる人に研修医がいるなら、参考になれば幸いですし、もし見てくださった人がいつか夜に病院を受診されたら、目の前の医者はもしかしたらこんなことを考えているのかな　と思っていただければいいと思います。

----------------------------------------------------------------------------------------------

当直って皆さんどうお考えでしょう。少なくとも僕にとっては当直はいつも大変にストレスフルでした。

スムーズに病歴を取れない患者さんがいたり、看護師さんに怒られたり、手技がうまく行かなかったり、上級医は人によって言うことが180°違っていたり・・・一日病棟で働いて、夜には救急外来でストレスを受けながら働いて、でも明日もまた仕事。気をつけていても時折、ため息が出てしまいます。

一時期は怒られればそれなりに凹んでもいましたし、あまりに疲れたときには少しイライラしてしまっていた時期もありました。しかし最近になって思うのは、精神的・肉体的に疲労していることも、怒られることも事実であるし、あまり避けようがない。一方、自分の機嫌は自分の気の持ちようでなんとでもなるということです。

自分の機嫌をよく保つ　これが僕が思う当直中の研修医に大切なものだと思うのです。

良い機嫌は周りで働いている人にも伝播しますし、なにより患者さんが心地よく思ってくれると思います。研修医といえど、患者さんから見たら"お医者さん"です。機嫌の悪い医師のところにかかりたいという患者さんがいるでしょうか。まして、夜間救急外来を受診する患者さんは不安でいっぱいです。そんな状態で必死で受診した病院で、機嫌の悪い医師に対応される・・・どう考えても患者さんはその病院にいい印象を持てません。 

だから研修医の皆さん。頑張って機嫌よく仕事をしましょう。機嫌よく仕事をしていると不思議とストレスフルなこともそう怒らないものです。

ではどうすれば機嫌よく仕事ができるか、それは人によって違います。自分なりに工夫しましょう。例えば僕なら予め面白い教科書を用意したり、お気に入りのスクラブで仕事をしたり、シャワーのときに少し良いシャンプーを用意してみたりですかね。そんな些細なことでいいと思うのです。当直はある程度のストレスがあって当たり前、そんな中でわずかにでも楽しめることがあれば救われると思います。

気持ちを楽に、どうか皆さんの当直が平和であり*1、ストレスが少しでもなく機嫌よく終わることを祈ります。

*1:当直が平和であることを祈ると、その当直が荒れるというジンクスはありますが、一応この論文で否定されています。

下記間違え

旦那です。

カルテといえば紙にドイツ語で〜

というのは今は昔の話です。多くの病院では電子カルテが採用され、カルテの殆どは日本語で書かれています。そこで日常の業務でどうしても生じるのが、誤変換による書き間違えです。特に医療現場では毎日同じ端末を使うことはほとんどなく、病棟の多くの端末が多数の医療従事者に使用されています。なので前の使用者の誤変換が残ってしまい、注意しないと誤変換のまま記載を行ってしまいそうになるのです。今回はそんな誤変換の小ネタです。

病棟の患者さんの中には痛みを抑えるために鎮痛薬を頓用で使っている人がいます。私達医師としては鎮痛薬を何回使ったか知りたいので疼痛時指示というのを出します。これは

「痛いときにはこのおくすりを渡してあげてください。このおくすりは6時間空ければ再度使用できますよ」

みたいな指示です。で、この疼痛時指示に従って鎮痛薬を使った場合にはカルテに

"疼痛時指示使用"

という言葉を看護師さんが記載してくれます。(もちろん病院によってルールは異なりますよ)

先日僕が仕事をしていて気づいたのは、現在働いている病院のとある病棟のみ数回に一度

"疼痛時指示使用" 

が

"疼痛痔指示使用" 

になっていたのです。よく見てみるとこの誤変換は同じ患者さんであっても連続で出現することなく、極稀に出現するようでした。推測ですが、"疼痛痔指示使用"と変換される端末がその病棟のどこかに存在し、その端末を使用して記載を行ったときだけそのように変換されているのだと思います。その端末を探し出して数回正しく記載してあげれば改善されるはずですが、流石にめんどくさくてやっていません。(ちなみに"痔"の読みは"じ"であっています。"ぢ"というのは歴史的仮名遣いのようです。)

カルテは患者さんの目に直接触れることは多くはなく、今回の書き間違いも可愛げのあるものであるので良いですが、日々患者さんに渡す文書も作っている身としては気をつけなければならないなと思います。病棟でひやっとする誤変換としては

"無くなる"　が　"亡くなる"

が一番怖いです。不吉な漢字を使うこともあるだけに、元気に退院する患者さんに対してそのような漢字を使うことのないよう気をつけなければいけないなとぼんやりと思いました。

macbook pro復活計画

旦那です。

いつも調べものやブログの記事を書くのは自分のmacbook proでやっています。

ただこのmacbook pro かなり御高齢でして、2011 earlyモデルなんです。さすがに普段の作業だけでもかなり動きが重くはなってました。一番痛感したのは、とある日のことでした。プレゼンテーションをしようとして、macbook proをプロジェクターにつないだは良いものの、powerpointがいくら待っても立ち上がらない。あまりにも遅かったので急遽友人のPCを借りてプレゼンは滞りなく行えましたが、冷や汗ものでした。

そこで考えた対策が

①HDDをSSDに変更する。

②メモリを増設する。

です。多数のブログでこれらの成功報告があったのでこの二つで復活するのではないかと思ったのです。

使用したのは以下のSSD、メモリ、ドライバです。

Crucial SSD 500GB MX500 内蔵2.5インチ 7mm (9.5mmアダプター付) CT500MX500SSD1/JP

Team ノートPC用メモリ SO-DIMM-DDR3 永久保証 ECOパッケージ (1066Mhz PC3-8500 1.5V 4GBx2)

アネックス(ANEX) 精密ドライバー +00×50 No.3450

アネックス(ANEX) スーパーフィット 精密ヘクスローブドライバー T6×30 No.3543

 細かい手順に関しては他のブログでもたくさん紹介されていますし、非常に丁寧に解説されているブログが多いので詳細は省きます。

SSDとHDDの交換やメモリの増設はとくに問題なく終了して、あとはTimemachineから復元すれば終了だ・・・というところまで来て、問題発生

OSをインストールしようとするとmac OS X 10.7のLionをインストールしようとしてくれるのですが、私のmacbook proでは

「このアイテムは現在一時的に利用できません。」

というメッセージが出てきて、先に進まない・・・　現在一時的にってことはしばらく待てばいいのか??

少し調べてみると

このメッセージはいくら待っても解消されないことが判明。

え、じゃあどうすりゃいいんだ・・・

とおもいましたが、今はネット全盛期の時代　ちょっと調べれば詳しい人や同じ悩みをしている人がいるもので、たくさん助けてもらいました。

あまり詳しくはないので正確かどうかは不明ですが、まとめると

①どうやらmacbook proのハードディスクを交換したあとにはまずOSをインストールするのですが、いきなり最近のOS、high sieraなどにはできず、出荷時に入っていたOSをインストールしなくてはいけない。

②Mac OS XはLion以降はネットからダウンロード可能

③逆にMac OS X snow leopard以前はインストールのためにはディスクが必要

とのことでした。macbook proを買ったときのディスクが残っているなら全く問題はなかったのですが、もちろんもっていませんでした・・・・

泣く泣く買いましたよ。snow leopardをアップルストアで　まあ2400円でやすかったから全く問題ないんですけどね・・・

で今は快適にmacbook proを使えています。

起動までの時間も

before 150秒

after 20秒

ですよ！

ベンチマークも計測していますが

こんな感じです。

大分快適です。これでまたこのmacbook proが現役復帰です。

昔からそうなのですが、ものに愛着を持ちすぎるきらいがあるのです。ものを大切にするのは悪いことではないとは思いますが、今回はなやみました。ちょうど新しいmacbook proも出ていましたし、型落ちとかもあったのかもしれませんしね。でもやっぱり愛着のあるものを改良して使えるようになってよかったかなと思います。

詳しくないので細かい記載はできませんが、詳しくない人でも他のブログを参考にSSD換装とメモリ増設程度ならできるんだなーという参考になれば幸いです。

今度からpythonの勉強もこのmacbookでやろーっと

初めまして、妻です

昨晩、夫との何気ない会話の流れで、

ブログというものを生まれて初めてやってみることに。

人と話すよりも文章を書くことが好きな性分の私、ちょっぴりワクワクしてます。

ブログって良いですね。

夫の過去記事を読んで、好きなことを徒然なるままに書いていけば良いんだ、と妙に納得。

私も好きなことを、好きなように、書いていきます。

と、朝の通勤電車の中で徒然なるままに書いてみる。

これからどうぞよろしくお願いします。

ブログタイトルの変更

救急科で削られ、全く更新できていなかった・・・

突然ですが、ブログタイトルが変更になりました。先日妻と

「料理とか育てた植物の写真を撮ってるけど、アップする場所がないんだよね〜」

「そしたら僕と一緒にブログやるかい？」

「いいよ〜」

という会話があり、今後は二人で更新することになりました。どうぞお見知り置きを

一晩の徹夜の代償

先週は忙しかった・・・という言い訳

たまにはヒトの論文を

www.pnas.org

そこそこ話題になった気がするので、ご存知の方もいるかもしれませんね。

睡眠が何のためにあるかというのは、非常に難しい問題です。未だにはっきりとした答えはなく、睡眠学の最大の問題の一つであるといえます。もちろんいくつかわかっていることはあります。例えばノンレム睡眠中の記憶の固定化などはよく知られています。そのほかにあまり一般に知られていないものとして脳の老廃物の排泄という機能があります。

発端は2013年Scienceに掲載された論文でした。一般的に体の中でできた老廃物の一部はリンパ系を介して排泄されます。一方で脳内には明確なリンパ系がないため、神経細胞の活動によって生成された老廃物を捨てる経路についてはあまりわかっていませんでした。2013年の論文では神経細胞が髄液に老廃物を捨てていることを示していました。加えて睡眠中には神経細胞周囲のグリア細胞が「縮む」ことでより多くの髄液が神経細胞周囲に行き渡り、老廃物を効率的に除去していることを示唆したのです。感覚的な説明にはなってしまいますが、睡眠中には脳は自身を洗浄しているという説明をされることもあります。

老廃物と言ってもピンとこないかもしれませんが、この論文がもっとも注目されているのは疾患との関わりです。アルツハイマー病をはじめとしたいくつかの神経変性疾患は異常なタンパク質の蓄積によって起こります。アルツハイマー型認知症はアミロイドβというタンパク質が神経細胞に溜まることが発症に関わっているとされます。なぜアミロイドβが蓄積するのかというのはまだ完全にはわかっていないですが、通常の脳がアミロイドβを捨てる方法として先ほどのように睡眠中に脳を洗っているのではないかと考えられているのです。逆に言えば短い睡眠時間や、質の悪い睡眠によってアミロイドβが蓄積してしまい、それがアルツハイマー型認知症の原因になっているのではないかと言われてきているのです。

確かにいくつかの論文では睡眠中には髄液にアミロイドβが多く排出されていることが示されたり、睡眠時間の短さや質の低い睡眠をしていると自己申告している人のアミロイドβの蓄積量が多いということが示されてきました。

短い睡眠時間が、アルツハイマー型認知症に関連していると言われるとなんとなく、よく眠った方が良さそうですよね。僕もなんとなくそう考えてはいましたが、一方で当直などあるとなかなか眠れず、睡眠時間は短かったり、あまりちゃんと眠れない日々が続いていました。

でもなんとなく大丈夫かなと思っていたのです。なんせアルツハイマー型認知症などを発症するのは一般的には中年以降であり、それまでの睡眠不足の蓄積が影響しているのであって、一日寝なかったからといって大した影響はないだろうと思っていたのです。

今回の論文はその考え方が一部間違っているという内容だったので非常に楽しく読みました。結論としては一晩の徹夜でも脳内のアミロイドβは増加しているようなのです。論文では被験者さんを睡眠をとる群と徹夜する群に分けて、PETを用いて脳内のアミロイドβを定量していました。これによると徹夜した群では海馬でのアミロイドβが5%増加するようなのです。

たった5%かと思うかもしれませんが、一般的に認知症の前段階の患者さんでは脳内のアミロイドβが21%、アルツハイマー型認知症の患者さんでは43%増加していると言われていることを考えると、たった一晩の徹夜がもたらす5%という蓄積がかなりの量であるということがわかるのではないでしょうか。

他に面白い点として、アミロイドβの沈着する位置が特徴的でした。遺伝的な影響によってアミロイドβの蓄積量は人によって異なるのですが、その際に蓄積しやすい脳の場所と今回指摘された徹夜で蓄積しやすい場所は違う場所でした。

もちろん、徹夜で蓄積したアミロイドβがそのまま全て残り続けるとは考えにくいです。仮に残り続けたらたった8夜(！)の徹夜でアルツハイマー型認知症と同じ量のアミロイドβが蓄積してしまいます。おそらく前述の脳を「洗う」機構によって大半のアミロイドβは流されるのでしょう。今回の論文はあくまで短期の睡眠不足によってもアミロイドβが蓄積することを示したのみで、そのアミロイドβが長期的な脳の機能に対して影響を及ぼしているのかどうかに関しては不明です。しかしこのような論文が出てくると、長期の睡眠不足によって脳内に老廃物が溜まっていき、最終的に破綻をきたすのではないかという仮説も頷けるような気がしてきます。

アルツハイマー型認知症は難病です。よく病院にもいらっしゃいますが、ご家族も含め非常に苦労されている方がほとんどです。アルツハイマー型認知症というと記憶が失われるという印象が強いかと思われますが、それ以外にもさまざまな能力が失われていきます。時にはそれにより、ご家族と患者さんの関係がうまくいかなくなってしまうこともあります。なんとか良い治療法や予防法がないものかと世界中で研究が進んでいる分野ではありますが、未だ決定的な解決策がないのが現状です。睡眠分野からアルツハイマー型認知症をはじめとした変性疾患の治療や予防に関してのブレークスルーが起こることを望んで止みません。

ちなみにちょうど今僕は当直明けですが、昨晩は救急車も多くて眠れませんでした。つまり今の僕の頭の中にはアミロイドβが蓄積しているわけです。早く寝なければ・・・