Simple and complex interactions between sleep-wake driven and circadian processes shape daily genome regulatory dynamics in the mouse
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The timing and duration of sleep results from the interaction between a sleep-wake driven, or homeostatic, process (S) and a circadian process (C), and involves changes in gene expression and genomic regulation. Unraveling the respective contributions of S and C, and their interaction, to transcriptional and epigenomic regulatory dynamics requires sampling over time under unperturbed conditions and conditions of perturbed sleep. Here, we profiled mRNA expression and chromatin accessibility in the cerebral cortex of mice over a three-day period, including a 6-hour sleep deprivation (SD) on day two. Mathematical modeling established that a large proportion of rhythmic genes are actually governed by Process S with varying degrees of interaction with Process C, sometimes working in opposition. Remarkably, SD causes long-term effects on gene expression dynamics, outlasting phenotypic recovery, most strikingly illustrated by a dampening of the oscillation of most core clock genes, including Bmal1 , suggesting that enforced wakefulness directly impacts the molecular clock machinery. Chromatin accessibility proved highly plastic and dynamically affected by SD. Distal regions, rather than promoters, display dynamics corresponding to gene transcription, implying that changes in mRNA expression result from constantly accessible promoters under the influence of distal enhancers or repressors. Srf was predicted as a transcriptional regulator driving immediate response, suggesting that Srf activity mirrors the build-up and release of sleep pressure. Our results demonstrate that a single, short SD has long-term aftereffects at the genomic regulatory level. Such effects might accumulate with repeated sleep restrictions, thereby contributing to their adverse health effects. Significance statement When and how long we sleep is determined by the time-of-day and how long we have been awake, which are tracked molecularly by a circadian and a sleep-wake driven process, respectively. We measured the long-term consequences of a short-term sleep deprivation (SD) on gene expression and regulation in the mouse brain, and used mathematical models to determine the relative contributions of the circadian and sleep-wake driven processes. We find that many genes, including most of the genes that constitute the molecular circadian clock, are perturbed by SD long after the mice ceased showing behavioral signs of sleep loss. Our results have implications for human health, given the high prevalence of insufficient and poor quality sleep in our contemporary society.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».