Abstract Sleep is a nearly universal feature of animal behaviour, yet many of the molecular, genetic, and neuronal substrates that orchestrate sleep/wake transitions lie undiscovered. Employing a viral insertion sleep screen in larval zebrafish, we identified a novel gene, dreammist ( dmist ), whose loss results in behavioural hyperactivity and reduced sleep at night. The neuronally expressed dmist gene is conserved across vertebrates and encodes a small single-pass transmembrane protein that is structurally similar to the Na + ,K + -ATPase regulator, FXYD1/Phospholemman. Disruption of either fxyd1 or atp1a3a , a Na + ,K + -ATPase alpha-3 subunit associated with several heritable movement disorders in humans, led to decreased night-time sleep. Since atpa1a3a and dmist mutants have elevated intracellular Na + levels and non-additive effects on sleep amount at night, we propose that Dmist-dependent enhancement of Na + pump function modulates neuronal excitability to maintain normal sleep behaviour. Significance statement Sleep is an essential behavioral state, but the genes that regulate sleep and wake states are still being uncovered. A viral insertion screen in zebrafish identified a novel sleep mutant called dreammist , in which a small, highly-conserved transmembrane protein is disrupted. The discovery of dreammist highlights the importance of a class of small transmembrane-protein modulators of the sodium pump in setting appropriate sleep duration.

SUMMARY Disrupted sleep is a major feature of Alzheimer’s Disease (AD), often arising years before symptoms of cognitive decline. Prolonged wakefulness exacerbates the production of amyloid-beta (Aβ) species, a major driver of AD progression, suggesting that sleep loss further accelerates AD through a vicious cycle. However, the mechanisms by which Aβ affects sleep are unknown. We demonstrate in zebrafish that Aβ acutely and reversibly enhances or suppresses sleep as a function of oligomer length. Genetic disruptions revealed that short Aβ oligomers induce acute wakefulness through Adrenergic receptor b2 (Adrb2) and Progesterone membrane receptor component 1 (Pgrmc1), while longer Aβ forms induce sleep through a pharmacologically tractable Prion Protein (PrP) signalling cascade. Our data indicate that Aβ can trigger a bi-directional sleep/wake switch. Alterations to the brain’s Aβ oligomeric milieu, such as during the progression of AD, may therefore disrupt sleep via changes in acute signalling events. HIGHLIGHTS Amyloid beta oligomers can drive either sleep or wakefulness, depending on their size Wakefulness driven by short amyloid beta oligomers requires binding partners Adrenergic Beta Receptor 2 and Pgrmc1 Long amyloid beta oligomers drive sleep through interaction with Prion Protein The in vivo sleep effects of amyloid beta can be pharmacologically blocked by targeting several steps of the Amyloid beta-Prion Protein signalling cascade.

ABSTRACT Hundreds of human genes are associated with neurological diseases, but translation into tractable biological mechanisms is lagging. Larval zebrafish are an attractive model to investigate genetic contributions to neurological diseases. However, current CRISPR-Cas9 methods are difficult to apply to large genetic screens studying behavioural phenotypes. To facilitate rapid genetic screening, we developed a simple sequencing-free tool to validate gRNAs and a highly effective CRISPR-Cas9 method capable of converting >90% of injected embryos directly into F0 biallelic knockouts. We demonstrate that F0 knockouts reliably recapitulate complex mutant phenotypes, such as altered molecular rhythms of the circadian clock, escape responses to irritants, and multi-parameter day-night locomotor behaviours. The technique is sufficiently robust to knockout multiple genes in the same animal, for example to create the transparent triple knockout crystal fish for imaging. Our F0 knockout method cuts the experimental time from gene to behavioural phenotype in zebrafish from months to one week.

Amyloid precursor protein (APP) is a brain-rich, single pass transmembrane protein that is proteolytically processed into multiple products, including Amyloid-beta (Aβ), a major driver of Alzheimer9s disease (AD). Although both over-expression of APP, as in mouse models used to study AD, and exogenously delivered Aβ lead to changes in sleep behaviors, whether APP processing plays an endogenous role in regulating sleep is unknown. Here, we demonstrate that APP processing into Aβ40 and Aβ42 is conserved in zebrafish and then describe sleep/wake phenotypes in loss of function appa and appb mutants. Larvae with mutations in appa had reduced waking activity but normal sleep patterns, while larvae that lacked appb had shortened sleep bout durations at night. Treatment with the γ-secretase inhibitor DAPT also shortened sleep bouts at night, while the BACE-1 inhibitor lanabecestat lengthened sleep bouts. Since both drugs fail to further alter sleep in appb mutants, and intraventricular injection of the App cleavage product P3 also shortens night-time sleep bouts, we conclude that the proper balance of Appb proteolytic processing is required for normal sleep maintenance in zebrafish.