Мы все испытали то состояние, когда ложимся спать уставшими, а просыпаемся свежими, но как это происходит на молекулярном уровне, пока остается загадкой. Международное исследование, опубликованное сегодня в Nature, проливает новый свет на биохимию потребности мозга во сне.
Актуальность проблемы
По данным Американской Ассоциации Сна (American Sleep Association), от 50 до 70 миллионов взрослых людей в США испытывают расстройство сна, у почти 1 из 3 пациентов наблюдается кратковременная бессонница и около 1 из 10 страдают хронической бессонницей. Известно, что потеря сна может негативно повлиять на мышление и процесс принятия решений, что снижает производительность труда, одновременно увеличивая риск автомобильных и промышленных аварий. Понимание регуляторов сна может принести пользу обществу, что приведет к разработке новых, более эффективных методов лечения бессонницы.
Материалы и методы обследования
Ученые сообщают о первом полном исследовании мозга, количественном изучении фундаментального молекулярного процесса, называемого фосфорилированием. Ученые провели сравнительный анализ двух разных групп мышей: лишенных сна мышей с нормальным генотипом и лишенных сна мышей с генетической мутацией, которая влияла на более высокую потребность во сне, несмотря на увеличение времени сна.
Сотрудники института UT Southwestern’s Peter O’Donnell Jr. Brain Institute в Японии Масаси Янагисава (Masashi Yanagisawa), Джозеф Такахаси (Joseph Takahashi) и Цинхуа Лю (Qinghua Liu) проводили исследование на лабораторных мышах, лишенных сна в 2016 году.
«Процесс сна осуществляется у всех животных, но для чего необходим сон и как он регулируется, остается загадкой. Мы решили исследовать молекулы, которые регулируют потребность в сне», – сказал Лю. Он также добавил: «Потребность в сне – это чувство усталости, которое нарастает во время бодрствования».
«У каждого животного есть установленное значение общего времени сна. У взрослых людей это время составляет около 8 из 24 часов. Даже простые медузы нуждались в длительном отдыхе, после того как их заставляли бодрствовать», – сказал он, добавив, что было высказано предположение, что некая субстанция накапливается в мозге во время бодрствования и рассеивается во время сна.
«Долгосрочная цель исследования сна – определить фактический молекулярный фактор или факторы, связанные со сном, – сказал он. В настоящее время большинство лекарственных препаратов для сна являются аналогами ГАМК, ингибирующие нейротрансмиттер, который просто отключает мозг, и они вызывают неестественный сон со многими побочными эффектами. Было бы лучше, если понять естественные молекулы, чтобы разработать улучшенные методы лечения проблем со сном”, – добавил он.
Чтобы исследовать молекулы, участвующие в потребности в сне, ученые разработали новую стратегию для сравнения процессов фосфорилирования в мозге нормальных мышей, лишенных сна, и мутантных мышей, лишенных сна. Фосфорилирование представляет собой обратимый процесс, который модифицирует функции белков путем добавления фосфатной группы.
Результаты научной работы
Используя иммунохимические анализы и масс-спектрометрию, исследователи идентифицировали 80 белков, которые были гиперфосфорилированы в мозге у мышей, лишенных сна, что означает, что белки накапливали больше фосфатных групп, чем дольше мыши не спали. Они назвали эти белки Sleep-Need-Index-Phosphoproteins (SNIPPs). Они обнаружили, что фосфорилирование SNIPPs возрастает с потреблением сна и рассеивается или дефосфорилируется во всем мозге во время сна.
«Предыдущие исследования предполагали тесную связь между потребностью во сне и синаптической пластичностью (усиление и ослабление синаптических связей между нейронами, связанными с мышлением и обучением). Удивительно, что большинство SNIPPs представляют собой синаптические белки, в том числе многие из них- регуляторы синаптической пластичности», – сказал Лю.
Он добавил, что в литературных источниках сказано, что мутации нескольких SNIPPs связаны с изменениями в потребности в сне.
«Таким образом, мы предположили, что SNIPPs представляют молекулярную связь между синаптической пластичностью и регуляцией потребности в сне или, проще говоря, между мышлением и сонливостью», – сказал он.
«Цель баланса сна-бодрствования заключается в том, чтобы максимизировать продолжительность и качество когнитивных (мыслящих) функций головного мозга. В то время как продолжительное бодрствование приводит к когнитивным нарушениям и сонливости, сон освежает мозг посредством множественных восстановительных процессов и оптимизирует когнитивные функции для следующего периода бодрствования », – сказал он.
Вывод
“ Таким образом, цикл фосфорилирования / дефосфорилирования SNIPP может быть важным способом, чтобы мозг мог перезагружаться каждую ночь, восстанавливая как синаптическую взаимосвязь, так и баланс сна, чтобы максимизировать четкость мышления,”- добавил он.
Авторы другого исследования обнаружили гены, которые делают нас склонными к бессоннице.
Литература
International research team finds brain changes linked to sleep need
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
