Мы знаем, что сон помогает бороться с инфекциями, что он нужен для нормального обмена веществ, что во время сна мозг избавляется от молекулярного мусора и превращает кратковременную память в долговременную и т. д. Исследователи из Университета Бар-Илана добавили длинному списку биологических процессов, для которых нужен сон, ещё и ремонт ДНК в нейронах.
ДНК в наших клетках постоянно повреждается — из-за молекул-окислителей, которые в той или иной степени есть всегда, из-за внешних факторов, вроде радиоактивного фона, из-за ошибок молекулярных машин, которые работают с генетической информацией. Если говорить о нейронах, мы как-то писали, что сами нейроны вынуждены постоянно рвать свою ДНК — разрывы в ней помогают активировать гены, необходимые для укрепления межнейронных контактов-синапсов. Но разрывы, даже если они нужны для работы, необходимо постоянно заделывать.
Для ремонта ДНК у клетки есть целые молекулярные комплексы, специализирующиеся на тех или иных повреждениях. Если речь идёт о разрыве, то белки, которые занимаются разрывами, должны правильно сблизить разорванные концы и сшить их. Сблизить концы непросто — ДНК всегда усажена большим количеством белков, которые её поддерживают, считывают с неё информацию и т. д. Двигать её для сшивания нужно так, чтобы не возникло конфликта с другими процессами.
Исследователи экспериментировали с личинками рыбы полосатый данио — как большинство живых организмов, рыбы не могут обходиться без сна, в свою очередь, смена сна и бодрствования у них регулируется биологическими часами. Окрасив специальными красителями хромосомы в нейронах личинок, авторы работы заметили, что, во-первых, во время сна хромосомы в нейронах начинают активно двигаться. Во-вторых, как говорится в статье в Nature Communications, число двойных разрывов в ДНК увеличивалось во время бодрствования и уменьшалось во время сна. В-третьих, число разрывов уменьшалось именно благодаря динамике хромосом, благодаря тому, что они во время сна активнее двигались. Если эти движения блокировали с помощью особого белка, который прикреплял хромосомы к оболочке ядра, ДНК так и оставалась повреждённой, несмотря на сон.
Также оказалось, что активный ремонт хромосом во время сна свойствен именно нейронам. В других клетках, которым не свойственно электрическое возбуждение, которые не проводят никаких электрических сигналов, такой закономерности не было. Отсюда можно сделать вывод, что именно электрохимическая активность нейронов во время бодрствования мешает им ремонтировать собственную ДНК. Наконец, если число разрывов в ДНК дополнительно увеличивали с помощью вещества-мутагена, то личинки спали дольше — как если бы нейроны чувствовали, что им нужно больше времени на ремонт хромосом.
Если коротко всё это суммировать, то получается следующее: во время бодрствования нейроны слишком активны, и белки, ремонтирующие разрывы в ДНК, не могут выполнять свою работу, как надо — им, вероятно, просто неудобно работать с ДНК. Во время сна нейроны относительно успокаиваются, и хромосомы можно перемещать так, чтобы было удобно их ремонтировать. Хотя эксперименты, как было сказано, ставили на рыбах, есть все основания полагать, что так же обстоят дела и у других животных, и даже у человека. И надо признать, что это веская причина, чтобы немедленно начинать высыпаться.