Ученые из Стэндфордского университета выявили рыбу, страдающей от бессонницы, в своем стремлении понять генетику нарушений сна.
Результаты исследования, которые будут опубликованы в Публичной научной библиотеке — Биология, показывают, что даже у рыбок-данио — обычных аквариумных питомцев — может быть генетическая мутация, обусловленная с проблемами сна. Эта работа представляет собой важный этап в исследовании сна, проведенном доктором медицинских наук Эммануилом Миньо, который также обнаружил генетическую причину нарколепсии у собак.
Поскольку у рыб не хватает век, многие задаются вопросом, способна ли рыба спать. Научная статья команды Миньо доказала, что они это делают, и что рыба-данио — это мощная новая модель для изучения нарушений сна.
Рыба-данио — самая популярная среди биологов-разработчиков, потому что по сравнению с мышами они недороги в разведении. И в отличие от более дешевых моделей плодовых мух и червей, рыба имеет хребет, что позволяет лучше представлять нервную систему человека. И их мальки раскрывают много деталей, потому что они прозрачны.
"Тот факт, что мальки рыбки-данио прозрачны, означает, что вы можете смотреть непосредственно на их нейронную сеть, даже в живой рыбе", - сказал Миньо, профессор психиатрии и поведенческих наук. "Идея состоит в том, чтобы использовать это в качестве отправной точки для понимания нейробиологии регуляции сна."
Лаборатория Миньо обнаружила ген, ответственный за нарколепсию у Доберманов и Лабрадоров в 1999 году, что помогло выявить, как это заболевание протекает у людей. Нарколепсия затрагивает почти каждого второго из 2000 человек, и лишь немногие признают, что их сонливость является медицинской проблемой.
К симптомам относится не только катаплексия - внезапное ослабление мышц, которое может привести к коллапсу человека, - но и дневная сонливость и нерегулярный сон в ночью. Миньо обнаружил, что нейроны в гипоталамусе мозга, области, контролирующей такие основные формы поведения, как голод и секс, выделяют нейропептид, называемый гипокретином.
Нарколептические собаки имеют нейроны, которые не имеют действующего рецептора для гипокритина, но более поздние исследования показали, что у людей он работает по-другому. Вместо этого у людей с нарколепсией наблюдается аномально низкое количество нейропептида в спинальной жидкости.
По словам старшего научного сотрудника Филиппа Моррена (Philippe Mourrain), доктора, возглавляющего исследовательскую группу рыбок данио, рыба является более дешевым, простым и быстрым способом поиска мутантов, чтобы дать представление о том, как проводимость нейронов гипокретина в мозге влияет на сон. "Единственный способ ответить на эти вопросы — использовать генетическую модель", - сказал Моррен. "Нам повезло изолировать мутанта у рыбок — данио с такой же мутацией, которая была выделена у нарколептических собак".
Первая задача исследователей заключалась в том, чтобы точно охарактеризовать, как нормальный данио дремлет. Первый автор статьи, доктор наук Тохей Йокогава, настроил инфракрасные лампы и камеры в аквариумах, так чтобы можно было наблюдать за рыбками данио в темноте. После нескольких часов видеосъемки Йокогава заметил, что рыбка данио опустила хвостовой плавник, когда находилась в неподвижности, и провела большую часть ночи на дне аквариума или под поверхностью воды.
Чтобы выяснить, спят ли рыбы с обвислыми хвостами, Йокогава проверил, испытывают ли они сонный отскок, стремление попытаться наверстать потерянный сон после недосыпания. Сначала он должен был удостовериться, что рыба не спит. Настуки на стенки аквариума и использование подводной колонки не помогли, но он обнаружил, что мягкий электрический импульс поддерживал активность рыбы. Затем он создал компьютеризированную систему для стимуляции рыб каждый раз, когда они начинали дремать. Как только рыба, лишившаяся сна, вернулась в тихий, темный аквариум, она компенсировала потерянный отдых более длительным сном.
Новая модель уже дает представление о функции молекул, регулирующих сон, и мозговых контурах у рыбок — данио. По сравнению с обычными рыбками данио, мутанты сна с нейронами без рецепторов гипокретина испытывали нечто похожее на бессонницу, а не на нарколепсию. Хотя у собак потеря рецептора приводит к полной нарколепсии, у данио она проявляется только в ночное время. Общее количество сна у мутантных рыб уменьшилось на 30%, и когда они, наконец, дрейфовали, они спали только наполовину дольше, чем нормальная рыба.
Будущие исследования будут направлены на поиск рыбных мутантов, которые могут проспать или не заснуть полностью, в надежде обнаружить новые регулирующие молекулы и мозговые сети, передающиеся через эволюцию к человеку. "Многие люди задаются вопросом: "Почему мы спим" и "Какова функция сна"." Миньо сказал. "Я думаю, что важнее сначала выяснить, как мозг вырабатывает и регулирует сон. Это, вероятно, даст нам важные сведения о том, как и, возможно, почему сон был выбран естественной эволюцией и является таким универсальным".