Группа ученых из Венского медицинского университета в Австрии нашла особую группу клеток в головном мозге, ответственную за сдвиги ритма сна-бодрствования, которые вызываются психостимуляторами. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Credit: public domain
У всех позвоночных в головном мозге есть центральный механизм, который поддерживает связанные со сменой дня и ночи колебания биохимических реакций в организме. Этот механизм – циркадный ритм или биологические часы – способен управлять экспрессией генов различных клеток организма, настраивая их на определенный формат функционирования. Центр управления этими процессами находится в гипоталамусе, точнее, в его скоплении нервных клеток, называемых супрахиазмальным (или супрахиазматическим) ядром.
Гипоталамус, несмотря на его незначительные размеры, представляет собой архитектурно довольно сложную структуру, призванную управлять периферическими эндокринными сигналами. Входящие в него клетки довольно разнородны, что позволяет ему регулировать не только физиологические потребности, но и сложное поведение. Эта разнородность и функциональная специфичность нейронов гипоталамуса обеспечивается перестановками различных нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. И с помощью специальных фармакологических препаратов – психостимуляторов – комбинации этих биологически активных веществ можно менять, что и делают люди, которые по какой-либо причине стремятся удержать бодрое состояние в течение длительного времени.
Психостимуляторы способны увеличивать синаптическую концентрацию дофамина – одного из нейромедиаторов гипоталамуса, который, помимо всех остальных эффектов, поддерживает бодрствование. Прием этих препаратов способен несколько сдвигать биологический режим сна в сторону увеличения периода бодрствования. Их используют, например, пилоты, которым приходится принимать амфетамины, чтобы вести активный образ жизни даже в ночные часы. Однако до недавнего времени было не вполне ясно, какие именно клетки становятся мишенью для действия психостимуляторов, а ведь эта информация могла бы дать более широкое понимание того, какие молекулярные и клеточные эффекты вызываются этими препаратами.
С этим вопросом разобралась группа исследователей из Венского медицинского университета, которая определила, в какой именно группе клеток гипоталамуса реализуют свое действие психостимуляторы. Хемо-, оптогенетические и поведенческие методы, примененные на мышах, позволили исследователям установить, что психостимуляторы воздействуют главным образом на боковую перегородку – область, которая регулирует вегетативные процессы и участвует в контроле локомоции. Как выяснилось, эта область также участвует в регуляторных процессах, вызываемых амфетаминами.
Итак, в довольно давно установленной синаптической схеме регуляции двигательного поведения (супрахиазматическое ядро → передняя часть перивентрикулярного ядра → боковая перегородка) не было известно, какие именно нейроны синхронизируют активность боковой перегородки (БП) с биологическими часами в супрахиазматическом ядре (СХЯ). Исследователи обнаружили, что клетки Th+/Dat1+ из переднего отдела перивентрикулярного ядра (ПВЯ) иннервируют БП у мышей. Эти дофаминовые нейроны получают плотную иннервацию от СХЯ.
Оказалось, что соматостатин-содержащие нейроны в БП и становятся предпочтительными мишенями для вне-гипоталамических эфферентов группы нейронов ПВЯ. Хемогенетические манипуляции с передними нейронами этой зоны in vivo оказали сильное влияние на двигательную активность мышей. И, более того, хемогенетическое подавление выработки дофамина из переднего отдела ПВЯ нормализовало вызванную амфетамином двигательную гиперактивность, особенно в периоды малоподвижного образа жизни.
Авторы полагают, что полученные ими новые данные о режимах модуляции циркадного ритма предлагают отправную точку для новых исследований функциональных эффектов стимуляторов. Идентифицировав рецепторы в БП, исследователи открыли возможность для разработки новых терапевтических подходов к лечению заболеваний, связанных с гиперактивностью или сдвигами в циркадной активности, которые иногда превращаются для людей в мучительную бессонницу.
Текст: Анна Удоратина
A hypothalamic dopamine locus for psychostimulant-induced hyperlocomotion in mice by Tibor Harkany et al. Nature Communications. Published: October 8, 2022.