Генетические скрининги выявили три гена периферических тканей, которые регулируют сон. Что это означает для исследований сна?
Все знают о важности хорошего ночного сна. Исследователи также показали пагубное влияние длительного лишения сна на здоровье человека. Поскольку основным индикатором сна является потеря сознания, а многие негативные последствия недостатка сна связаны с мозгом, исследователи сна, естественно, сосредоточили внимание на нейронах для изучения регуляции сна.
Новая работа ученых перевернула исследование сна с ног на голову. Исследователи из Токийского университета и Университета Цукуба сообщили о трех ключевых генах, которые имеют решающее значение для регуляции сна — не в мозгу, а в периферических тканях. Полученные данные показывают, что сон полностью зависит от белкового гомеостаза: стресс эндоплазматического ретикулума (ЭР) и подавление биосинтеза белка в периферических тканях запускают пути, вызывающие сон.
«Долгое время исследователи сосредоточивались на изучении сна в мозгу, но мы обнаружили, что периферические ткани действительно просят мозг спать», — сказал Ю Хаяши, нейробиолог из Токийского университета и соавтор исследования.
Учитывая, что длительное бодрствование приводит к более продолжительному и глубокому сну, Хаяши предположил, что в организме должны накапливаться способствующие сну вещества во время бодрствования.
Чтобы проверить свою гипотезу, команда Хаяши выбрала простую в обращении модель организма с известными моделями сна, привязанными к возрасту развития: Caenorhabditis elegans.
Тайдзо Кавано, исследователь сна из Университета Цукуба и соавтор исследования, создал сотни случайных мутаций и наблюдал, как они влияют на сон червей. Кавано обнаружил, что мутации в трех генах заставляют червей спать значительно дольше, чем обычно.
Две из мутаций, которые идентифицировали Кавано и его команда, были в sel-1 и sel-11, которые участвуют в деградации белков с неправильной укладкой в ER. У мутировавших червей наблюдалось накопление белка по пути реакции развернутого белка (UPR) и последующий стресс ER.
Команда также идентифицировала третий ген, влияющий на характер сна червей, метионил-тРНК-синтетазу (mars-1), которая имеет решающее значение для этапов инициации трансляции и элонгации биосинтеза белка. Команда заметила, что у мутантов mars-1 глобальная трансляция была подавлена, что привело к увеличению сна у червей.
Поскольку недостаток сна вызывает стресс ER 6 и нарушает синтез белка 7, Кавано и его коллеги полагают, что организмы справляются со стрессом ER в периферических тканях, сигнализируя мозгу о необходимости сна.
Затем команда использовала тканеспецифические промоторы, чтобы восстановить экспрессию этих генов в различных частях тела, и обнаружила, что экспрессия в эпидермисе червей восстанавливает нормальный фенотип сна. Получив эти результаты, исследователи впервые подтвердили, что эти три гена участвуют в регуляции сна и функционируют специфически в периферических тканях, при этом передача сигналов нейронами происходит ниже по течению от этих путей.
Наконец, команда провела эксперименты на мышах, чтобы подтвердить, что та же функция сохраняется и у млекопитающих. Как фармакологическое, так и генетическое ингибирование тех же самых генов и путей увеличивало продолжительность сна у мышей.
Хаяши надеется, что это исследование положит начало новой эре изучения сна, в которой основное внимание будет уделяться телу, а не мозгу.
Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках»