Для чего нужен сон и как организм понимает, что пора спать
Всем известен дневной цикл. Вы просыпаетесь отдохнувшим (при условии, что хорошо выспались), а затем в течение дня нарастает усталость, и в какой-то момент вам просто приходится снова уснуть. И чем дольше вы не спите, тем сильнее становится эта потребность. Эта усталость технически известна как гомеостатическое давление во сне.
Но каков действительный механизм этого давления? В предыдущей работе исследователи из Университета Бар-Илан обнаружили, что это связано с повреждением ДНК в нейронах. Этот ущерб может быть вызван нормальными биологическими процессами, а также факторами окружающей среды, такими как ультрафиолетовый свет или радиация. Механизмы восстановления организма постоянно работают, чтобы исправить повреждение, но они не могут сделать это достаточно быстро, пока мозг бодрствует. Их единственный шанс наверстать упущенное — это сон. Этот процесс команда сравнивает с рабочими, ремонтирующими выбоины на шоссе ночью, когда на дороге меньше машин.
В рамках недавнего исследования ученые более внимательно изучили этот процесс, чтобы выяснить, напрямую ли повреждение ДНК нейронов влияет на гомеостатическое давление. Команда использовала рыбок данио, мозг которых похож на наш, только организован проще. Исследователи вызывали повреждение ДНК в нейронах животных, используя химические вещества, радиацию и свет. Конечно же, когда повреждение достигало определенной точки, рыба засыпала. Во время сна была обнаружена более высокая активность белков, восстанавливающих ДНК, и команда выяснила, что если их разбудить рано (до того, как они поспали хотя бы шесть часов), повреждение ДНК сохранялось, и животные с большей вероятностью продолжали спать в светлое время суток.
Но самой интригующей находкой стала новая роль белка под названием PARP1. Ранее было известно, что он играет ключевую роль в системе восстановления ДНК, быстро реагируя на повреждения и регулируя другие компоненты, которые их исправляют. Таким образом, уровни PARP1 имеют тенденцию увеличиваться в течение дня и уменьшаться во время сна.
Чтобы проверить, активно ли PARP1 сигнализирует мозгу о том, что он засыпает, исследователи сверхэкспрессировали белок у рыбок данио и обнаружили, что он способствует сну и восстановлению ДНК. Верно и обратное: когда команда подавляла PARP1, рыбы не засыпали, и восстановление ДНК не происходило.
Исследователи продолжили изучение роли PARP1 у мышей, и, в результате, подавление его активности уменьшило продолжительность и качество их сна. Хотя известно, что PARP1 выполняет роль репарации ДНК у людей, в будущем необходимо будет провести исследования, чтобы выяснить, применим ли этот механизм к людям.
Ученые обнаружили, что белок, участвующий в восстановлении ДНК, сигнализирует мозгу, когда пора спать