Как известно, всем живым существам необходим сон. Но иногда нам хочется спать в совершенно неурочное время — например, днём на работе. Обычно это списывают на недостаток в организме витаминов, усталость от дел или пониженное давление. Однако недавно специалисты из Университета имени Бар-Илана и Междисциплинарного центра исследования мозга имени Гонды (Израиль) установили, что виной такому состоянию нарастание гомеостатического давления, являющееся следствием накопления повреждений ДНК. Выводы исследователей были опубликованы в журнале Molecular Cell.
О том, что рост гомеостатического давления приводит к усталости, учёным было известно уже давно. Так же, как и тот факт, что во время сна это давление снижается и мы просыпаемся, готовые начать цикл бодрствования. Но вот что заставляет уровень давления меняться? До недавнего времени это оставалось загадкой.
Учёные предположили, что в период бодрствования в мозговых нейронах накапливаются повреждения ДНК.
Сбои могут быть вызваны различными факторами —
и так далее.
Однако данный процесс обратим. Когда мы засыпаем, клетки мозга восстанавливают свои генетические структуры.
Авторы работы решили проверить эту теорию экспериментальным путём. Первыми подопытными стали рыбки породы данио, чей механизм сна напоминает человеческий.
Используя специальные методики, сочетающие облучение, применение фармацевтических препаратов и оптогенетику, исследователям удалось вызвать у них дефекты ДНК.
Выяснилось, что когда количество мутаций достигало критического уровня, резкий подъём гомеостатического давления приводил к засыпанию.
Спустя несколько часов сна ДНК нейронов мозга рыб частично восстанавливалась, но для полного восстановления требовалось не менее шести часов сна в ночное время, как и в случае с человеком. Если рыбкам искусственно сокращали продолжительность сна, они начинали засыпать даже днём.
На следующем этапе эксперты обнаружили, что в первую очередь на сбой в ДНК реагирует белок под названием PARP1. Сначала он посылает в мозг команду "спать", а затем фиксирует повреждённые участки ДНК и управляет процессом их восстановления.
При этом, когда учёные блокировали сигналы, посылаемые PARP1, подопытные рыбы так и не засыпали. Соответственно, их ДНК не восстанавливалась.
Те же результаты были получены при последующих опытах на грызунах. Далее, видимо, будут проведены испытания и непосредственно на людях.
Исследователи надеются, что понимание механизмов сна и бодрствования на уровне отдельных клеток поможет при борьбе с различными нарушениями сна, а также процессами старения и нейродегенеративными расстройствами, в частности болезнями Паркинсона и Альцгеймера, ведь их связывают именно с мутациями ДНК.