Ученые из Университета имени Бар-Илана и Междисциплинарного центра исследования мозга имени Гонды провели исследование, чтобы выяснить механизм наступления усталости и желания спать. Почему человек, как и животные, достаточно большую часть своего времени проводят во сне, а без сна не могут продержаться и двух суток?
Период бодрствования не может продолжаться долго, постепенно в клетках организма нарастает гомеостатическое давление, проявляющееся в виде усталости. Сон восстанавливает уровень клеточного давления. Как это происходит, ученые изучали на рыбках данио, а затем на лабораторных мышах. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Cell.
Во время бодрствования на организм воздействуют различные факторы, и в нейронах мозга накапливаются микроповреждения ДНК. Они могут возникать из-за воздействия ультрафиолетового света, окислительных процессов, радиации, ферментативных ошибок.
Так ученые с помощью облучения, фармпрепаратов и методов оптогенетики вызывали повреждение ДНК у рыбок данио. Наступил момент, когда накопление повреждений ДНК достигало критической отметки - гомеостатическое давление поднималось и рыба засыпала. Во время сна часть повреждений ДНК восстанавливалась, причем максимальное восстановление было достигнуто только после шести часов сна в ночное время, в соответствии с биоритмами. Когда рыбам сокращали продолжительность сна меньше шести часов, они засыпали даже днем. Так, в частности, объясняется связь между недостатком сна и нейродегенеративными заболеваниями.
Одним из первых на повреждения ДНК реагирует белок PARP1. Этот белок посылает в мозг сигнал, что надо спать, и он "отмечает" участки повреждения ДНК в клетках для устранения этих повреждений. Ученым удалось доказать, что в местах разрыва ДНК увеличивается концентрация белка PARP1, который присоединялся к поврежденным сегментам двойной спирали ДНК. Получается, именно во время сна клетки мозга чинят собственную ДНК.
Во время экспериментов ученые блокировали сигналы от белка мозгу - в этом случае рыбы не проявляли признаков усталости и не засыпали, но и ДНК у них не восстанавливалась. На следующем этапе ученые провели полученные результаты на мышах, и нашли подтверждение своим гипотезам.
Таким образом может работать механизм бодрствования и сна и у человека, считают ученые. Раскрытие этого механизма на молекулярном уровне поможет в лечении нарушений сна, а также нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Паркинсона и старческое слабоумие.