Биологи определили несколько шагов сигнального пути, который регулирует глубину и продолжительность сна на уровне отдельных нейронов. Эксперименты на мышах показали, что сон можно контролировать, меняя активность одного-единственного фермента.
©Eddy Van 3000, Flickr
Сон волнует ученых с древнейших времен. Они до сих пор пробуют разобраться с тем, для чего он нужен, как устроен, как регулируется и влияет на состояние человека и животных. В новой работе команда из Университета Цукубы исследовала эти процессы на уровне отдельных генов и белков, которые регулируют их активность. Это позволило нащупать несколько ключевых звеньев в цепочке реакций, контролирующих длительность и глубину сна. Статья японских ученых опубликована в журнале Nature.
Группа профессора Хиромасы Фунато (Hiromasa Funato) изучила влияние различных мутаций на характер сна у подопытных мышей. Работа показала, что мутации, ведущие к снижению активности фермента гистондеацетилазы 4 (HDAC4), заставляли животных спать дольше и глубже, чем мыши с нормальным HDAC4. Этот белок участвует в регуляции работы множества генов, в числе которых, видимо, и те, что запускают в нейронах внутриклеточные механизмы, связанные со сном.
Снижение активности HDAC4 может вызываться присоединением фосфорной группы (фосфорилированием). При такой химической модификации молекулы HDAC4 выносятся из ядра клетки и не так заметно снижают активность ее генов. Это подтвердили дополнительные эксперименты. В них ученые модифицировали белок так, чтобы затруднять его фосфорилирование, либо блокировали работу другого фермента, SIK3, который проводит такую реакцию. Мыши с подобными изменениями действительно спали меньше обычного. И наоборот, при искусственном усилении фосфорилирования HDAC4 сон удлинялся, становился более глубоким и спокойным.
Ученые определили и следующий шаг этой цепочки. Белок LKB1, который, в свою очередь, регулирует работу SIK3, также влиял на характер сна у подопытных животных. «Наша работа показывает, что в клетках головного мозга действует сигнальный путь от LKB1 через SIK3 и затем к HDAC4, — говорит профессор Фунато. — Этот путь в итоге ведет к фосфорилированию HDAC4, что усиливает сон. Скорее всего, за счет того, что этот белок влияет на работу соответствующих генов».
Искусственно меняя количества SIK3 и HDAC4 в разных клетках мозга, биологи показали, что активность этих белков в коре больших полушарий определяет глубину сна, а в гипоталамусе — его продолжительность. По-видимому, эти ферменты влияют на возбуждающие нейроны: воздействуя на соответствующие гены, они подавляют их активность на время сна. Возможно, если ученым удастся лучше разобраться в работе этого сигнального пути, мы получим совершенно новые и более эффективные препараты для борьбы с нарушениями сна.
