Исследование сна показывает, что белок восстановления ДНК сообщает, когда пора спать

Сон — важная биологическая фаза, но почему именно он нам нужен, остается загадкой. Теперь исследование раскрыло новую часть головоломки, обнаружив, что белок, участвующий в восстановлении ДНК, сигнализирует мозгу, когда пора спать.

Всем известен дневной цикл. Вы просыпаетесь отдохнувшим (при условии, что вы хорошо выспались), а затем в течение дня нарастает усталость, и вы начинаете хотеть спать. И чем дольше вы не спите, тем сильнее становится эта потребность. Эта усталость технически известна как гомеостатическое давление.

Но каков действительный механизм этого давления? В предыдущей работе исследователи из Университета Бар-Илан обнаружили, что это связано с повреждением ДНК в нейронах. Эти повреждения могут быть вызваны 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 во время сна — процесс, который ученые сравнивают с рабочими, ремонтирующими выбоины на дороге ночью, когда на дорогах меньше машин.

В рамках нового исследования ученые более внимательно изучили этот процесс, чтобы выяснить, напрямую ли повреждение ДНК нейронов влияет на гомеостатическое давление. Команда исследователей использовала рыбок данио, мозг которых похож на наш, только проще. Они вызывали повреждение ДНК в нейронах рыб, используя химические вещества, излучение и свет, и, конечно же, когда повреждение достигало определенной точки, рыбы засыпали.

Во время сна была обнаружена более высокая активность белков, восстанавливающих ДНК, и команда ученых обнаружила, что если их разбудить слишком рано — до того, как они поспали шесть часов, — повреждение ДНК сохранялось, и животные с большей вероятностью могли спать в светлое время суток.

Но самой интригующей находкой стала новая роль белка под названием PARP1. Уже 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 надо засыпать, исследователи экспрессировали белок у рыбок данио и обнаружили, что он способствует сну и восстановлению ДНК. Верно и обратное: когда ученые подавляли PARP1, рыбы не засыпали и восстановление ДНК не происходило.

Исследователи продолжили изучение роли PARP1 у мышей, и, как ожидалось, 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 и к людям.

Исследование было опубликовано в журнале Molecular Cell.