Jak jeden mozkový signál zapne a vypíná spánek

Lidé tráví asi třetinu svého života spící. Přesto je překvapivě málo známo o tom, jak naše mozky kontrolují usínání a probuzení. Nyní, vědci vedení prof. Henrikem Bringmannem v Biotechnologickém centru (Biotec) z technologické univerzity Tud Dresden objevili další kus této hádanky. Tým ukázal, že jediný mozkový signál působí jako biologický spínač – oba vyvolávají spánek a ukončují jej.

Jejich zjištění, Publikováno v časopise Současná biologieByly umožněny studiem malého kulatého rolku, C. elegans, silného modelového organismu v biologii.

„Je opravdu důležité být schopen usnout, ale stejně důležité se také probudit,“ říká Prof. Bringmann, vedoucí výzkumné skupiny v Bioteku, který vedl studii.

„Víme, že usínání a probuzení je ovládáno zvláštní sadou mozkové buňkynazývá se spánkové neurony. Nevíme však, jak přesně ovládají downstream molekulární dráhy, aby nás přiměly usnout a znovu se probudit. “

Skupina Bringmann se obrátila na C. elegans, aby odpověděla na tyto otázky. Na rozdíl od lidí, kteří mají tisíce spánkových neuronů, které kontrolují spánek, potřebuje C. elegans k této práci jen jeden neuron. Tato jednoduchost z něj dělá perfektní modelový organismus pro studium hlavní molekulární dráhy kontrolující spánek.

Tento výzkum vrhá světlo na jednu ze základních otázek v biologii: jak organismy regulují spánek a bdělost. Pochopením základních molekulárních strojů za spánkem mohou vědci lépe porozumět Poruchy spánku jako je narkolepsie a nespavost, které mají velký dopad na kvalitu života.

Zjištění také přispívají k rostoucímu množství důkazů, že i jednoduché modelové organismy mohou odhalit základní mechanismy, které řídí život.

Jedna molekula, dvě úlohy

Tým se zaměřil na a Chemical Messenger nazývá se FLP-11. Když se aktivuje spánek, uvolňuje FLP-11. Takové chemické posly pracují jako molekulární „poznámky“, které jsou předávány mezi mozkovými buňkami, aby poskytovaly různé příkazy. „Věděli jsme, že FLP-11 je nezbytný pro spaní, ale nevěděli jsme, jakou zprávu přináší a komu,“ vysvětluje Prof. Bringmann.

Přes Genetický screeningVědci identifikovali klíčový receptor nazývaný DMSR-1, který se FLP-11 váže na doručení své zprávy. Pokud tento receptor chyběl v mozku, vědci pozorovali, že červi spali výrazně méně. Ukázalo se, že DMSR-1 je přítomen v různých typech neuronů. V závislosti na tom, který neuron obdržel zprávu, byly výsledky dramaticky odlišné.

„Zjistili jsme, že FLP-11 aktivuje receptory DMSR-1 ve dvou zcela odlišných typech neuronů,“ říká Lorenzo Rossi, Ph.D. Student, který provedl experimenty v laboratoři Prof. Bringmann.

„Zjistili jsme, že receptor je přítomný v neuronech, které podporují bdělost. Když se aktivován FLP-11, receptor vypne neurony bdělosti. To zase pomáhá červu usnout. Na druhou stranu je receptor také přítomen v samotném spánkovém neuronu. Zde se také vypne, což nakonec vykresluje zvíře zpět,“ vysvětluje Lorenzo Rossi.

Jinými slovy, stejná chemická látka, která dává červ ke spánku, také pomáhá ho znovu probudit, jednoduše zacílením na různé buňky v mozku. „Je to účinný mechanismus, který řídí začátek spánku a zároveň udržuje jeho trvání pod kontrolou,“ dodává Prof. Bringmann.

Univerzální princip?

„Na rozdíl od lidí má C. elegans mnohem kratší fáze spánku, které trvají jen asi 20 minut. Spánek je však takovým základním biologickým procesem, že mnoho molekul a mechanismů zapojených do spánku je sdíleno napříč druhy,“ říká Prof. Bringmann.

„Ještě nevíme, zda u lidí existuje stejný spínač spánku, ale poskytuje slibné vodítko při hledání mechanismů, které ovládají spánek u našeho druhu.“