Dlaczego i tak śpimy? „Cena przebudzenia” jest wysoka, mówi badanie DNA

Ptaki to robią, pszczoły to robią, nawet wykształcone pchły to robią: nie, nie zakochują się, śpią. Jednak dokładnie czemu wszystkie zwierzęta z układem nerwowym wyewoluowały do ​​snu od dawna tajemnicą naukową. Sen na pewno świetnie się czuje, ale to nie ma sensu - dlaczego mielibyśmy spędzić jedną trzecią naszego życia zemdlonego?

W badaniu opublikowanym we wtorek Nature Communications, naukowcy twierdzą, że odkryli dlaczego na poziomie komórkowym.Wyjaśniają, że podstawową komórkową funkcją snu jest zwalczanie uszkodzeń neuronalnego DNA, które gromadzą się w czasie czuwania. Sen pozwala neuronom przeprowadzać wydajną konserwację DNA, która jest niezbędna dla zdrowego życia: naukowcy już wiedzą, że mniej snu oznacza większą podatność na lęk, frustrację i zły stan zdrowia, ale teraz są bliżej zrozumienia, dlaczego tak właśnie jest.

„Znaleźliśmy związek przyczynowo-skutkowy między snem, dynamiką chromosomów, aktywnością neuronów i uszkodzeniem DNA i naprawą o bezpośrednim znaczeniu fizjologicznym dla całego organizmu” - powiedział dr Lior Appelbaum, kierownik badań. „Sen daje możliwość zmniejszenia uszkodzeń DNA nagromadzonych w mózgu podczas czuwania”.

Applebaum i jego zespół zbadali, w jaki sposób sen jest powiązany z utrzymaniem jądra, badając jeden z najczęściej stosowanych organizmów modelowych do badań genetycznych i rozwojowych: danio pręgowany. Te przezroczyste danio pręgowane zostały zmodyfikowane genetycznie tak, że chromosomy w ich neuronach niosły kolorowe znaczniki chemiczne. Podczas gdy ryby były przytomne i spały, naukowcy obserwowali ruch DNA i białek jądrowych wewnątrz ryb za pomocą mikroskopu o wysokiej rozdzielczości, co można zobaczyć na powyższym filmie.

Byli świadkami, że kiedy ryby były przytomne, chromosomy były względnie nieaktywne, a połamane nici DNA gromadziły się w neuronach. Jednakże, kiedy ryby spały, chromosomy stały się bardziej aktywne, a nagromadzone uszkodzenia DNA zaczęły być naprawiane. Późniejsza analiza potwierdziła, że ​​w celu utrzymania utrzymania jądra, pojedyncze neurony potrzebują zwierzęcia, aby zasnąć.

Nagromadzenie uszkodzeń DNA, mówi Appelbaum, jest „ceną czuwania”. Podczas czuwania chromosomy są mniej aktywne, pozostawiając je podatne na uszkodzenia DNA spowodowane promieniowaniem, stresem oksydacyjnym i aktywnością neuronów. Sen uruchamia aktywność chromosomową i synchronizuje utrzymanie jądra w poszczególnych neuronach, umożliwiając naprawę mózgu, gdy nie jest używany w takim stopniu, w jakim jest w ciągu dnia.

„To jak dziury w drodze” - mówi Applebaum. „Drogi kumulują zużycie, zwłaszcza w godzinach szczytu w ciągu dnia, a najwygodniej i skuteczniej je naprawiać w nocy, gdy jest niewielki ruch”.

Anecdotally wiemy, że dobry sen może być regenerujący. Wygląda na to, że jest to także znakomita odbudowa mózgu, pozwalająca mu naturalnie naprawiać uszkodzenia dnia.

Abstrakcyjny:

Sen jest niezbędny dla wszystkich zwierząt z układem nerwowym. Niemniej jednak rdzeniowa komórkowa funkcja snu jest nieznana i nie ma konserwatywnego markera molekularnego, który mógłby określać sen w filogenezie. Obrazowanie poklatkowe markerów chromosomowych w pojedynczych komórkach żywego danio pręgowanego ujawniło, że sen zwiększa dynamikę chromosomów w poszczególnych neuronach, ale nie w dwóch innych typach komórek. Manipulacja snem, dynamika chromosomów, aktywność neuronalna i pęknięcia dwuniciowe DNA (DSB) wykazały, że dynamika chromosomów jest niska, a liczba DSB gromadzi się podczas czuwania. Z kolei sen zwiększa dynamikę chromosomów, które są niezbędne do zmniejszenia ilości DSB. Wyniki te ustalają dynamikę chromosomów jako potencjalnego markera definiującego pojedyncze komórki śpiące i proponują, że funkcją regenerującą snu jest utrzymanie jądra.