Новое исследование, проведенное учеными из Исследовательского центра сна и работоспособности Университета штата Вашингтон, подтверждает, что звездообразные клетки мозга, называемые астроцитами, играют важную роль во сне. Их исследование, опубликованное сегодня в PLOS Genetics, показывает, что астроциты взаимодействуют с нейронами, чтобы регулировать время сна у плодовых мушек, и предполагает, что это может делать то же самое у млекопитающих, включая человека.
Это исследование открыло новые возможности для понимания того, как сон работает в мозгу, что в конечном итоге может помочь ученым ответить на неуловимый вопрос о том, почему мы спим.
"Мы проводим около трети своей жизни во сне, и все же мы не знаем, почему," сказал Уильям Вандерхейден, первый автор исследования и доцент исследовательского центра Elson S. Медицинский колледж Флойда. "В нашей работе плодовая мушка используется в качестве инструмента для определения механизмов регуляции сна, которые могут быть сохранены у разных видов – от плодовых мух до людей, – чтобы когда-нибудь мы могли понять функцию и процесс сна и могли бы разработать методы лечения, облегчающие это бремя. потери сна."
До недавнего времени астроциты – тип глиальных клеток, которые окружают нейроны, те энергетические клетки, которые передают нервные сигналы между мозгом и телом, – в значительной степени игнорировались учеными, которые считали глиальные клетки простым "клей" что скрепляет мозг. Однако недавние открытия ученых WSU и других ученых показали, что астроциты более активны, чем кажется, и могут каким-то образом участвовать в регуляции сна.
В своем исследовании команда WSU объединила эту идею с недавними знаниями о TNF-альфа, белке, участвующем в воспалении, который, как было показано, играет важную роль в регуляции сна у людей и других млекопитающих. Они использовали плодовых мушек, потому что их короткая продолжительность жизни и их генетический состав, который удивительно похож на человеческий, делают их особенно мощным инструментом для изучения генетики.
"У плодовых мушек есть молекула, очень похожая на TNF-альфа, которая называется Эйгером, а рецептор, с которым она связывается, называется Венген," Вандерхейден сказал. "В ходе этого исследования мы попытались выявить механизмы, с помощью которых Эйгер и Венген могли регулировать сон плодовой мухи."
Во-первых, они вывели поколение мух, у которых ген, контролирующий Эйгера, был выключен. В целом эти мухи спали меньше, и их сон был более фрагментированным. Впоследствии они дополнительно манипулировали мухами, так что Эйгер был отключен в определенных типах клеток мозга – либо астроцитах, либо нейронах. Они наблюдали аналогичное сокращение сна у мух с выключенным Эйгером в астроцитах, тогда как продолжительность сна у мух с выключенным Эйгером в нейронах не изменилась. Это предполагает, что Эйгер способствует регулированию времени сна способом, который зависит от передачи сигналов астроцитов, сказал Вандерхейден.
Затем они ввели человеческий TNF-альфа как мухам дикого типа, так и мутантам Эйгера и обнаружили, что в обеих группах мух он увеличивает сон, как это было ранее показано у млекопитающих.
Наконец, они провели эксперимент, в котором они отключили Венген – рецептор Эйгера – либо в астроцитах, либо в нейронах, и измерили время сна у этих мух после 12 часов лишения сна, что обычно приводит к увеличению продолжительности сна, известному как возвратный сон. Не было изменений во времени сна у мух, у которых был выключен рецептор Венгена в астроцитах, по сравнению с контрольными мухами. Однако у мух с выключенным Wengen в нейронах наблюдалось значительное снижение восстановления сна. Более того, введение человеческого TNF-альфа мухам, у которых в нейронах был отключен Венген, не увеличивало сон.
"Это говорит о том, что этот сигнал от Эйгера идет от астроцитов к нейронам, чтобы засыпать, что является новым открытием," сказал Джейсон Герстнер, доцент исследовательского центра Elson S. Флойд Медицинский колледж и старший автор. "Это порождает новую гипотезу о том, как мы думаем, что сон может регулироваться у животных более высокого порядка, включая людей."
Затем Вандерхейден и Герстнер планируют перенести свою гипотезу на млекопитающих, изучив, регулирует ли один и тот же путь от астроцитов к нейронам сон у грызунов. Они также заинтересованы в изучении этого пути на модели болезни Альцгеймера у плодовых мушек, которая связана как с потерей сна, так и с астроглиозом, аномальным увеличением числа астроцитов, вызванным разрушением соседних нейронов.