Сон или его отсутствие может определять уровень когнитивной деятельности, связанный с несчастными случаями, а также повышенный риск серьезных проблем со здоровьем. Связь между уровнями клеточной энергии, транскрипцией генов и ритмами сна может помочь найти ответы на нарушения сна и пагубные последствия недосыпания.
Время и качество сна определяются гомеостатическим процессом, который компенсирует бессонницу и циркадный цикл, чтобы определить время суток, когда мы должны спать. Влияние даже незначительных несоответствий между этими двумя процессами, например, смены часовых поясов, указывает на то, что контроль сна является очень важной функцией для когнитивной деятельности и качества жизни.
Предыдущие исследования финансируемого ЕС «Редокс-потенциал как интерфейс между гомеостазом сна и циркадными ритмами» (Redoxsleepcircadian) участники проекта показали, что, хотя предполагается, что эти два цикла работают независимо, два основных гена часов работают вместе для гомеостатической регуляции сна и генерация циркадных ритмов. Не только это, но и CLOCK и NPAS2, гены основных часов, зависят от окислительно-восстановительного потенциала в клетках, что позволяет предположить, что два механизма сна связаны посредством клеточного метаболизма.
Целью недавно завершенного проекта Redoxsleepcircadian было понимание клеточных процессов, которые определяют нашу дневную работоспособность и качество сна. Вызывая циркадные ритмы в типе клеток соединительной ткани, фибробластах, ученые могли определить, были ли какие-либо сопутствующие окислительно-восстановительные изменения.
Используя генетические зонды окислительно-восстановительного потенциала вместе с системой покадровой визуализации, изменения окислительно-восстановительного потенциала были зарегистрированы в живых фибробластах. Любое увеличение транскрипционной активности часовых генов Per1 и Per2 во время лишения сна может указывать на дефицит энергии при длительном бодрствовании. Per 1 и Per 2 находятся под прямым контролем CLOCK и NPAS2.
Результаты показали, что Per2 регулирует индуцированные активностью и циркадные механизмы, важные для регуляции периодов сна и бодрствования. Более того, молекулярная обратная связь, лежащая в основе генерации циркадных ритмов, способна регулировать потребности в гомеостатическом сне.
Параллельно команда проекта также сосредоточилась на Per2 в мышах. Было обнаружено, что этот ген сна увеличивает экспрессию после депривации сна у грызунов. Ученые продемонстрировали, что у всех живых мышей повышен уровень продукции белка Per2 с разной динамикой в головном мозге. Это было особенно заметно в коре головного мозга, а также в печени и почках.
Интересно, что длительное время без сна влияет на экспрессию РНК Per2 посредством циркадных и нециркадных механизмов, что всегда приводит к увеличению белка Per2. Это говорит о том, что нет разделения между двумя циклами.
На недавнем закрытии проекта Redoxsleepcircadian продолжала исследовать роль главного циркадного водителя ритма, супрахиазматического ядра (SCN), крошечной области на средней линии мозга. Регулируя многие нейрональные и гормональные активности, SCN играет ключевую роль во взаимосвязи между генами часов, сном и бодрствованием.
Возможность контролировать ритмы сна может означать долгожданную отсрочку для пациентов с нарушениями сна. Смена часовых поясов и дезориентация из-за сменной работы для многих рабочих в мире также могут уйти в прошлое.