Исследователи определили первые два основных гена, которые регулируют продолжительность глубокого сна и сновидений, и это ключевое событие, по их мнению, приведет к открытию сети связанных генов, контролирующих сон.
Исследование Питера О’Доннелла-младшего. Институт мозга демонстрирует на мышах, что один ген контролирует продолжительность сна без быстрого сна (быстрое движение глаз), которое включает глубокий сон. Второй ген контролирует количество или потребность в быстром сне, связанном с яркими сновидениями. Полученные данные представляют собой важную молекулярную отправную точку для объяснения того, как работает сон, и для определения потенциальных целей для лучшего лечения расстройств сна.
"Это исследование – только начало. Мы считаем, что эти два гена – первые из многих, регулирующих сон," сказал соавтор исследования доктор. Джозеф С. Такахаши, председатель отдела неврологии Института мозга О’Доннелла в Юго-западном медицинском центре Юго-Западного медицинского центра и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.
Предыдущие исследования выявили гены, которые регулируют переключение между бодрствованием и сном. Но до этого последнего исследования в Nature ученые не знали, какие механизмы контролируют влечение или потребность в медленном сне, а также количество быстрого сна.
Чтобы выяснить это, исследователи использовали метод прямой генетики, в котором они проверили нарушения сна у 8000 мышей, используя электроэнцефалогию (ЭЭГ) для мониторинга мозговых волн. Они обнаружили две примечательные родословные:
Исследователи ввели эти же мутации в нормальных мышей и увидели, что их поведение во сне соответствующим образом изменилось.
"Мы надеемся, что это входная дверь в черный ящик, которая объясняет, как регулируется наш сон," сказал старший соавтор д-р. Масаси Янагисава, адъюнкт-профессор молекулярной генетики в Юго-Западном Университете штата Вашингтон и бывший исследователь HHMI. Сейчас он руководит Международным институтом интегративной медицины сна (IIIS) в Университете Цукуба в Японии, где было проведено обследование большинства мышей.
Нормальный режим сна включает короткие периоды быстрого сна, окруженные более длительными периодами медленного сна, и составляет около четверти ночного отдыха у большинства молодых людей. Многие формы нарушения сна искажают эти закономерности. Поскольку гены Sik3 и Nalcn были только что идентифицированы, пока нет доказательств, чтобы напрямую связать их с известными нарушениями сна у людей.
Однако, хотя роль и важность быстрого сна остается предметом споров, многие ученые согласны с тем, что эта стадия отдыха участвует в формировании эмоциональных воспоминаний и преодолении негативных переживаний. Таким образом, недостаток быстрого сна может способствовать возникновению таких состояний, как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР).
"По крайней мере теоретически, это исследование открывает в будущем возможности для создания новых препаратов, регулирующих сон, но это произойдет в далеком будущем," сказал доктор. Янагисава, отметив, что белки, производимые Sik3 и Nalcn, могут быть молекулярными мишенями для новых лекарств.
Доктор. Такахаши использовал генетический подход два десятилетия назад, чтобы сделать знаменательное открытие гена Clock, который регулирует биологические часы организма. Это открытие привело его команду к открытию сети из более чем 20 других родственных генов.
Доктор. Такахаши сказал, что он ожидает, что скрининг генов сна приведет к появлению большего количества генов, возможно, сформируя гораздо большую группу, чем гены часов, потому что сон влияет на большее количество частей мозга.
Что неясно, так это то, насколько большую роль играют другие гены в этой сети в регуляции сна. Лаборатория Такахаши обнаружила, что только несколько генов часов играют решающую роль в более крупной сети.
"Если то же самое верно и для сна, это будет упрощающее и проливающее свет открытие," сказал доктор. Такахаши, обладатель Loyd B. Заслуженный председатель кафедры неврологии Сэндса, лауреат премии Питера Фаррелла в области медицины сна в 2016 г.
Доктор. Такахаши сказал, что он хотел провести такой генетический скрининг на мутантов сна в течение многих лет, но ему пришлось преодолеть логистические проблемы, чтобы провести крупномасштабные усилия. В большинстве исследований на мышах участвует не более нескольких десятков животных, но доктор. Янагисава быстро расширил и оптимизировал возможности своей лаборатории по скринингу большого количества мышей сначала в Юго-Западном Юго-Западном университете, а теперь в своем институте в Японии.
"Просматривать 8000 мышей – это то, что большинство людей сочло бы слишком трудоемким," сказал доктор. Такахаши, объясняя, что каждая мышь должна была быть хирургическим путем подключена к показаниям ЭЭГ, среди других шагов. "Технически этот проект был очень сложным."