Prečo spíme? "Cena bdelosti" je vysoká, hovorí štúdia DNA

Vtáky to robia, včely to robia, dokonca aj vzdelané blchy to robia: Nie, nezaujímajú sa, spia. Presne prečo všetky zvieratá s nervovým systémom sa vyvinuli na spánok boli dlhoročným vedeckým tajomstvom. Slumber sa určite cíti skvele, ale nemá to zmysel - prečo by sme mali stráviť tretinu našich životov?

V štúdii zverejnenej v utorok v Komunikácia s prírodou vedci tvrdia, že na bunkovej úrovni zistili, prečo.Vysvetľujú, že hlavnou bunkovou funkciou spánku je boj proti poškodeniu neuronálnej DNA, ktoré sa akumuluje počas bdelosti. Režim spánku umožňuje neurónom vykonávať účinnú údržbu DNA, ktorá je nevyhnutná pre zdravý život: vedci už vedia, že menej spánku znamená väčšiu zraniteľnosť voči úzkosti, frustrácii a zlému zdraviu, ale teraz sú bližšie k pochopeniu, prečo je to tak.

"Zistili sme príčinnú súvislosť medzi spánkom, dynamikou chromozómov, neurónovou aktivitou a poškodením DNA a opravou s priamym fyziologickým významom pre celý organizmus," uviedol vedúci štúdie Lior Appelbaum, Ph.D. „Spánok poskytuje príležitosť na zníženie poškodenia DNA nahromadeného v mozgu počas bdelosti.“

Applebaum a jeho tím skúmali, ako je spánok spojený s jadrovou údržbou skúmaním jedného z najčastejšie používaných modelových organizmov pre genetické a vývojové štúdie: zebrafish. Tieto transparentné zebrafish boli geneticky upravené tak, aby chromozómy v ich neurónoch niesli farebné chemické značky. Zatiaľ čo ryby boli hore a spali, vedci pozorovali pohyb DNA a jadrových proteínov vo vnútri rýb pomocou mikroskopu s vysokým rozlíšením, ktorý je viditeľný na videu uvedenom vyššie.

Boli svedkami toho, že keď boli ryby hore, chromozómy boli relatívne neaktívne a v neurónoch sa nahromadili zlomené DNA. Keď však ryby spali, chromozómy sa stali aktívnejšími a poškodenie DNA, ktoré sa nahromadilo, sa začalo opravovať. Následná analýza potvrdila, že na vykonanie jadrovej údržby jednotliví neuróny potrebujú zviera na spanie.

Akumulovanie poškodenia DNA, hovorí Appelbaum, je „cena bdelosti“. Počas bdelosti sú chromozómy menej aktívne a zanechávajú ich zraniteľné voči poškodeniu DNA spôsobenému žiarením, oxidačným stresom a neurónovou aktivitou. Spánok spúšťa chromozomálnu aktivitu a synchronizuje jadrovú údržbu v rámci jednotlivých neurónov, čo umožňuje opraviť mozog, kým sa nepoužíva v takom rozsahu, v akom je počas dňa.

"Je to ako výmole na ceste," hovorí Applebaum. „Cesty hromadia opotrebovanie, a to najmä počas dennej špičky, a je najpohodlnejšie a najúčinnejšie ich opraviť v noci, keď je svetlá prevádzka.“

Aneckoticky vieme, že dobrý nočný spánok môže byť obnovujúci. Teraz sa zdá, že je kvantifikovateľne aj pre mozog, čo mu umožňuje prirodzene opraviť poškodenie dňa.

abstrakt:

Spánok je nevyhnutný pre všetky zvieratá s nervovým systémom. Avšak jadrová bunková funkcia spánku nie je známa a neexistuje žiadny konzervatívny molekulárny marker na definovanie spánku naprieč fylogenézou. Časozberné zobrazovanie chromozomálnych markerov v jednotlivých bunkách živých zebrafish odhalilo, že spánok zvyšuje dynamiku chromozómov v jednotlivých neurónoch, ale nie v dvoch ďalších typoch buniek. Manipulácia spánku, dynamika chromozómov, neuronálna aktivita a DNA dvojvláknové zlomy (DSB) ukázali, že dynamika chromozómov je nízka a počet DSB sa akumuluje počas bdelosti. Spánok naopak zvyšuje dynamiku chromozómov, ktoré sú potrebné na zníženie množstva DSB. Tieto výsledky určujú dynamiku chromozómov ako potenciálny marker na definovanie jednotlivých spiacich buniek a navrhujú, aby regeneračná funkcia spánku bola jadrová údržba.