Badania nad glistami ujawniają sekrety snu
Po wyczerpującym lub stresującym dniu nie ma nic lepszego od dobrej drzemki, która pomoże w regeneracji psychicznej i fizycznej. „Uważamy, że sen jest niezbędny człowiekowi, ponieważ ten stan fizjologiczny występuje u wszystkich zwierząt, które mają układ nerwowy”, tłumaczy koordynator projektu SLEEPCONTROL, Henrik Bringmann z Drezdeńskiego Uniwersytetu Technologicznego w Niemczech. „Nie znamy zwierzęcia, które ma układ nerwowy, a jednocześnie nie sypia”. U wszystkich gatunków za kontrolę snu odpowiadają wyspecjalizowane neurony, które są aktywowane w tym stanie. Są to tak zwane neurony aktywne podczas snu. Choć o ich istnieniu wiadomo od dziesiątek lat, wciąż nie udało się ustalić ich funkcji ani mechanizmów, które kontrolują ich działanie na poziomie molekularnym. Częściowo ma to związek z trudnościami wynikającymi z badania podłoża genetycznego snu.
Odpowiedni model zwierzęcy
„Wiele cech snu nie jest specyficznych”, wyjaśnia Bringmann. „Dla przykładu, zmutowana mysz, która cierpi na zaburzenia snu może mieć defekt w obrębie systemu kontroli snu, ale równie dobrze problem może dotyczyć układu pobudzenia, a samo zwierzę może być zwyczajnie zestresowane”. Kolejne wyzwanie stanowi przekonanie, że brak snu może skutkować śmiercią badanych zwierząt. Badania laboratoryjne przeprowadzone przez Bringmanna przyniosły w tym zakresie znaczne postępy. Okazało się, że sen glist był uzależniony od pojedynczego neuronu aktywnego podczas snu o nazwie RIS. Ponadto zidentyfikowano mutanty glisty, u których brak snu nie prowadził do śmierci. „Neuron RIS jest bardzo podobny do ludzkich neuronów aktywnych podczas snu”, zauważa Bringmann. „Usunięcie tego neuronu eliminuje sen. W efekcie otrzymujemy uproszczony system neuronu aktywnego podczas snu, znajdujący się ponadto w bardzo praktycznym modelu zwierzęcym”.
Mechanizmy snu
Celem projektu SLEEPCONTROL realizowanego dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Badan Naukowych było wykorzystanie tego modelu zwierzęcego i zbadanie za jego pomocą działania neuronu RIS na poziomie molekularnym. Aby zrealizować ten cel, badacze przeprowadzili analizę genetyczną zwierząt, których geny związane ze snem zostały uprzednio zmutowane. Następnie wykonali badania obrazowe aktywności neuronalnej, która była odpowiednio manipulowana. „Odkryliśmy trzy mechanizmy, za pomocą których jest aktywowany neuron snu RIS”, mówi badacz. „Wykazaliśmy, że pod wpływem stresu wywołanego wysoką temperaturą naskórkowy czynnik wzrostu, EGF aktywuje neuron RIS bezpośrednio oraz za pośrednictwem drugiego neuronu. Dlatego, kiedy komórki organizmu poddawane są stresowi wywołanemu wysoką temperaturą, długość snu ulega wydłużeniu”. Zespół projektu zidentyfikował ponadto geny przeciwstarzeniowe, które aktywują RIS w okresach niedoboru pokarmu, pomagając w przetrwaniu. „Dowiedliśmy również, że uraz skóry powoduje uwalnianie peptydów przeciwbakteryjnych”, mówi Bringmann. „Przedostają się one do układu nerwowego, by aktywować RIS i wywołać uczucie senności, co pomaga zwierzęciu w przetrwaniu urazu”.
Leczenie zaburzeń snu
Badacze rozpoznali ponadto białko o nazwie AP2, które jest niezbędne do aktywowania neuronu RIS i które w modelach mysich odpowiadało za kontrolę snu. Prace wykonane w ramach projektu SLEEPCONTROL na modelach glist mogą okazać się istotne dla zrozumienia mechanizmów snu ssaków, w tym ludzi. „Dzięki aktywowaniu szlaków genetycznych promujących sen powinniśmy móc opracować sposoby leczenia zaburzeń snu u ludzi”, przekonuje badacz. Realizacja tego celu będzie jednak wymagała czasu. Sen ssaków jest o wiele bardziej złożonym zjawiskiem niż sen glist. Jest też o wiele trudniejszy do zbadania. Jednak dzięki temu modelowi zwierzęcemu wiemy, w jakim kierunku powinniśmy podążać”. Bringmann zamierza kontynuować swoje badania, aby lepiej zrozumieć podstawowe zasady i mechanizmy kontroli snu u glist. Wyniki tych badań pomogą w sformułowaniu hipotez, które następnie będzie można przełożyć i zweryfikować na modelach mysich. „Ostatnim krokiem będzie wykorzystanie wniosków z badań do zbadania i zrozumienia mechanizmów występujących u ludzi, co pozwoli nam na lepsze zrozumienie ludzkiego snu i jego zaburzeń oraz przyczyni się do opracowania metod leczenia zaburzeń snu”, podsumowuje Bringmann. „Z pewnością będzie to wymagało skoordynowanego wysiłku wielu laboratoriów”.
Słowa kluczowe
SLEEPCONTROL, spanie, sen, neurony, RIS, genetyczny, AP2, metody leczenia