Человеческий сон зависит от двух основных факторов. Первым являются циркадные ритмы, определяющие работу организма в течение суток. Второй – это гомеостатическое «давление сна». Звучит вроде бы сложно, но на самом деле обозначает интуитивно понятный процесс: потребность во сне увеличивается по мере бодрствования и снижается, когда мы спим. То есть, по сути, циркадные ритмы определяют время сна, а желание погрузиться в это состояние в большей степени зависит от второго из названных факторов. Ученые, однако, до сих пор не очень хорошо понимают, что движет давлением сна. В этой связи они обратили внимание на процессы, работающие по той же самой схеме. Это, например, объем повреждений клеточной ДНК, который также увеличивается во время бодрствования и уменьшается, когда организм отдыхает.
Клеточная ДНК в течение дня накапливает повреждения. Как яркий пример здесь можно привести частички кожи, разрушающиеся под воздействием ультрафиолетового излучения. В конечном итоге пагубное влияние внешних и внутренних факторов может вызвать мутации и гибель клеток. Большинство ошибок ДНК устраняются по мере возникновения, однако в случае с нейронами ремонт начинается лишь после того как человек заснет. Это означает, что в нервных клетках во время бодрствования повреждения накапливаются.
Осознание последнего факта позволило израильским ученым выдвинуть предположение, что накопление поврежденной ДНК в мозге увеличивает давление сна и заставляет нас чувствовать усталость. Они проверили гипотезу на рыбках данио-рерио (дамский чулок), так как нервная система этих существ похожа на человеческую, и регуляция сна у них происходит точно так же, как у нас. Исследователи специально повреждали ДНК нейронов, и заметили в результате, что рыбки быстрее погружались в сон и спали дольше обычного. Чем более весомым был ущерб, тем позже просыпались данио-рерио. Режим их сна также восстанавливался только после возвращения в норму состояния ДНК.
Затем ученые попытались выяснить, повреждение каких именно элементов погружает в сон рыбу. Их внимание привлек белок PARP-1, который обнаруживает места разрушений ДНК и помечает их для запуска процесса восстановления. Оказалось, что уровень этого протеина повышается в нейронах в течение дня параллельно с накоплением повреждений ДНК, после чего снижается ночью по мере устранения разрухи. Помимо этого, ученые лишали рыбок сна. В ходе этого эксперимента обнаружилось увеличение концентрации PARP-1 выше обычного уровня.
Наконец, исследователи искусственно увеличили объем PARP-1 в клетках данио-рерио. Результат? Те начали больше времени уделять сну. И, наоборот, когда они заблокировали белок, рыбки стали меньше спать. В наивысшей степени это коснулось конца светового дня и всей ночи, то есть того времени, когда давление сна является самым высоким. Создавалось полное впечатление, что рыбки попросту не чувствуют усталости. Естественно, никто не берется утверждать, что механизмы сна у человека и данио-рерио идентичны и работают по одним и тем же принципам. Но, как кажется, открытие, о котором вы узнали сегодня, является отличной отправной точкой для понимания того, каким образом повреждение ДНК и нарушения сна влияют на такие, например, вещи, как нейродегенеративные заболевания и старение. Что ж, будем ждать дальнейших новостей на эту тему.
