Ген, регулирующий сон: открытие в астроцитах дрозофил

Циркадные ритмы — физические, психические и поведенческие изменения с 24-часовым циклом, регулируемые «главными часами» в мозге, — ключевой механизм, управляющий сном и бодрствованием у животных и человека.

Лаборатория профессора неврологии Роба Джексона более 30 лет изучает генетическую основу циркадных ритмов на модели плодовой мушки (Drosophila melanogaster), чьи циклы сна аналогичны человеческим.

Ключевая роль астроцитов

Ранее лаборатория Джексона первой выявила критическую роль астроцитов (глиальных клеток мозга) как важных регуляторов циркадных ритмов. Оказалось, что астроциты мушек выделяют сигнальные факторы для коммуникации с нейронами, регулируя поведение во сне.

Открытие гена Noktochor (NKT)

В новом исследовании, опубликованном в Current Biology, учёные сообщают об открытии гена Noktochor (NKT). Этот ген:

• Экспрессируется на высоком уровне в астроцитах дрозофил.
• Не требуется в процессе развития мушки, но необходим во взрослом мозге для поддержания здорового сна.
• При его отсутствии у мушек сокращается ночной сон, в то время как дневной сон остаётся нормальным.
• Требуется для нормального ночного сна как в астроцитах, так и (на низком уровне) в нейронах.

Мухи с недостатком NKT имеют короткие и частые эпизоды сна, что приводит к его фрагментации и нарушению консолидации.

Почему дрозофилы — хорошая модель для изучения сна?

• Свойства сна схожи с человеческими (реакция на депривацию, повышенный порог пробуждения).
• Клеточные типы (нейроны, астроциты) и нейронные цепи, регулирующие сон, похожи.
• Мишени для лекарств, влияющих на сон, схожи.
• Геном мал, управляем, и большинство генов имеют человеческие аналоги.

Механизм и значение для здоровья

Точный механизм действия NKT пока не полностью ясен. Известно, что белок NKT секретируется клетками для стимуляции сна. Предполагается, что он действует как механизм коммуникации для активации нейронов, регулирующих сон, возможно, через ингибирование их активности.

Нарушение циркадных ритмов или сна может привести к серьёзным последствиям: ожирению, риску сердечно-сосудистых событий, когнитивным нарушениям и расстройствам настроения.

Хотя у человека нет гена NKT, схожие механизмы коммуникации астроцитов с нейронами существуют, и человеческие астроциты также регулируют сон и циркадное поведение. Таким образом, работа имеет прямые последствия для понимания этих механизмов и последствий их нарушения для здоровья.

Следующие шаги

Учёные планируют выяснить, какие именно нейроны активируются секрецией NKT из астроцитов, используя генетические и визуализационные методы (конфокальную микроскопию).