Активность нейронов сна усиливает экспрессию защитных генов и повышает выживаемость

Сон вызывает защитные изменения в экспрессии генов. Нарушение сна запускает стрессовый ответ, который также включает защитные гены. Было неясно, как именно сон или его лишение приводят к этим изменениям. Ученые под руководством профессора Хенрика Брингманна из Биотехнологического центра (BIOTEC) Дрезденского технического университета использовали червя C. elegans, чтобы показать, что защитная экспрессия генов во время сна контролируется активностью нейрона сна, а при депривации сна гиперактивация этого нейрона усиливает защитный процесс. Их результаты могут привести к смене парадигмы в понимании последствий недосыпания для экспрессии генов. Исследование опубликовано в журнале Current Biology 2 мая.

На молекулярном уровне сон индуцирует экспрессию генов, поддерживающих мозг и тело. Лишение сна активирует гены, запускающие стрессовый ответ и защищающие организм. Частью этого ответа является активация защитных генов так называемого FOXO-пути, который вовлечен в множество клеточных процессов, способствующих восстановлению, выживанию и долголетию.

"Чтобы вызвать сон, наш организм должен выключить бодрствование. Для этого существует особый набор нейронов сна. У людей их тысячи. C. elegans — прекрасная минимальная модель для изучения сна, потому что у него есть только один ключевой нейрон, индуцирующий сон", — говорит профессор Брингманн.

Всё дело в нейроне сна

Команда хотела проверить, как этот нейрон влияет на изменения экспрессии генов во время сна. "Нейроны сна активны во время сна и активируются еще сильнее при его лишении. Это может показаться нелогичным, но организм действует как гомеостат: если что-то выводит его из равновесия, он пытается компенсировать это, чтобы восстановить баланс. Нарушение сна заставляет организм все сильнее активировать нейроны сна, пытаясь заставить себя уснуть", — объясняет профессор Брингманн.

Команда создала две генетически модифицированные линии червей C. elegans: в одной нейрон сна был постоянно неактивен, в другой — постоянно активен. "Обе эти крайности приводили к потере сна. Это было экспериментальным преимуществом, так как мы смогли проверить, контролирует ли нейрон сна экспрессию генов независимо от самого сна", — говорит профессор Брингманн.

В результате ученые наблюдали, что экспрессия генов стрессового ответа и защиты снижалась, когда нейрон сна был выключен. Напротив, экспрессия этих генов увеличивалась, когда нейрон был постоянно активен. "Эти результаты показывают, что защитная экспрессия генов является функцией активности нейрона сна", — объясняет профессор Брингманн.

"Наши эксперименты позволяют предположить, что защитный ответ экспрессии генов, наблюдаемый при нарушении сна, вызван не самой потерей сна, а гиперактивацией нейрона сна", — говорит профессор Брингманн.

Уроки от червя

Результаты устанавливают неожиданную связь между активностью нейрона сна и экспрессией генов. Хотя они получены на C. elegans, они могут означать смену парадигмы в понимании последствий депривации сна и бессонницы у других животных.

"Известно, что нарушение сна вызывает гиперактивацию нейронов сна у многих животных, — добавляет профессор Брингманн. — Возможно, что активность нейронов сна контролирует стрессовый ответ и защитную, связанную с долголетием экспрессию генов также у других животных и, возможно, даже у людей".