Исследователи из Токийского университета и RIKEN определили семь генов, ответственных за то, что мышей бодрствуют или засыпают, на основе теоретической модели сна и экспериментов с использованием 21 различных генетически модифицированных мышей, некоторые из которых показали различную продолжительность сна. Исследователи надеются, что их исследования будут способствовать пониманию и лечению нарушений сна и связанных с ними нейродегенеративных заболеваний.
Все животные спят разное время. У людей продолжительность сна меняется на протяжении всей жизни, постепенно сокращаясь от рождения до старости. Тело млекопитающего, похоже, использует время, проведенное во сне, для восстановления от последствий повседневной жизни, таких как удаление продуктов жизнедеятельности из мозга и восстановление иммунной системы, и может использовать это время для обработки переживаний и создания долгосрочных воспоминаний. Однако фундаментальные причины сна и механизмы, с помощью которых регулируется продолжительность сна, остаются в значительной степени неизвестными.
Профессор Хироки Уэда и его исследовательская группа из Высшей школы медицины Токийского университета и Центра количественной биологии RIKEN разработали вычислительную модель сна, на основе которой они предсказали, что продолжительность сна регулируется кальцием, и определили несколько генов, которые потенциально могут быть задействованы. Затем исследовательская группа проверила свои прогнозы на 21 различном генетически модифицированном типе мышей, чтобы выявить, что механизм, регулируемый ионами кальция, действительно отвечает за контроль продолжительности сна.
Исследовательская группа применила эффективный тип метода CRISPR, разработанный в более ранних исследованиях, для удаления генов, участвующих в регуляции кальция, для создания 21 генетически модифицированной мыши. Семь из 21 показали значительные изменения продолжительности сна. Кроме того, исследовательская группа также показала, что приток ионов кальция в нейроны необходим для того, чтобы мыши заснули, и что для того, чтобы мыши проснулись, необходимо выкачивать ионы кальция из нейронов. Эти результаты соответствовали их прогнозам на основе вычислительной модели.
"Мы были в восторге от того, что наши экспериментальные данные так хорошо подтвердили предсказания нашей модели," говорит Фумия Тацуки, первый автор статьи. Он продолжает, "Наши недавно разработанные "быстрый сон," который отслеживает дыхание для измерения продолжительности сна, не причиняя вреда мышам, был важным инструментом для оценки того, демонстрируют ли наши генетически модифицированные мыши изменения продолжительности сна."
"Сон – одна из важнейших физиологических функций. Кажется, что большинство животных, от мух до людей, спят, но мы все еще так мало знаем о молекулярных процессах, с помощью которых регулируется продолжительность сна. Это исследование предоставило нам широкий спектр потенциальных целей для будущих исследований и методов лечения," говорит Уэда. "Кроме того, многие психические расстройства и нейродегенеративные заболевания также связаны с нарушениями сна, поэтому понимание того, как регулируется сон, может привести к более глубокому пониманию этих заболеваний и будущих методов лечения."