Все существа, большие и маленькие, в том числе плодовые мухи, нуждаются во сне. Исследователи предположили, что сон – у любого вида – необходим для восстановления белков, консолидации воспоминаний и удаления отходов из клеток. Но на самом деле сон по-прежнему остается большой загадкой.
Время, когда мы спим по сравнению с бодрствованием, контролируется клетками, настроенными на циркадные ритмы света и темноты. Большинство молекулярных компонентов этих внутренних часов разработано. С другой стороны, то, сколько мы спим, регулируется другим процессом, называемым гомеостазом сна, однако мало что известно о его молекулярной основе.
В исследовании, опубликованном в eLIFE, Амита Сегал, доктор философии, профессор нейробиологии в Медицинской школе Перельмана Университета Пенсильвании, и ее коллеги сообщают о новом белке, участвующем в гомеостатической регуляции сна у плодовой мухи, Drosophila. Сегал также является следователем Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI).
Исследователи провели скрининг мух-мутантов, чтобы выявить недолговечных особей, и нашли одну, которую они назвали красноглазыми. У этих мутантов значительно сокращается продолжительность сна, они спят вдвое меньше, чем обычные мухи. Хотя красноглазые мутанты и могли заснуть, они снова просыпались через несколько минут.
Команда обнаружила, что ген красного глаза кодирует субъединицу никотинового рецептора ацетилхолина. Этот тип рецептора ацетилхолина состоит из нескольких белковых субъединиц, которые образуют ионный канал в клеточной мембране и, как следует из названия, также связываются с никотином. Хотя передача сигналов ацетилхолина и курение сигарет обычно способствуют бодрствованию, конкретная субъединица, изученная в статье eLIFE, необходима для сна у дрозофилы.
Уровни белка красных глаз у мух колеблются в зависимости от циклов света и темноты и достигают пика во время ежедневного сна. Обычно белок красных глаз экспрессируется во время увеличения потребности во сне на лету, прямо во время полуденной сиесты и во время ночного сна. Исходя из этого, команда пришла к выводу, что белок красных глаз способствует сну и является маркером сонливости, предполагая, что красный глаз сигнализирует об острой потребности во сне, а затем помогает поддерживать сон, когда он в процессе.
Кроме того, цикл белка красного глаза не зависит от циркадных часов в нормальных дневных: ночных циклах, но зависит от гомеостата сна. Команда пришла к выводу, что уровень белка красного глаза повышается у короткоспящих мутантов, а также у животных дикого типа после депривации сна. А у мутантных мух были нормальные циркадные ритмы, что позволяет предположить, что их проблемы со сном были результатом нарушения гомеостаза сна / бодрствования.
В конечном итоге команда хочет использовать ген красного глаза, чтобы определить местонахождение нейронов гомеостата сна в головном мозге. "Мы предполагаем, что гомеостатическое влечение ко сну увеличивает уровень белка красного глаза, который реагирует на это влечение, способствуя засыпанию," говорит Сегал. Идентификация молекул, отражающих влечение ко сну, может привести к разработке биомаркеров сна и может приблизить нас к раскрытию тайны гомеостата сна.