Достигнут прогресс в выяснении регуляции сна и бодрствования на уровне нейроцепей. Однако внутриклеточные сигнальные пути, регулирующие сон, и группы нейронов, в которых работают эти внутриклеточные механизмы, остаются в значительной степени неизвестными.
Новое исследование ученых из Университет Цукубы использовали передовой генетический подход на мышах и выявили сигнальный путь в клетках головного мозга, который регулирует продолжительность и глубину сна.
В частности, они исследовали генетические мутации у мышей и то, как они влияют на их режим сна. Затем они определили мутацию, которая привела к появлению мышей. сплю намного дольше и глубже, чем обычно.
Ученые обнаружили, что причиной этого является низкий уровень фермента гистондеацетилазы 4 (HDAC4), который, как известно, ограничивает экспрессию целевых генов.
Старший автор исследования, профессор Хиромаса Фунато, сказал: «Мы сосредоточились на белке под названием солевая киназа 3, также известном как SIK3, который фосфорилирует HDAC4. Ранее мы обнаружили, что этот белок оказывает сильное влияние на сон».
Ученые обнаружили, что мыши спали меньше, когда SIK3 отсутствовал или когда HDAC4 был изменен для ингибирования фосфорилирования. Мыши спали значительно дольше, когда у них была более активная форма SIK3, которая увеличивала фосфорилирование HDAC4. Они также обнаружили еще один белок, LKB1, который фосфорилирует SIK3 и в случае его отсутствия оказывает сравнимое ингибирующее действие на сон.
Со-старший автор исследования профессор Масаси Янагисава сказал: «Наши результаты указывают на сигнальный путь внутри клетки мозга с LKB1 на SIK3, а затем на HDAC4. Этот путь приводит к фосфорилированию HDAC4, который способствует сну, скорее всего, потому, что он влияет на экспрессию гены, способствующие сну".
Ученые провели дальнейшее исследование, чтобы определить, какие клетки мозга в этих сетях контролируют сон. Это потребовало изменения концентрации SIK3 и HDAC4 в различных типах и частях клеток мозга. Результаты показали, что передача сигналов в гипоталамусе контролирует продолжительность глубокого сна, а передача сигналов в клетках коры контролирует глубину сна. Возбуждающие нейроны, которые могут стимулировать другие нейроны, оказались решающими в обеих областях мозга.
Эти результаты дают важное представление о том, как регулируется сон, что потенциально может привести к лучшему пониманию нарушений сна, а также к разработке новых методов лечения.
Справочник журнала:
- Ким С.Дж., Хотта-Хирашима Н., Асано Ф. и др. Передача сигналов киназы в возбуждающих нейронах регулирует количество и глубину сна. природа 612. С. 512–518 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05450-1
