Framsteg har gjorts för att klargöra sömn- och vakenhetsreglering på neurokretsnivå. De intracellulära signalvägarna som reglerar sömnen och neurongrupperna där dessa intracellulära mekanismer fungerar förblir dock i stort sett okända.
En ny studie av forskare från University of Tsukuba använde en framåtriktad genetik på möss och avslöjade en signalväg inom hjärnceller som reglerar sömnens längd och djup.
I synnerhet undersökte de genetiska mutationer hos möss och hur dessa påverkar deras sömnmönster. De identifierade sedan en mutation som ledde till mössen sover mycket längre och djupare än vanligt.
Låga nivåer av enzymet histondeacetylas 4 (HDAC4), som är känt för att begränsa uttrycket av målgener, upptäcktes vara orsaken till detta, fann forskarna.
Senior författare till studien, professor Hiromasa Funato, sa, "Vi fokuserade på ett protein som kallas salt-inducerbart kinas 3, annars känt som SIK3, som fosforylerar HDAC4. Vi har tidigare funnit att detta protein har starka effekter på sömnen."
Forskarna fann att mössen sov mindre när SIK3 var frånvarande eller när HDAC4 ändrades för att hämma fosforylering. Mössen sov betydligt mer när de hade en mer aktiv form av SIK3, vilket ökade fosforyleringen av HDAC4. De upptäckte också ett annat protein, LKB1, som fosforylerar SIK3 och, när det saknas, har jämförbara sömnhämmande effekter.
Studiens co-senior författare professor Masashi Yanagisawa sa, "Våra fynd indikerar en signalväg inom oss hjärnceller från LKB1 till SIK3 och sedan till HDAC4. Denna väg leder till fosforylering av HDAC4, vilket främjar sömn, troligen för att det påverkar uttrycket av sömnbefrämjande gener. "
Forskare gjorde ytterligare forskning för att avgöra vilka hjärnceller i dessa nätverk som styr sömnen. Detta krävde att man ändrade koncentrationerna av SIK3 och HDAC4 i olika hjärncelltyper och delar. Resultaten visade att signalering i hypotalamus styr mängden djup sömn och signalering i kortikala celler styr sömndjupet. De excitatoriska neuroner, som kan stimulera andra neuroner, visade sig vara avgörande i båda hjärnregionerna.
Dessa resultat ger en väsentlig insikt i hur sömn regleras, vilket potentiellt kan leda till en större förståelse för sömnstörningar samt utveckling av nya behandlingar.
Tidskriftsreferens:
- Kim, SJ, Hotta-Hirashima, N., Asano, F. et al. Kinassignalering i excitatoriska neuroner reglerar sömnmängd och djup. Natur 612, 512–518 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05450-1
