Мы продолжаем серию статей о нейронауках в самых авторитетных научных журналах – Science и Nature. Сегодня – новая новость: про сон. Cон мышей.
Сон у млекопитающих состоит из двух фаз – фазы быстрого сна и фазы глубокого сна. Титанические усилия, затраченные на генетический скрининг мышей, привели к обнаружению двух мутаций, Sleepy и Dreamless, при которых мыши соответственно спят больше или меньше. Ну и, соответственно, к статье в Nature.
Когда очень мало данных про то, где искать причину (а это случай молекулярных механизмов сна) начинают со скрининга. Скрининг можно условно разделить на две категории – прямой и обратный. В случае обратного скрининга есть список генов, который надо протестировать – гены последовательно модифицируют (чаще всего удаляют) и смотрят на эффект. Это отличная стратегия, когда легко и быстро можно получить клетки с удаленным геном (клеточные линии, беспозвоночные модельные организмы) и уже имеется список «подозреваемых» генов.
Получить мышь с удаленным геном – трудоемкий, долгий и дорогой процесс. Кроме того, не очень понятно, какие из 23 000 мышиных генов следовало бы протестировать на влияние на сон. Логично в такой ситуации использовать прямой скрининг – вызвать высокими дозами радиации случайные мутации у одного из родителей, а потом протестировать потомство на предмет изменения сна.
Дело происходило в Японии – исследовали проскринировали 8000 мышей. Это впечатляющее количество, если знать, что у каждой мыши необходимо было наблюдать мозговую и мышечную активность как минимум 48 часов. В результате этих колоссальных усилий (в списке авторов 37 человек – тем не менее это по-прежнему больше 200 мышей на человека!) было найдено две мутации, названные Sleepy и Dreamless. Первая из них приводила к увеличению количества времени проведенного в глубоком сне, а вторая соответственно укорачивала фазу быстрого сна.
Мыши с этой мутацией спали 15 часов в день – то есть на 3.5 часа дольше чем обычные мыши, это происходила за счет удлинения фазы глубокого сна. Мутация в Sleepy мышах затрагивает Sik3 ген. Он кодирует фермент, который фосфолирует другие белки (тем самым потенциально регулируя его активность). Интересны две вещи: во-первых, продукт этого гена можно обнаружить не только в областях мозга, ответственных за сон, а во всем теле мышей. Во-вторых, удаление этого гена у фруктовых мух Дрозофил и круглых червей тоже привело к дефектам сна (да, черви и мухи тоже спят!) – значит, механизм, регулируемый геном Sik3 возник очень рано в эволюции.
Название мутации Dreamless – всё же не такое удачное, как Sleepy. Во-первых, у этих мышей фаза быстрого сна (где случаются сновидения) сохранялась, хотя и было укорочена на 44% процента, а во-вторых, есть ли в принципе у мышей сновидений – открытый вопрос. Тем не менее, у Dreamless мышей был затронут мутацией ген Nalcn, кодирующий рецепторный канал.
Известно, что сон влияет на многие функции мозга и тела, такие как обучение, память, метаболизм. Скорее всего, японская группа тестирует эти параметры у «сонных» мышей и мышей «без сновидений» прямо сейчас. Это поможет найти механизмы, а не только корреляции, между этими процессами.
Эти исследования имеют и прямое клиническое значение. Один из очевидных вопросов – затронут ли ген SIK3 у пациентов с идиопатической гиперсомнией, синдромом, характеризующейся повышенной сонливостью и продолжительным сном. Другой вопрос – влияют ли мутации в гене NALCN на развитие слабоумия с возрастом (у человека оно коррелирует с уменьшением фазы быстрого сна).
Текст: Дарья Овсянникова
