Почему мы спим? «Цена бодрствования» высока, говорится в исследовании ДНК

Птицы делают это, пчелы делают это, даже образованные блохи делают это: нет, они не влюбляются, они спят. Однако именно Зачем все животные с нервной системой, перешедшие в сон, были давней научной загадкой. Сон, конечно, чувствует себя прекрасно, но это не совсем имеет смысл - почему мы должны провести треть наших жизней потеряли сознание?

В исследовании, опубликованном во вторник в Связи природы ученые говорят, что выяснили, почему на клеточном уровне.Они объясняют, что основная клеточная функция сна заключается в борьбе с повреждением нейрональной ДНК, которое накапливается в часы бодрствования. Сон позволяет нейронам эффективно поддерживать ДНК, что необходимо для здоровой жизни: ученые уже знают, что меньшее количество сна означает большую уязвимость к беспокойству, разочарованию и плохому здоровью, но теперь они ближе к пониманию того, почему это так.

«Мы обнаружили причинно-следственную связь между сном, динамикой хромосом, нейрональной активностью, повреждением и восстановлением ДНК с прямой физиологической значимостью для всего организма», - сказал во вторник руководитель исследования Лиор Аппельбаум, доктор философии. «Сон дает возможность уменьшить повреждения ДНК, накопленные в мозгу во время бодрствования».

Аппельбаум и его команда изучили, как сон связан с ядерным поддержанием, изучив один из наиболее часто используемых модельных организмов для генетических исследований и исследований в области развития: рыбок данио. Эти прозрачные рыбки данио были генетически сконструированы так, что хромосомы в их нейронах несли красочные химические метки. Пока рыба не спала и спала, ученые наблюдали за перемещением ДНК и ядерных белков внутри рыбы с помощью микроскопа высокого разрешения, что можно увидеть на видео выше.

Они засвидетельствовали, что когда рыба не спала, хромосомы были относительно неактивны, и в нейронах накапливались сломанные нити ДНК. Однако, когда рыба спала, хромосомы стали более активными, и накопленное повреждение ДНК стало восстанавливаться. Последующий анализ подтвердил, что для поддержания ядерной активности отдельным нейронам нужно, чтобы животное ложилось спать.

По словам Аппельбаума, накопление повреждений ДНК - это «цена бодрствования». Во время бодрствования хромосомы менее активны, что делает их уязвимыми к повреждению ДНК, вызванному радиацией, окислительным стрессом и нейрональной активностью. Сон запускает хромосомную активность и синхронизирует поддержание ядра в отдельных нейронах, позволяя восстановить мозг, пока он не используется в той степени, в которой он используется в течение дня.

«Это как выбоины на дороге», - говорит Эпплбаум. «Дороги накапливают износ, особенно в часы пик в дневное время, и их удобнее и эффективнее ремонтировать в ночное время, когда движение ограничено».

Кстати, мы знаем, что хороший ночной сон может быть восстановительным. Теперь кажется, что это также количественно восстанавливает мозг, позволяя ему естественным образом исправить ущерб дня.

Аннотация:

Сон необходим всем животным с нервной системой. Тем не менее, основная клеточная функция сна неизвестна, и нет консервативного молекулярного маркера, определяющего сон по филогении. Временная съемка хромосомных маркеров в отдельных клетках живых рыбок данио показала, что сон увеличивает динамику хромосом в отдельных нейронах, но не в двух других типах клеток. Манипулирование сном, динамика хромосом, нейронная активность и двухцепочечные разрывы ДНК (DSB) показали, что динамика хромосом низкая, и количество DSB накапливается во время бодрствования. В свою очередь, сон увеличивает динамику хромосом, что необходимо для уменьшения количества DSBs. Эти результаты устанавливают динамику хромосом как потенциальный маркер для определения отдельных спящих клеток и предполагают, что восстанавливающая функция сна - это ядерная поддержка.