Сон является одним из наиболее консервативных видов инстинктивного поведения. Его разделили на быстрый сон (REMS) и не-REMS. Нарушения, включая фрагментацию или потерю REMS, связаны с несколькими острыми, а также хроническими психосоматическими поведенческими и когнитивными дисфункциями, нейродегенеративными заболеваниями, гипертонией, диабетом, расстройством настроения, измененным ростом нейронов и возбудимостью. Все эти патофизиологические поведенческие модуляции могут происходить из-за изменений уровней одной или нескольких биомолекул или его метаболитов, а иногда из-за синтеза новых молекул. Хотя точная функция REMS и подробный механизм регуляции еще не известны, выдвигалось много гипотез о ее роли в поддержании нескольких нормальных физиологических процессов. В наших знаниях о регуляции и функционировании REMS существуют серьезные пробелы в понимании молекулярного механизма, лежащего в основе REMS-потери, связанной с изменением физиологических условий и симптомов, в частности ее длительных долгосрочных эффектов. Лишение сна влияет на несколько гормонов, метаболитов, ферменты, структурные белки нейронов и индуцирует апоптоз в головном мозге. Однако, транскрипционная регуляция этих процессов неизвестна. Для того, чтобы понять долгосрочные эффекты REMSD (то есть потерю или лишение быстрого сна), было необходимо изучить изменения экспрессии генов.
Нарушения при депривации быстрого сна
Учёные изучали транскрипцию генов в клетках мозга у нескольких групп мышей: контрольная, группа, лишённая быстрого сна (мыши 4 дня «жили» на маленькой платформе, окружённой водой), ещё одна группа, исключающая влияние других факторов (грызуны жили в таких же условиях, только платформа была больше и просторнее), также несколько мышей сначала 4 дня были лишены REMS, а позже восстанавливались в течение трёх дней, а последним вкалывали препарат празозин на третий и четвёртый дни, блокирующий адренорецепторы.
Тепловая карта нарушений в генах: слева контрольная группа, справа - лишённая REM - сна
Оказалось, что активность натрий-калиевой АТФазы значительно повышается, что приводит к «гиперактивности» клеток. Остальные группы испытуемых мышей не пострадали. Эти данные подтверждают то, что REMSD увеличивает активность Na- K АТФазы и объясняет изменения возбудимости мозга при отсутствии фазы быстрого сна. Таким образом, полученные результаты дают объяснение уровня молекулярной генетики и подтверждают гипотезу о том, что одной из фундаментальных функций REMS является поддержание возбудимости головного мозга.
Многие транскрипционные факторы показали повышенную «активность», такие же изменения наблюдались и в других исследованиях с полной депривацией сна, а не только быстрого.
Учёные обнаружили, что REMSD значительно понижала экспрессию генов, кодирующих гипоталамические нейропептиды, такие как AVP, LNPEP, OXT, HCRT и PMCH в мозге крыс, и большинство из них, модулируют синаптическую силу и сон-бодрствование. OXT и AVP отвечают за навыки социального поведения и консолидацию памяти.
OXT связана с познавательной способностью, толерантностью, адаптацией, а также сложным сексуальным и материнским поведением, и его уровень повышен во время фаз REM - сна.
Ген PMCH регулирует множественные функции мозга в животном мире. MCH-эргические нейроны в латеральном гипоталамусе участвуют в регуляции сна, энергетического гомеостаза и потребления пищи.
Анализ транскриптомов в новом исследовании показал, что при REMSD страдает серьезная сигнатура гистона; экспрессия 12 генов, кодирующих гистоны, снижалась. Эти гистоны вовлечены в структуру хроматина, агрегацию нуклеосом, конденсацию хромосом, регуляцию транскрипции и клеточную дифференцировку. Истощение этих вариантов гистонов приводит к депрессии нескольких транскрипций генов.