Proč spíme? "Cena bdělosti" je vysoká, říká studie DNA

Ptáci to dělají, včely to dělají, dokonce i vzdělané blechy to dělají: Ne, nemilují se, spí. Přesně proč všechna zvířata s nervovým systémem se vyvinula do spánku byla dlouholetá vědecká záhada. Slumber se určitě cítí skvěle, ale to nedává smysl - proč bychom měli strávit třetinu našich životů?

Ve studii zveřejněné v úterý v Komunikace přírody vědci říkají, že zjistili, proč na buněčné úrovni.Vysvětlují, že hlavní buněčnou funkcí spánku je bojovat proti poškození neuronální DNA, které se hromadí během bdění. Režim spánku umožňuje neuronům provádět účinnou údržbu DNA, která je nezbytná pro zdravý život: Vědci již vědí, že méně spánku znamená větší zranitelnost vůči úzkosti, frustraci a špatnému zdraví, ale nyní jsou blíže k pochopení, proč tomu tak je.

„Zjistili jsme příčinnou souvislost mezi spánkem, dynamikou chromozomů, neuronální aktivitou a poškozením a opravou DNA s přímým fyziologickým významem pro celý organismus,“ řekl Lior Appelbaum, Ph.D. „Spánek dává příležitost ke snížení poškození DNA nahromaděného v mozku během bdělosti.“

Applebaum a jeho tým zkoumali, jak je spánek spojen s udržováním jaderné energie, a to zkoumáním jednoho z nejčastěji používaných modelových organismů pro genetické a vývojové studie: zebrafish. Tyto transparentní zebrafish byly geneticky upraveny tak, aby chromosomy v jejich neuronech nesly barevné chemické značky. Zatímco ryby byly vzhůru a spaly, vědci pozorovali pohyb DNA a jaderných proteinů uvnitř ryb pomocí mikroskopu s vysokým rozlišením, který lze vidět na videu výše.

Byli svědky toho, že když byly ryby vzhůru, chromosomy byly relativně neaktivní a v neuronech se nahromadily zlomky DNA. Když však ryby spaly, chromozomy se staly aktivnějšími a poškození DNA, které se nahromadilo, začalo být opravováno. Následná analýza potvrdila, že k provedení jaderné údržby potřebují jednotlivé neurony ke spaní zvíře.

Akumulace poškození DNA, říká Appelbaum, je „cena bdělosti“. Během bdělosti jsou chromozomy méně aktivní a zanechávají je náchylné k poškození DNA způsobenému ozařováním, oxidačním stresem a neuronální aktivitou. Spánek nastartuje chromozomální aktivitu a synchronizuje jadernou údržbu v rámci jednotlivých neuronů, což umožňuje opravě mozku, zatímco není používán v průběhu dne.

„Je to jako výmoly na silnici,“ říká Applebaum. „Silnice hromadí opotřebení, zejména během denních špiček, a je nejpohodlnější a nejúčinnější je opravit v noci, když je světelný provoz.“

Anekdotally, víme, že dobrý noční spánek může být regenerační. Nyní se zdá, že je kvantitativně obnovující i pro mozek, což mu umožňuje přirozeně napravit poškození dne.

Abstraktní:

Spánek je nezbytný pro všechna zvířata s nervovým systémem. Nicméně základní buněčná funkce spánku není známa a neexistuje žádný konzervativní molekulární marker pro definování spánku napříč fylogenezí. Time-lapse imaging chromozomálních markerů v jednotlivých buňkách živého zebrafish ukázal, že spánek zvyšuje dynamiku chromozomů v jednotlivých neuronech, ale ne ve dvou dalších typech buněk. Manipulace se spánkem, dynamika chromozomů, neuronální aktivita a dvojité řetězce DNA (DSB) ukázaly, že dynamika chromozomů je nízká a počet DSB se hromadí během bdělosti. Spánek naopak zvyšuje dynamiku chromozomů, které jsou nezbytné pro snížení množství DSB. Tyto výsledky určují dynamiku chromozomu jako potenciálního markeru pro definování jednotlivých spících buněk a navrhují, aby regenerační funkce spánku byla jaderná údržba.