Сон является важным поведенческим состоянием у животных, от беспозвоночных до людей. Это критически важно для иммунной функции, стабильного обмена веществ, восстановления мозга, обучения и памяти. В течение жизни более 30 процентов людей будут испытывать нарушение сна, связанное с рядом заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, диабет 2 типа и сердечно-сосудистые заболевания.
Появляется все больше свидетельств того, что глиальные клетки (или глия), долгое время считавшиеся просто "служба поддержки" нейроны в головном мозге на самом деле очень важны для различных аспектов регуляции сна. Благодаря Drosophila melanogaster (более известному как плодовая муха) исследовательские группы из Атлантического университета Флориды и Университета Макгилла в Квебеке обнаружили новый механизм, регулирующий сон, который включает глию и их способность управлять общим ингредиентом, содержащимся во многих энергетических напитках, таких как Red Бык.
У плодовых мушек 75 процентов общих генов, вызывающих заболевания людей, проявляются все поведенческие и физиологические характеристики сна. Для исследования, опубликованного в журнале Current Biology, исследователи стремились идентифицировать новые гены, влияющие на сон и бодрствование у плодовых мушек. С помощью этого подхода они обнаружили ген, кодирующий мембранный транспортный белок, известный как транспортер возбуждающих аминокислот 2 или Eaat2.
Они обнаружили, что Eaat2 способствует бодрствованию у плодовых мушек, ограничивая продолжительность и интенсивность периодов сна. Они также обнаружили, что он делает это, контролируя движение таурина – ингредиента, который содержится во многих энергетических напитках – в глиальные клетки мозга мух. У людей таурин постоянно повышен в крови и моче недосыпающих людей, но неизвестно, изменяются ли уровни таурина в мозге после недосыпания.
Как и люди, плодовые мухи очень активны днем и спят всю ночь. Авторы обнаружили, что нарушение Eaat2 у плодовых мушек вызывает чрезмерную дневную сонливость.
"Дневной сон более фрагментирован, чем ночной, и нарушение функции Eaat2 привело к дневному сну, который имитирует сон, обычно наблюдаемый только ночью," сказала Бетани А. Шталь, Ph.D., ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории Алекса С. Кин, Ph.D., адъюнкт-профессор биологических наук Чарльза Э. Schmidt College of Science и член Jupiter Life Science Initiative (JSLI).
"Около 70 миллионов американцев страдают нарушениями сна, и мы считаем, что повышение осведомленности о важности понимания фундаментальных механизмов сна является важной проблемой во всем мире," сказал Кин.
Чтобы определить роль Eaat2 в регуляции метаболизма, исследователи одновременно измерили сон и CO? выход от одиночных мух.
"Мы думаем, что идентификация Eaat2 как модулятора сна будет важна для исследователей, изучающих регуляцию сна, зависимые от сна изменения метаболизма и, возможно, врачей, лечащих пациентов с нарушениями сна," сказал Кин. "Это предполагает, что исследователям сна необходимо выйти за рамки роли нейронов, чтобы изучить, как глиальные клетки контролируют нашу регуляцию сна и бодрствования."
Команда обнаружила, что Eaat2 работает в определенных глиальных клетках мозга мух, а не в нейронах.
"Наше исследование добавляет бодрствования к растущему списку видов поведения плодовых мух, в которых глиальные клетки играют важную регулирующую роль, включая циркадные ритмы, движения, ухаживания, обучение и память," сказала Эмили Пеко, доктор философии.D., который был одним из руководителей исследования и научным сотрудником лаборатории Дона ван Мейеля, доктора философии.D., профессор неврологии Центра исследований в области неврологии Макгилла и программы BRaIN Научно-исследовательского института Медицинского центра Университета Макгилла.
Ранее было показано, что Eaat2 транспортирует таурин. Итак, чтобы проверить, может ли таурин объяснить, как Eaat2 влияет на сон, Шталь скормил таурин некоторым мухам и обнаружил, что они спят больше днем, чем контрольные мухи, но только при наличии Eaat2.
"Исследование, проведенное доктором. Шталь и доктор. Peco фокусируется на фундаментальных механизмах сна и глиальных клетках у мух, но мы ожидаем, что наше открытие будет способствовать исследованиям, чтобы определить, может ли механизм, связанный с транспортом таурина к глиальным клеткам и от них, влиять на сон у людей," сказал ван Мейель. "Даже если вы не употребляете энергетические напитки, в человеческом мозгу много таурина, и то, что он там делает, не очень хорошо понимают."