Ученые нашли генетический «выключатель» быстрого сна
Японские ученые выяснили, что экспрессия генов CHRM1 и CHRM3, кодирующих одноименные ацетилхолиновые рецепторы, необходима для введения организма в фазу быстрого сна — именно во время этой фазы в 80 процентах случаев снятся сны. Как говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Reports, мыши, у которых оба гена были выключены, не входили в фазу быстрого сна вообще. При этом отключение этих генов по одиночке приводило к другим последствиям: сокращению фазы медленного и быстрого сна.
Ацетилхолин стал первым известным нейромедиатором, его открыли в 1915 году. В нервной системе он приводит к биологическому отклику ацетилхолиновых (или холинэргических) рецепторов. Среди его функций — регуляция памяти (уровень этого нейромедиатора снижен у пациентов с болезнью Альцгеймера) и процессов засыпания и пробуждения. Так, активность ацетилхолиновых нейронов в базальных ядрах и стволе головного мозга повышается при пробуждении и при переходе организма в фазу быстрого сна. Более подробно о механизмах работы ацетилхолиновых рецепторов можно прочесть в нашем материале «Новичок» и все-все-все.
Участие ацетилхолина в регуляции сна подтверждается классическими нейробиологическими исследованиями: например, введение агониста ацетилхолиновых рецепторов приводило к достижению фазы быстрого сна. Его конечная роль в этом процессе, тем не менее, до сих пор не ясна. В частности, неизвестно, необходим ацетилхолин в этом процессе или просто принимает в нем участие.
Выяснить это решили японские биологи под руководством Ясутаки Нивы (Yasutaka Niwa) из Цукубского университета. Для этого в мозге лабораторных мышей ингибировали холинэргические нейроны, экспрессирующие тропомиозин-рецепторную киназу A (TrkA) и рецептор фактора роста нервов (NGFR) — нейротрофные рецепторы, отвечающие за жизнеспособность нейронов. Дезактивация этих нейронов привела к тому, что мыши стали спать на 173 минуты в сутки меньше, чем их сородичи из контрольной группы.
Показав таким образом, что ингибирование холинэргических нейронов приводит к потере сна у мышей, ученые решили проверить, какие из генов, отвечающих за их работу, участвуют в процессах сна и бодроствования. Они изучили мускариновые ацетилхолиновые рецепторы — особый класс рецепторов, сопряженных с G-белком, и отвечающих за работу холинэргических нейронов. Видов таких рецепторов в нервной системе пять (Chrm1, Chrm2, Chrm3, Chrm4 и Chrm5) и каждый из них кодируется своим геном. Ученые выяснили, что выключение гена, кодирующего рецептор Chrm3, сократило продолжительность фазы медленного сна на 150 минут. При этом продолжительность фазы быстрого сна сильно не поменялась, но сам сон стал более фрагментарным: как показала энцефалограмма, мыши стали чаще переходить из одной фазы сна в другую. Выключение гена, кодирующего рецептор Chrm1, в свою очередь, сократило фазу быстрого сна мышей более чем на полчаса. Двойное отключение генов, кодирующих эти рецепторы, привело к потере фазы быстрого сна вообще.
Фаза быстрого сна характеризуется повышенной активностью головного мозга: этот период, к примеру, необходим для правильной работы процессов памяти. Его полные функции, однако, все еще не исследованы до конца. Авторы новой работы пришли к выводу, что работа генов, кодирующих два типа рецепторов ацетилхолина, необходима для наличия в режиме сна и бодрствования организма фазы быстрого сна. В будущем это также поможет исследовать связь между сном и функционированием организма.
Сон — одна из фундаментальных физиологических потребностей развитых организмов, необходимая для поддержания их внутреннего состояния. Сон встречается у всех организмов с центральной нервной системой — даже самой простой. При этом все животные спят по-разному: кому-то нужны семь часов сна в сутки, а кто-то спит по двадцать. Узнать об этом побольше вы можете с помощью нашего теста «Спят все звери на земле».
Елизавета Ивтушок
Эти эффекты зависели от пола
Американские исследователи выяснили, что прием каннабидиола беременными мышами связан с нарушениями термической болевой чувствительности, способности к решению задач и возбудимости префронтальной коры мозга у их потомства, причем эти эффекты зависят от пола. Отчет о работе опубликован в журнале Molecular Psychiatry. В странах, где препараты конопли разрешены для медицинского или рекреационного применения, некоторые беременные женщины принимают каннабидиол (второй по количеству каннабиноид после тетрагидроканнабинола) в чистом виде или в составе медицинской марихуаны для борьбы с тошнотой, считая, что это безопасно. При этом каннабидиол, не обладающий психоактивными свойствами, проникает через гематоплацентарный барьер и связывается с многими рецепторами, принимающими участие в развитии мозга, в том числе серотониновыми 5-HT1A, термочувствительными ваниллоидными TRPV1 и калиевыми каналами Kv7. Возможные последствия этого для потомства остаются малоизученными. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники из Университета Колорадо под руководством Эмили Энн Бейтс (Emily Anne Bates) вводили внутрижелудочно мышам с пятого дня беременности (примерно конец первого триместра) до родов 50 миллиграмм каннабидиола (высокая доза) в подсолнечном масле на килограмм массы тела ежедневно. Животные из контрольной группы получали только подсолнечное масло. На продолжительность беременности, набор массы тела в течение нее, размер и пол помета прием препарата не влиял. Он и его метаболиты полностью вывелись из плазмы мышат на восьмой день от рождения. Подошвенный тест на аппарате Харгиривза в возрасте 11 недель показал, что после внутриутробного воздействия каннабидиола у потомства мужского, но не женского пола значительно (p = 4,99 × 10-8) понижен порог термической болевой чувствительности. При нокауте гена TRPV1 он не изменялся, а значит, эффект связан именно с этими рецепторами. По данным тестов с темно-светлой камерой и различными лабиринтами, прием каннабидиола во время беременности не влиял на уровень тревожности, компульсивность и пространственную память потомства. В экспериментах с клетками-головоломками выяснилось, что после такого воздействия самки, но не самцы медленнее (p = 0,02) справляются с решением задач, что, вероятно, связано с гиперактивацией 5-HT1A-рецепторов. Электрофизиологическое исследование в возрасте 14–21 дня показало, что у таких самок повышен (p = 0,00007) порог запуска потенциала действия (то есть снижена возбудимость) Kv7-положительных пирамидных нейронов слоя 2/3 префронтальной коры, отвечающей за обучение и исполнительные функции. Плотность, размеры и морфология дендритных шипиков этих клеток затронуты не были, однако амплитуда возбуждающих потенциалов, вызванных активацией глутаматных AMPA-рецепторов, оказалась существенно снижена (p = 0,0009). У самцов подобных изменений не наблюдалось. Полученные данные свидетельствуют о том, что ежедневный прием высоких доз каннабидиола на протяжении последних двух триместров беременности мышами вызывает изменения физиологии нейронов и развития нервной системы у потомства, что в дальнейшем проявляется сенсорными и поведенческими расстройствами, причем эти эффекты зависят от пола животных. Авторы работы намерены уточнить, как на них влияют доза препарата и его прием в отдельные периоды беременности. В 2022 году канадские исследователи сообщили, что около двух процентов их беременных соотечественниц употребляют марихуану, причем это коррелирует с повышенным риском преждевременных родов, низкой массы ребенка при рождении, недостаточным или избыточным весом для гестационного возраста, любых врожденных аномалий, кесарева сечения и гестационного диабета.