Белок антибактериальной обороны у дрозофил взял на себя управление сном

The University of Pennsylvania

Один из белков, отвечающий за защиту от бактериальных инфекций у дрозофил, способствует также засыпанию и крепкому сну, пишут ученые в статье, опубликованной в Science. Выработка этого белка усиливается всего в двух нейронах мозга мушек при долгом бодрствовании, а также при бактериальной инфекции. Результаты исследования

Сон регулируется циркадными ритмами и гомеостатической системой. Циркадные ритмы влияют на периоды сна и бодрствования в течении суток. Работа гомеостатической системы связана с накоплением факторов, вызывающих непреодолимое желание спать. Гомеостатические механизмы срабатывают при слишком длительном бодрствовании, или при дополнительной потребности в сне во время болезни. Многие вещества способствуют возбуждению — ацетилхолин, дофамин, гистамин, октопамин. И только гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) достоверна связана с увеличением сна. Знаний о конкретных веществах, вызывающих сон, до сих пор недостаточно.

Хирофуми Тода (Hirofumi Toda) из Пенсильванского университета в США и его коллеги провели генетический скрининг более восьми тысяч генов обыкновенной дрозофилы (Drosophila melanogaster) и обнаружили один ген, активность которого связана с увеличением продолжительности сна. Ученые назвали этот ген nemuri (nur) от японского слова «сон». Для оценки влияния этого гена на сон ученые с помощью технологии CRISPR/Cas9 получили линии дрозофил с поврежденным геном nur и с повышенным уровнем экспрессии этого гена по сравнению с диким типом.

Дрозофилы спят в основном ночью, но сиеста у них тоже есть. С помощью системы видеонаблюдения авторы пронаблюдали за сном мушек. Чрезмерная экспрессия гена nur увеличила продолжительность дневного и ночного сна по сравнению с контрольной группой. Чтобы проверить, как экспрессия nur влияет на глубину сна, авторы попытались разбудить мушек во время ночного сна. От механического воздействия проснулись 94 процента мух из контрольной группы и только 18 процентов из группы с усиленной экспрессией. При этом немногие проснувшиеся мухи с повышенной экспрессией nur были вялыми и двигались медленно по сравнению с контролем.

От вспышки света во время ночного сна проснулись меньше 40 процентов мух из контрольной группы, еще меньше мух с повышенной экспрессией и более 60 процентов мух с поврежденным геном. При этом после пробуждения мухи с поврежденным геном были активнее контрольной группы и им потребовалось больше времени, чтобы снова заснуть. Таким образом, белок nur влияет как на глубину сна, так и на процесс засыпания.

При заражении дрозофил бактериями Serratia marcescens и Streptococcus pneumonii, контрольная группа и мухи с усиленной экспрессией проспали значительно дольше, чем мушки с поврежденным геном. Выживаемость у дрозофил с повышенным уровнем экспрессии была значительно выше, чем в контрольной группе. При этом увеличение сна и выживаемости мушек были связанны именно с процессами в мозгу — увеличение экспрессии nur в жировой ткани не оказало влияния. Авторы исследовали антибактериальные свойства nur. Оказалось, что в физиологической концентрации nur эффективно убивает бактерии Serratia marcescens или Escherichia coli.

Чтобы увидеть уровень экспрессии nur и локализацию его продукта в мозгу, авторы вставили методом CRISPR ген белка Gal4, связывающегося затемс флуоресцентным белком GFP, вместо кодирующей последовательности nur. Так что его синтез был под контролем промотора гена nur. Экспрессия гена nur увеличивалась у дрозофил, которым не давали спать. При исследовании с помощью флуоресцентного микроскопа продукты транскрипции nur обнаруживались только в в одном нейроне в каждом полушарии мозга. Учитывая такое крошечное место локализации, авторы предполагают, что борьба с бактериями более эффективна при высокой экспрессии nur за счет благотворного влияния долгого сна на иммунную систему.

Сонливость и усталость являются симптомами многих расстройств, в том числе тревожных расстройств и депрессии. Эти симптомы могут быть связаны с нарушением регуляции нормального адаптивного механизма, который вызывает сон в ответ на стрессовые воздействия. Недавно, ученые нашли генетическую связь между бессонницей и депрессией.

Александра Кочеткова


Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.