Мутация в адренорецепторе снизила потребность в сне у людей и мышей

Исследователи обнаружили мутацию в гене одного из адренорецепторов, которая уменьшила потребность в продолжительном сне, говорится в Neuron. Ее нашли у членов семьи, которым для полноценного отдыха в среднем было достаточно 5,7 часов сна. Работу мутантного белка проверили на мышах — животные с отредактированным геномом спали в среднем на час меньше мышей из контрольной группы и были более подвижны во время бодрствования.

Ученые долгое время считали, что продолжительность сна, время засыпания и баланс между сном и бодрствованием определяются циркадными ритмами и гомеостазом. По сравнению со многими другими животными, у сна, характерного для людей, есть особенности. Обычно люди спят в течение одного продолжительного промежутка времени в течение 24 часов; а другие животные, например, мыши, могут спать в любое время в течение суток, но периоды сна у них менее продолжительные.

На сон влияют и генетические факторы: некоторые особенности паттернов или расстройств сна люди наследуют. Десять лет назад нейрофизиологи и медики во главе с Ин-Хуэй Фу (Ying-Hui Fu) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско анализировали геном матери и дочери, которые высыпались за шесть часов (обычно взрослым людям нужно не менее семи часов сна) и нашли у обеих мутацию в гене белка DEC2. Он регулирует экспрессию гормона орексина, который поддерживает состояние бодрствования. Нехватку этого гормона связывают с возникновением нарколепсии, для которой характерны нарушения циклов сна-бодрствования.

В новой работе исследователи под руководством Фу описали другую мутацию, в гене ADRB1 β1-адренорецептора (β1-AР). В результате аминокислота валин в 187 положении пептидной цепи белка замещалась на аланин. Ученые нашли ее у некоторых членов одной семьи, которым для полноценного отдыха было, в среднем, достаточно 5,7 часов сна. Мутация оказалась редкой, она встречается у четырех человек на 100 тысяч населения.

Чтобы убедиться, что именно мутация в β1-AР влияет на продолжительность сна, авторы сконструировали генномодифицированных мышей, несущих мутантный β1-AР белок. Сначала ученые исследовали поведение животных с помощью энцефалографии и наблюдения за их двигательной активностью, которую фиксировали с помощью инфракрасных камер. Оказалось, что генномодифицированные животные в среднем, спали примерно на 55 минут в сутки меньше, чем мыши из контрольной группы, и были более подвижны в течение суток. У них уменьшалась продолжительность фаз быстрого и медленного сна (примерно на семь и 53 минуты, соответственно). Причем мутантные мыши спали меньше только ночью, продолжительность их сна в светлое время суток не менялась.

Затем авторы статьи выяснили, что мутантный β1-AР белок образуется, в том числе, в покрышке моста мышей. Эта область мозга участвует в регуляции паттернов сна, поэтому исследователи сосредоточили внимание на ней. Так как в покрышке моста есть несколько разных групп нейронов, ученые пометили нужные с помощью красного флуоресцентного белка. А чтобы проследить за активностью нужной группы нейронов, авторы использовали кальциевую визуализацию. С помощью этого метода измеряется активность ионов кальция, которые связываются с заранее введенными флуоресцентными молекулами, заставляя их светиться. За фазами сна мышей ученые наблюдали с помощью электроэнцефалографии.

Оказалось, что нейроны, вырабатывавшие мутантный β1-AР белок, активны во время бодрствования и фазы быстрого сна и теряют активность во время медленного сна. Также авторы выяснили, что мутантные нейроны в принципе более активны, чем нейроны, синтезирующие обычный β1-AР. Мутация увеличивает их возбудимость.

В дальнейшем авторы планируют исследовать функции β1-AР в других отделах мозга, которым в данной статье они не уделили внимания. Помимо покрышки моста, белок вырабатывается в медиальной префронтальной коре, которая связана с регуляцией третьей и четвертой фаз медленного сна (так называемого глубокого сна), гиппокампе и прилежащем ядре.

Недавно исследователи выяснили, что каким-то животным сон практически не нужен. Некоторым мушкам-дрозофилам достаточно несколько минут сна в сутки. При этом шансы на выживание у них остались такими же, как у контрольной группы. По мнению авторов исследования, это показывает, что сон не очень нужен дрозофилам, но отмечают, что это показано только в лабораторных экспериментах, в природе выживаемость таких особей может снизиться.