В результате депривации сна у дрозофил и мышей в кишечнике (но не мозге и других органах) возрастает содержание активных форм кислорода, и те вызывают окислительный стресс. У мух формирование активных форм кислорода в кишечнике в результате депривации сна коррелировало со смертностью; добавление в пищу антиоксидантов или повышение их экспрессии в кишечнике позволяло мухам жить без сна столько же, сколько контрольной группе. Статья опубликована в журнале Cell.
Депривация (отсутствие) сна приводит к серьезным нарушениям когнитивных функций, метаболизма, работы пищеварительной и иммунной систем и даже смерти. Пока не ясно, является ли эффект депривации сна на внутренние органы первичным или их повреждение — следствие неправильной работы нервной системы.
Согласно одной из гипотез, функция сна заключается в защите от окислительного стресса мозга или других органов. В различных исследованиях при депривации сна обнаружили изменения антиоксидантного ответа в мозге и печени, однако локализовать источник окислителей и выяснить, связан ли оксидативный стресс со смертностью от недостатка сна, пока не удалось.
Группа ученых из Гарвардской медицинской школы под руководством Драганы Рогулья (Dragana Rogulja) лишала дрозофил (Drosophila melanogaster) сна. Для этого в нейроны, которые подавляют сон, встроили активируемые теплом каналы. В итоге при 21 градусе Цельсия мухи спали нормально, а при 29 не могли спать и умирали в течение 20 дней (нормально спящие насекомые проживали в среднем больше 30 дней). Если после 10 дней бессонницы дрозофилам давали отсыпаться следующие 15 дней, те полностью восстанавливались и жили не меньше сородичей из контрольной группы. Значит, повреждения, вызванные депривацией сна, накапливаются постепенно и обратимы.
Чтобы понять причины повышения смертности мух, ученые искали различные маркеры повреждения клеток по всему телу насекомых. Отличия между экспериментальной и контрольной группами нашли лишь в одном органе — кишечнике. В нем с каждым днем без сна накапливались активные формы кислорода (АФК, сильные окислители, которые вызывают оксидативный стресс), а когда дрозофилам давали спать, уровень АФК возвращался в норму в течение 15 дней. После начала накопления АФК в клетках кишечника обнаружили признаки окислительного стресса, повреждения ДНК и клеточной гибели
Насекомых попробовали лишать сна двумя другими способами: постоянными вибрациями или же нарушением генов-регуляторов сна. При обоих подходах АФК накапливались в кишечнике мух пропорционально степени нарушения сна. Только в одном случае (при повреждении гена переносчика дофамина fumin) количество АФК в кишечнике не изменилось, хотя насекомые практически не спали целый месяц. Интересно, что у таких животных не была повышена и смертность — авторы работы предположили, что накопление АФК связано со смертностью при депривации сна.
Чтобы проверить связь АФК и смертности, ученые добавляли в еду дрозофил различные антиоксиданты, которые нейтрализуют АФК, или повышали уровень экспрессии антиоксидантов в клетках кишечника. Не изменяя количество сна, антиоксиданты увеличили продолжительность жизни насекомых до контрольного уровня и снизили проявления окислительного стресса. Те вещества, которые не нейтрализовали АФК в кишечнике, не помогли мухам прожить дольше.
В последнем эксперименте спать не давали мышам. На пять дней их помещали в клетку с вращающейся панелью, которая заставляла животных постоянно двигаться. С помощью электроэнцефалографии ученые проверяли, что мыши действительно не спали. Уже через два дня без сна в тонком кишечнике животных (но не в других органах) уровень АФК увеличился, а к пятому дню повысилось и количество маркеров окислительного стресса, повреждений ДНК и смерти клеток.
Остается неясным, почему депривация сна вызывает образование АФК именно в кишечнике, но не в мозге и других органах, и является ли этот эффект прямым или он опосредован сигналами от нервной системы. Результаты этой работы не объясняют функции сна в норме, лишь указывают на конечный механизм гибели при депривации сна. Чтобы ответить на все эти вопросы и доказать связь образования АФК в кишечнике со смертностью других животных (в том числе млекопитающих), необходимы дальнейшие исследования.
В прошлом году ученые из Британии показали, что дрозофилы могут обойтись практически без сна. В эксперименте мухам мешали спать, поместив их во вращающуюся трубку, — уменьшение периода сна на 95 процентов не снизило выживаемость насекомых. Стоит отметить, что в этом исследовании сон определяли лишь по движениям насекомых, кроме того, мухи все же могли не двигаться в течение 20-секундных промежутков времени.
Алиса Бахарева