Zakaj spimo? "Cena budnosti" je visoka, pravi DNK študija

Ptice to počnejo, čebele to počnejo, to storijo celo izobražene bolhe: Ne, ne zaljubijo se, spijo. Vendar točno zakaj vse živali z živčnim sistemom, ki so se razvile v spanec, je bila dolgoletna znanstvena skrivnost. Slumber se vsekakor dobro počuti, vendar ni ravno smiselno - zakaj bi porabili tretjino naših življenj, ko bi se izginila?

V študiji, ki so jo objavili v torek Nature Communications znanstveniki pravijo, da so ugotovili, zakaj na celični ravni.Glavna celična funkcija spanja, pojasnjujejo, je boj proti nevronski poškodbi DNA, ki se kopiči v času budnosti. Spanje omogoča nevroni, da izvajajo učinkovito vzdrževanje DNK, ki je bistvenega pomena za zdravo življenje: Znanstveniki že vedo, da manj spanja pomeni večjo ranljivost za tesnobo, frustracijo in slabo zdravje, zdaj pa so bližje razumevanju, zakaj je tako.

"Ugotovili smo vzročno zvezo med spanjem, dinamiko kromosomov, nevronalno aktivnostjo in poškodbami DNK ter popravili z neposrednim fiziološkim pomenom za celoten organizem," je dejal dr. Lior Appelbaum. "Sleep daje priložnost za zmanjšanje poškodb DNA, ki se naberejo v možganih med budnostjo."

Applebaum in njegova ekipa sta preučila, kako je spanje povezano z jedrskim vzdrževanjem, s preučevanjem enega od najpogosteje uporabljenih vzorčnih organizmov za genetske in razvojne študije: cebrice. Te pregledne cebrice so bile gensko spremenjene, tako da so kromosomi v njihovih nevronih nosili pisane kemijske oznake. Medtem ko so bile ribe budne in spijo, so znanstveniki opazovali gibanje DNK in jedrskih beljakovin v ribah z mikroskopom visoke ločljivosti, kar je mogoče videti v zgornjem videu.

Bili so priča, da so kromosomi, ko so bile budne, razmeroma neaktivne in da se v nevronih nabirajo zdrobljene DNA DNA. Vendar pa so kromosomi, ko so spali, postali bolj aktivni, in nakopičena poškodba DNK se je začela popravljati. Naknadna analiza je potrdila, da posamezni nevroni za opravljanje jedrskega vzdrževanja potrebujejo žival za spanje.

Kopičenje poškodb DNK, pravi Appelbaum, je »cena budnosti«. Med budnostjo so kromosomi manj aktivni, zaradi česar so ranljivi za poškodbe DNK, ki jih povzročajo sevanje, oksidativni stres in nevronska aktivnost. Spanje zaganja kromosomsko aktivnost in sinhronizira vzdrževanje jedra znotraj posameznih nevronov, kar omogoča, da se možgani popravijo, medtem ko se ne uporablja v obsegu, kot je podnevi.

"To je kot brezna na cesti," pravi Applebaum. "Ceste kopičijo obrabo, še posebej v dnevnih prometnicah, zato je najprimernejše in učinkovitejše, da jih popravimo ponoči, ko je promet malo."

Anecdotally, vemo, da lahko dober spanec je obnovitveni. Zdaj se zdi, da je kvantitativno obnovljiva tudi za možgane, kar mu omogoča naravno obnavljanje škode.

Izvleček:

Spanje je bistvenega pomena za vse živali z živčnim sistemom. Kljub temu je ključna celična funkcija spanja neznana in ni ohranjenega molekularnega označevalca, ki bi definiral spanje skozi filogenijo. Časovno zaznavanje kromosomskih označevalcev v posameznih celicah žive živine je pokazalo, da spanje povečuje dinamiko kromosomov v posameznih nevronih, vendar ne v dveh drugih tipih celic. Manipulacija spanja, dinamika kromosomov, nevronska aktivnost in dvo-verižni odmori DNK (DSB) so pokazali, da je dinamika kromosomov nizka in da se število DSB-jev nabira med budnostjo. Spanje pa povečuje dinamiko kromosomov, ki je potrebna za zmanjšanje količine DSB. Ti rezultati določajo dinamiko kromosomov kot potencialnega označevalca za definiranje posameznih spalnih celic in predlagajo, da je obnovitvena funkcija spanja jedrsko vzdrževanje.