Хронобіологія: Сон та синаптичні ритми

Хронобіологи з Університету Людвіга-Максиміліана (LMU) у Мюнхені, Німеччина, показують у двох статтях журналу Science, наскільки важливим є цикл сну і неспання для динаміки білка та фосфорилювання в синапсах, щоб врешті-решт регулювати його діяльність.

Внутрішній годинник контролює практично всі фізіологічні процеси в організмі людини, передбачаючи щоденні періодичні зміни навколишнього середовища, такі як день і ніч. Як циркадний ритм і сон впливає на молекулярні механізми на клітинному рівні мозку, поки не до кінця зрозумілий. Професор Марія Роблес, керівник дослідницької групи Інституту медичної психології ЛМУ Мюнхена, показує у двох останніх статтях, опублікованих у журналі Science, як цикли сну та неспання, а не циркадні годинники, рухають цикли надлишку білка, а також фосфорилювання в синаптичних білках для організації динаміки синаптичної активності в мозку. "Наша робота показує, що цикли сну і неспання відіграють центральну роль у часовій регуляції багатьох аспектів синаптичних функцій", - говорить Марія Роблес.

Хронобіолог LMU та її дослідницька група використовують кількісну протеоміку на основі мас-спектрометрії для профілактики щоденної динаміки білка та фосфорилювання в ізольованих синапсах in vivo від переднього мозку миші. Для досліджень у Science група досліджувала, як синаптичний протеом і фосфопротеом динамічно формуються протягом дня і як на це впливає депривація сну. В одному дослідженні група показує, що в звичайний день четверта частина з 8000 фосфорилювання багатьох критичних синаптичних білків коливається з двома основними піками: одним, коли миші прокидаються, і другим безпосередньо перед тим, як вони заснуть.

"Це свідчить про те, що синаптичне фосфорилювання відіграє ключову роль у регуляції синаптичної функції, зокрема при переходах сон-неспання-сон", - говорить Марія Роблес. Цей характерний зразок фосфорилювання, схоже, відображає накопичення та розсіювання тиску сну та неспання, оскільки позбавлення сну майже повністю скасовувало синаптичні ритми фосфорилювання. "Наше дослідження показує, що ключові синаптичні процеси, від ведення домашнього господарства до пластичності, тимчасово регулюються шляхом фосфорилювання у відповідь як на сон, так і на неспання", - говорить Марія Роблес.

У другому дослідженні, опублікованому в тому ж випуску Science, та ж група у співпраці з групою з Цюріхського університету (Стів Браун) показала, що кількість синаптичних білків також ритмічно формується циклами сон-неспання. Зокрема, вони продемонстрували, що синаптична активність запускає циклічне вироблення білків з молекул-месенджерів, які ритмічно накопичуються в синапсах протягом дня. Хоча вироблення білка повністю залежить від циклів неспання і сну, молекули-месенджери подорожують і накопичуються в синапсах переважно у відповідь на циркадні механізми.