Miego poreikio lastelinės ištakos: mitochondrijų vaidmens atskleidimas

Miego poreikio lastelinės kilmės: mitochondrijų reikšmė

Kiekvienam pažįstamas intensyvus mieguistumas po prastai išmiegotos nakties, kai sunku išlaikyti dėmesį. Nors būtinybė miegoti yra visuotinai pripažinta, tikslūs lasteliniai mechanizmai, dėl ko mums kyla miego poreikis, ilgą laiką buvo neaiškūs. Nauji Oksfordo universiteto tyrimai suteikia reikšmingų įžvalgų į šį esminį biologinį procesą – atrodo, kad pagrindinį signalą apie poreikį miegoti generuoja mitochondrijos, energijos gamybos „jėgainės“ mūsų ląstelėse.

Kodėl mums reikia miego?

Jau dešimtmečius mokslininkai ieško atsakymo, kodėl miegame – nuo atminties konsolidacijos bei smegenų „remonto“ iki organizmo detoksikacijos. Vis dėlto tiesioginis miego poreikio sužadinimo mechanizmas ląstelėse iki šiol buvo miglotas. Oksfordo tyrėjų komanda, vadovaujama prof. Gero Miesenböck, dėmesį skyrė vaisinėms musytėms (Drosophila melanogaster), kurių neuronai, reguliuojantys miegą, struktūriškai panašūs į žmonių.

„Mes siekėme išsiaiškinti, kam reikalingas miegas ir kodėl jis toks būtinas“, pažymi Miesenböck. „Nors miego nauda ištirta daug, akivaizdžios fizinės priežasties, kodėl jaučiame mieguistumą, dar nebuvo įvardyta.“

Eksperimento eiga: vaisinės musytės atskleidžia miego biologiją

Tyrėjai lygino išsimiegojusias ir miego stokojančias musytes, analizuodami jų neuroninių tinklų, atsakingų už miego reguliavimą, genų raišką bei elektrinius signalus. Tyrimo duomenys parodė aiškų dėsningumą: miego trūkumas sukelia mitochondrijų perkrovą miego-reguliavimo neuronuose.

Kaip mitochondrijos signalizuoja miego poreikį?

Mitochondrijos paverčia deguonį ir maistines medžiagas į adenozino trifosfatą (ATP), pagrindinį organizmo energijos šaltinį (vadinamas aerobinis metabolizmas). Intensyvaus aktyvumo arba nemigos metu mitochondrijos neuroninėse lastelėse ima išskirti perteklinius elektronus, dėl ko susidaro reaktyvios deguonies formos (laisvieji radikalai). Jei jie nesuardomi, laisvieji radikalai gali pažeisti lasteles. Šių junginių kaupimasis veikia kaip streso signalas smegenims – neuronai pradeda stipriau „versti“ miegoti, siekdami atstatyti pusiausvyrą ir sumažinti žalingą poveikį.

Neuromokslininkas dr. Raffaele Sarnataro, vienas iš straipsnio autorių, aiškina: „Nenorite, kad mitochondrijos išskirtų per daug elektronų. Tuomet susidaro kenksmingos medžiagos, kurios streso veikia ne tik neuronus, bet ir visą smegenų tinklą.“

Mitochondrijų aktyvumo pokyčiai keičia miego įpročius

Tirdami šį reiškinį giliau, mokslininkai genetiškai modifikavo vaisines musytes, koreguodami mitochondrijų elektronų nuotėkio greitį jų miegą reguliuojančiose lastelėse. Padidinus elektronų išskyrimą, musytėms prireikdavo daugiau miego, nes ląstelėse gaminosi daugiau laisvųjų radikalų. Priešingai, sumažinus laisvų elektronų kiekį, rūšys miegojo trumpiau. Tai patvirtino ryšį tarp mitochondrijų sukelto lastelinio streso ir smegenų miego poreikio.

Miego tyrimų ir sveikatos perspektyva

Mitochondrijų vaidmens supratimas miego poreikyje yra svarbus tiek fundamentiniam mokslui, tiek medicinai. Sveikas mitochondrijų metabolizmas gali padėti apsisaugoti ne tik nuo miego sutrikimų, bet ir nuo neurodegeneracinių ligų (pvz., Alzheimerio), kurios siejamos su mitochondrijų veiklos sutrikimais bei klausimais dėl miego kokybės.

Tyrimas taip pat paaiškina bendresnes biologines tendencijas: mažesni gyvūnai, turintys spartesnį metabolizmą, dažniausiai miega ilgiau ir gyvena trumpiau, tikėtina – dėl didesnio metabolinio streso ir dažnesnių reikalingų lastelinių „remonto“ procesų nervų sistemoje.

„Šis tyrimas padeda atsakyti į esminį biologinį klausimą – kodėl mums būtinas miegas? Atrodo, atsakymas tiesiogiai susijęs su tuo, kaip lastelės paverčia deguonį į energiją“, apibendrina dr. Sarnataro.

Išvados

Oksfordo mokslininkų atradimai žymi svarbų žingsnį aiškinantis, kodėl miegas yra būtinas mūsų smegenų sveikatai ir visam organizmui. Susiejus miego poreikį su mitochondrijų metaboliniu perkrovimu, išryškėja pagrindinis, su energijos gamyba susijęs lastelinis mechanizmas. Tolimesni tyrimai gali padėti kurti efektyvesnius miego sutrikimų gydymo būdus, kovoti su neurodegeneracinėmis ligomis bei ieškoti galimybių gerinti bendrają lastelių ir organizmo sveikatą ir ilgaamžiškumą.