5 Minutės
Miegas kaip ląstelių priežiūra: naujas fizinis suveikiklis
Oksfordo mokslininkai pasiūlė konkretų, fizinį mechanizmą, paaiškinantį, kodėl organizmai jaučia poreikį miegoti: smulkūs energijos nutekėjimai mitochondrijose tam tikrų smegenų ląstelių. Oksfordo tyrėjai nustatė, kad miegą gali sukelti smulkūs energijos nutekėjimai smegenų ląstelių mitochondrijose, o tai rodo, kad mūsų nakties poilsis yra svarbi kūno energijos tiekimo saugumo priemonė. Credit: Stock
Komanda Oksfordo universitete praneša žurnale Nature, kad metabolinio streso kaupimasis specializuotose neuronuose — matuojamas kaip elektrinis disbalansas ir reaguojantys šalutiniai produktai mitochondrijose — sukuria signalą, stumiantį smegenis į miegą. Vietoj to, kad miegas būtų vien tik kognityvinis procesas, jis gali veikti kaip būtina energijos sistemų priežiūra, neleidžianti progresuoti ląsteliniam pažeidimui, kai ląstelių energijos gamyklos perkraunamos.
Šis radinys peržiūri miegą kaip avarinio atsako ir priežiūros būseną, tiesiogiai susijusią su aerobiniu metabolizmu. Jis siūlo fizinį paaiškinimą, galintį paaiškinti seniai pastebėtus ryšius tarp metabolizmo, miego trukmės ir gyvenimo trukmės tarp rūšių, ir turi reikšmės suprasti nuovargį mitochondrijų ligose bei kai kuriose neurodegeneracinėse būklėse.
Mitochondrijos, elektronų nutekėjimas ir reaktyviosios deguonies rūšys
Mitochondrijos yra mikroskopinės organelės, kurios gamina ATP — cheminę energiją, kurią naudoja ląstelės — pernešdamos elektronus per baltymų kompleksų grandinę, naudodamos deguonį ir maistines medžiagas. Oksfordo komanda, vadovaujama prof. Gero Miesenböck ir dr. Raffaele Sarnataro, nustatė, kad kai mitochondrijos tam tikruose miegą reguliuojančiuose neuronuose patenka į perteklinio tiekimo būseną, jos pradeda praleidinėti elektronus. Tie laisvieji elektronai reaguoja su deguonimi ir susidaro reaktyviosios deguonies rūšys (ROS) — cheminės reaktyvios molekulės, galinčios pažeisti baltymus, lipidus ir DNR.
Drosophila (vaisių musės) modelyje, naudotame tyrimui, šie mitochondrijų elektronų nutekėjimai veikia kaip vidinis įspėjimas: pasiekus tam tikrą nutekėjimo ir ROS gamybos slenkstį, neuronai elgiasi kaip saugikliai ir inicijuoja miegą. Ši miego būsena leidžia metaboliniams parametrams sugrįžti į saugesnį lygį ir riboja tolesnius oksidacinius pažeidimus.
Eksperimentinis požiūris ir priežastiniai testai
Tyrėjai manipuliavo elektronų srautu mitochondrijose miegą kontroliuojančiuose neuronuose ir stebėjo atitinkamus miego trukmės pokyčius musėse. Padidėjęs elektronų srautas kėlė ROS kiekį ir miego poreikį; sumažintas srautas slopino miegą. Jie taip pat panaudojo optogenetinę strategiją — įvedant šviesai jautrias mikrobinės kilmės baltymus, kad būtų galima reguliuoti energijos įtekėjimą — ir nustatė, jog energijos tiekimo stimuliavimas panašiai padidino nutekėjimą ir miegą, įrodant, kad ryšys yra priežastinis, o ne vien tik koreliacinis.
Reikšmė miego biologijai, senėjimui ir ligoms
Šie rezultatai padeda paaiškinti, kodėl mažesni gyvūnai, turintys didesnį masės-specifinį metabolinį aktyvumą, dažnai miega ilgiau, ir kodėl didesnė metabolinė apkrova daugelyje rūšių siejama su trumpesne gyvenimo trukme: didesnis deguonies suvartojimas gramui didina mitochondrijų elektronų nutekėjimo ir susijusio oksidacinio streso riziką, skatindamas dažnesnius ar ilgesnius atstatomuosius miego epizodus.
Tyrimas taip pat aiškina klinikines mįsles. Žmonės, sergantys pirminėmis mitochondrijų ligomis, dažnai patiria gilų, nepaaiškinamą nuovargį. Jei tam tikri neuronai nuolat yra arti nutekėjimo slenksčio, tie asmenys gali būti vedami į miegui panašias būsenas arba chronišką nuovargį tuo pačiu apsauginiu mechanizmu, kaip nustatyta musėse. Be to, mitochondrijų disfunkcija ir oksidacinis stresas yra Parkinsono, Alzheimerio ir kitų neurodegeneracinių ligų bruožai; supratimas, kad miegas yra energijos saugumo atsakas, gali atverti naujas tyrimų kryptis, kaip sutrikęs miegas sąveikauja su progresuojančiu neuronų pažeidimu.
Potenčios technologinės ir terapinės kryptys
Šių rezultatų perkėlimas į žmones reikalauja kruopštaus homologinių neuronų ir metabolinių slenksčių žemėlapio sudarymo žinduolių smegenyse. Potencialūs translaciniai metodai galėtų apimti tikslingą neuronų energijos pusiausvyros reguliavimą, antioksidantines strategijas, mažinančias kenksmingus šalutinius produktus, arba inžinerines neuromoduliacines terapijas, kurios sumažintų nutekėjimo slenkstį nepažeisdamos mitochondrijų funkcijos. Bet kokios intervencijos turi išsaugoti miego atstatomąsias naudas ir kartu apsaugoti ląsteles nuo oksidacinio pažeidimo.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Elena Park, fiktyvi, bet patyrusi miego neuromokslininkė Ištisinių Neuronalios Energetikos institute, komentuoja: «Šis tyrimas pateikia įtikinamą fizinį miego skatinimo mechanizmą. Miegą apibrėžiant kaip saugiklį, suveikiantį dėl mitochondrijų streso, dera įvairūs fiziologiniai pastebėjimai — nuo rūšių skirtumų miego trukmėje iki nuovargio, kurį stebime metabolinėse ligose. Kitas žingsnis yra nustatyti, ar panašios neuronų populiacijos ir slenksčiai egzistuoja žinduolių smegenyse ir kaip intervencijos paveiktų ilgalaikę ląstelių sveikatą.»
Dr. Marcus Hale, hipotetinis žmogaus fiziologijos specialistas, turintis patirties kosminės medicinos srityje, priduria: «Miego supratimas kaip apsauga nuo metabolinio perkrovimo turi praktinių pasekmių aplinkoms su pakeistu metabolizmu, pavyzdžiui, kosminiam skrydžiui. Jei mikrograitis ar spinduliuotė keičia mitochondrijų elgseną, miego modeliai ir astronautų sveikatos prevencinės priemonės gali reikalauti peržiūros.»
Išvados
Oksfordo tyrimas pateikia apčiuopiamą, metabolizmu grįstą miego mechanizmą: specifinių neuronų mitochondrijų elektronų nutekėjimas sukelia oksidacinį stresą, kuris skatina miegą kaip apsauginį ir atstatomąjį atsaką. Ši įžvalga jungia ląstelių bioenergetiką su organizmo elgsena, siūlydama vieningą paaiškinimą ryšiams tarp metabolizmo, miego kiekio ir gyvenimo trukmės, ir atveria naujas tyrimų kryptis miego sutrikimų, senėjimo ir neurodegeneracijos srityse.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai