Wissenschaftler fanden Schlaf Schalter im Gehirn der Maus

Biologen untersuchten mehr als hundert Jahre schlafen. Im Laufe der Zeit nach oben begann Oberfläche interessante Details: Schlafentzug, wie wir jetzt wissen, kann tödlich sein. Verschlafene Druck — das Bedürfnis nach Schlaf — nimmt zu, je länger wir wach sind. Wie bei Menschen und anderen Säugetieren, Schlaf gut sichtbar in den Aussagen der Aktivität des Gehirns. Allmählich auf жужжащей Linien EEG Reihe zu bilden beginnt Knicke, die so genannte carotis-Spindeln, die hell Leuchten Monitore Labore Schlaf.

Aber bei all diesen sorgfältigen Beobachtungen sind die molekularen Maschinen, die hinter unseren nächtlichen Abflüge aus dem Bewusstsein, bleiben unter den tiefsten Geheimnisse in der modernen Biologie. «Auf mechanistischen Ebene wissen wir nicht, was macht uns zu schlafen», sagt Amit Segal, chronobiologe von der University of Pennsylvania, leitfähige Schlafforschung auf Obst мушках. Biologen gezwungen mutieren Tausende von Labor-Organismen wie Fruchtfliegen, indem Sie aus Ihnen diejenigen, bei denen es Abweichungen in den Schemata Schlaf, und Ihre Gene untersucht. Auch studierte Menschen mit Schlafstörungen. Die Idee ist, dass, wenn wir herausfinden, welche Gene gestört — dass Menschen zum einschlafen über den Tisch oder macht Fliegen viel zu schläfrig, um Nachkommen zu geben, — wir nähern um zu verstehen, warum wir überhaupt schlafen wollen und aus was besteht der Schlaf auf molekularer Ebene.

Und hier ist eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Japan und Texas veröffentlicht die ersten Ergebnisse einer leistungsfähigen Experiment, das zeigt den gleichen Ansatz, aber mit Beteiligung von Mäusen, auf den beispiellosen Ausmaß. Seit mehreren Jahren Wissenschaftler haben Gene Mutation von tausenden von Mäusen, Stimmen Sie zu Wellen-Monitore des Gehirns und beobachtete Ihren Schlaf. In einem aktuellen Artikel in Nature die Wissenschaftler haben zwei Gene, die sich in der biologischen Maschine schlafen. Der erste wurde bei Mäusen, die brauchen mehr Schlaf als üblich. Andere fanden bei Mäusen, die verbringen weniger Schlaf mit träumen (in der Phase der Rapid Eye Movement, REM). Diese Ergebnisse haben vor Forschern Schlaf neue Ziele und fördern die wachsende Welle der Forschung auf der Identifizierung der molekularen Grundlagen des Schlafes.

Die Idee, ein solches Experiment erschien im Jahr 2007, sagt Masashi Янагисава. Damals Biologe arbeitete in der Südwestlichen medizinischen Mitte der Universität von Texas. Er beschäftigte sich mit der Erforschung des Schlafes in den zehn Jahren davor, als Sie zusammen mit Kollegen entfesselt die Jagd auf interessante Neurotransmitter, идентифицировав Protein, das verbunden war mit Narkolepsie. Patienten Narkolepsie können plötzlich übergehen in die Phase der schnellen Augenbewegungen (einschlafen), auch wenn jetzt gelacht oder saßen im Chat. Studien unter Beteiligung von Nagetieren, denen fehlte dieses Protein, und die Kolonien нарколептических Hunde in Stanford, sowie Untersuchungen am Menschen, doch schon bald wurde klar die Rolle des proteins. Die sogenannten Orexin hilft den Menschen wach zu halten — aber es ist noch nicht die ganze Geschichte. Wissenschaftler haben entdeckt und Neuronen, die für den Zustand der Angst und Sedierung. Янагисаве wurde immer interessanter und immer mehr wollte Blackbox zu knacken Schlaf.

Nicht so lange her, Biologen begonnen, die Tausende von mutierten Fruchtfliegen auf der Suche nach Genen Schlaf. Für Fliegen, die sich in ständiger Bewegung, wenn man wacht, bestimmen die Wissenschaftler den «Schlaf» als Perioden der Inaktivität. Aber der Goldstandard für die Erforschung des menschlichen Schlafes ist die Elektroenzephalographie oder EEG, mit der Phase des Schlafes verfolgen und misst die Aktivität des Gehirns. Es wäre interessant zu versuchen, diese Methode mit Mäusen, dachte Янагисава. Ja, Ihre Zucht und Pflege wäre es teurer als Fliegen, aber Sie könnte eine überwachungs-Implantate für EEG. Und die Maus evolutionär näher an die Menschen. Deshalb Wissenschaftler Vereinte Anstrengungen mit Joseph Таканаши aus Süd-West-Universität, Spezialist für die tiefen Untersuchungen von Mäusen.

Sie beschlossen, dass Sie in der Lage, wöchentlich erstellt 30-40 mutierten Mäusen, Monitoren implantieren Aktivität des Gehirns zu Ihnen in die Köpfe und beobachten, wie lange Sie schlafen und wie lange verbringen Zeit in jeder Schlafphase. Diese Studie генерировало die gleichen Daten, wie die Forschung am Menschen. Mäuse mit Behinderung war es möglich, zu identifizieren, basierend auf der Aktivität des Gehirns, und dann durchsieben Genome auf der Suche nach Verantwortlichen für die Abweichung der Gene.

Die Pilotphase begann mit mehreren hundert Tieren. «Jede Maus konnte sein Schatz», sagt Янагисава. «Man muss einfach herausfinden, welches von Ihnen». Sie sind ziemlich bald fanden die Maus mit Schlafstörungen. Und im Jahr 2009 Янагисава erhielt großen Zuschuss von der Regierung von Japan für schlafstudien. Grant war so groß, daß er ihm ein wissen an der Universität Tsukuba in Japan, um mit der überwachung im großen Maßstab. «Jetzt machen wir bis zu 100 Mäuse pro Woche», sagt Янагисава.

In der Arbeit in Nature präsentiert die Ergebnisse der Studie 8000 Mäuse. Im Laufe der Jahre, wie Segal und andere Forscher, Sie hörten etwas neues über den Fortschritt dieser Gruppe. Allerdings sind die Namen der Gene immer streng geheim gehalten. Segal erinnert sich an ein treffen, bei dem der Forscher aus dem Labor Янагисава поддразнивающе fragte das Publikum: «Fragen Sie, was möchten Sie wissen?». Die Menge brüllte zur Antwort: «Nennen Sie Gene!».

«Also war ich sehr froh die Arbeit zu sehen», mit einem lachen sagt Segal, «und schließlich herauszufinden, dass es für die Gene».

Das Erste gen, das beschrieb ein Team von Wissenschaftlern, schafft ein Protein namens SIK3. Die Mäuse mit dem mutierten gen SIK3 verbringen weniger Zeit im Modus der Wachheit — Sie schliefen täglich auf 30% mehr als andere Mäuse. SKI3 ist ein Enzym, das verwendet Handy-Akku — Moleküle Energiespeicherunter dem Namen ATP für die Aktivierung von anderen Proteinen. Wenn die Wissenschaftler erforschten die Natur dieser Mutationen, fanden Sie, dass Sie entfernt den Schalter SIK3. Mutation walling SIK3 im Modus «ein».

Ein Anderes gen fanden bei der Maus, die verbrachte weniger Zeit in der Schlafphase schnelle Augenbewegungen, versehentlich zu fallen und aus diesem Zustand fallen, das dauerte in der Regel im Laufe der vorhersehbaren Zeitraum. Die Mutation in diesem Fall wurde in der Protein-NALCN, die als Kanäle in den Zellwänden der Neuronen. Dieses Protein ermöglicht die Ionen brechen durch Sie hindurch. Speziell bei dieser Maus eine Mutation dazu führen konnte, dass die neuronale Aktivität, die zu früh anzeigt, wenn das Tier aus der Phase der schnellen Augenbewegungen.

Die Identifizierung von Genen im Zusammenhang mit dem Schlaf, führt nicht zu sofortiger Antworten. Schlaf ist so wichtig für das überleben, dass die Vorfahren eines jeden schlafenden Wesen, die heute lebt, riskiert den Tod, um das jeden Tag tun. Dies bedeutet, dass jeder von uns im Körper gibt es viele Möglichkeiten, um Schlaf zu verursachen. Mechanismen müssen viele sein, um Sie schwer zu verletzen zufälligen Mutation des Gens oder etwas anderes, um auszuschließen, die Möglichkeit des Schlafes zu rekonstruieren. Мутантная fliege, die geboren mit einer schweren Pathologie des Schlafes, im Laufe der Generationen produzieren wird mehr und mehr Schlafbedürfnis, sagt Segal. Das kann zu einem Nachteil für die Wissenschaftler, aber gleichzeitig sagt über die Zuverlässigkeit des Schlafes als Mechanismus. Und die meisten Gene im Zusammenhang mit dem Schlaf, fanden die in den letzten zehn Jahren, hatten viele Termine. «Es gibt keine unterschiedliche «gen Schlaf», sagt Divya Ситараман, Schlaf-Forscher an der Universität von San Diego. «Es gibt Gene mit den grundlegenden Funktionen, die auch Auswirkungen auf den Schlaf».

Im neuen Werk wird ein großartiges Beispiel. SIK3, wie sich herausstellte, zeigt sich nicht nur im Gehirn. Seit vielen Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es verwendet wird, im ganzen Körper. Er ist verbunden mit der Stoffwechsel Probleme, die zu Schläfrigkeit führen können körpereigene, sagt Tom Скаммелл, Arzt und Schlaf-Forscher an der Harvard School of medicine. Medizinische Forschung Mäuse können Sie erkennen, ob diese Schläfrigkeit mit dem Einfluss von SKI3 auf den Schlaf oder z.B. mit einer Schädigung der Leber oder der Nieren.

Dennoch, da die Arbeit an Tierbaumustern weiterhin identifizieren immer mehr im Zusammenhang mit dem Schlaf von Genen, beim Menschen ist dieser Satz erfordert viel mehr eine ernsthafte Annäherung. Wissenschaftler überdosieren Tausende von Menschen in Abhängigkeit von der Zeit Ihres Schlafes, Ihre Gene untersuchen, um zu offenbaren zwischen Ihnen irgendwelche Beziehungen und Gesetzmäßigkeiten. Aber Studien bringen keine greifbaren Ergebnisse.

Bisher ergab sich nicht so viele Assoziationen mit den Genen, sagt Rick Saxena, Genetiker von der Harvard School of medicine. Dies hängt wahrscheinlich mit einem überschuss von Mechanismen Zwang zu schlafen — nicht vorhanden oder nicht gefunden spezifisch exprimierten Genen, deren Auswirkungen können Sie auf dem Allgemeinen hintergrund zu offenbaren.

Allerdings ist es absolut normal für ein relativ neues Forschungsgebiet. Ja, Träume erforschen seit langem, aber bis vor kurzem diese Untersuchungen trugen sehr beschreibend. Nun sind diese Studien mehr механистичны. Inzwischen Янагисава und seine Kollegen weiterhin beobachten schlafend Nagetieren. Und glauben Sie mir, es ist sehr interessant.