Ewidentna zależność między snem a zmianami neuronalnymi

Sen jest zachowaniem cyklicznym uwarunkowanym przez mechanizm biochemiczny zwany rytmem okołodobowym. Rytm okołodobowy determinuje grupa komórek nerwowych w mózgu, które regulują pewne zmiany fizyczne, psychiczne i behawioralne zachodzące w cyklu mniej więcej 24-godzinnym.

Naukowcy badali rytm plastyczności synaps (zmiany siły połączeń synaptycznych) na dobrze opisanym modelu zwierzęcym, ryby gatunku danio pręgowany. W ramach finansowanego ze środków UE projektu SLEEP PLASTICITY (The role of rhythmic synaptic plasticity in regulating sleep and behavioral performance) uczeni zbadali funkcję białek synaptycznych w obwodach neuronalnych uczestniczących w okołodobowym rytmie plastyczności synaps.

Opracowali oni model knockoutu hipokretyny (HCRT), aby zbadać funkcję neuronów HCRT oraz poznać nowe neurony wydzielające neurotensynę (NTS) w podwzgórzu. U ryb zaobserwowano zwiększoną liczbę przejść między stanem snu i przebudzenia, a także zmiany reakcji na zewnętrzne bodźce świetlne i dźwiękowe. Potwierdzono także występowanie oddziaływania między neuronami wydzielającymi NTS a układem HCRT.

Przy pomocy obrazowania na żywo oraz modelu knockout zmutowanego białka mct8 uczeni ustalili, że istnieje zależność między niedoborem transportera hormonu tarczycy, zmniejszoną gęstością synaptyczną w kilku obwodach neuronalnych oraz zwiększonym snem. Brak mct8 u ludzi powoduje zaburzenie poziomów hormonu tarczycy i skutkuje upośledzeniem umysłowym.

U innego zmutowanego danio pręgowanego, tym razem pozbawionego białka Nptx2a, stwierdzono zmniejszoną reakcję ruchową na przejścia ze stanu oświetlenia do ciemności oraz na bodźce dźwiękowe, a także zmniejszoną gęstość synaptyczną. Rezultaty te wskazują, że Nptx2a wpływa na reakcję ruchową na bodźce zewnętrzne poprzez pośredniczenie w strukturalnej plastyczności synaptycznej we wzbudzających obwodach neuronalnych.

Zrozumienie mechanizmu snu ułatwi opracowanie metod leczenia zaburzeń snu, które dotyczą znacznego odsetka populacji. Nowy model danio pręgowanego z narkolepsją i innymi chorobami powinien być nieoceniony dla prowadzenia zakrojonych na szeroką skalę testów farmaceutycznych u kręgowców.

Owocem projektu SLEEP PLASTICITY jest szereg publikacji na łamach renomowanych czasopism, takich jak Journal of Neuroscience, Frontiers in Neural Circuits, Journal of Comparative Neurology, Journal of Biological Chemistry czy PLoS Genetics.