Японские и американские ученые обнаружили гены, которые отвечают за разные фазы сна у мышей. Результаты работы опубликованы в журнале Nature, им также посвящен сопутствующий редакционный материал.

Сон присущ млекопитающим, птицам, рептилиям, амфибиям, части рыб и, в определенной форме, некоторым беспозвоночным, включая мух и круглых червей. У людей и млекопитающих сон происходит циклично, и каждый цикл проходит в две фазы — медленного (без быстрого движения глазных яблок, non-REM) и быстрого (с быстрым движением глазных яблок, REM) сна, которые отличаются по физиологии и легко различимы на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) и электромиограмме (ЭМГ). Потребность в сне у представителей одного биологического вида различается, однако то, от чего она зависит, изучено недостаточно.

Чтобы изучить возможное влияние генов на продолжительность сна, сотрудники Университета Цукубы и еще девяти научных центров Японии и США вызвали назначением этилнитрозомочевины непредсказуемые спонтанные мутации у самцов мышей. После этого их скрестили со здоровыми самками для случайного наследования мутаций потомством. У более чем 8000 получившихся гетерозиготных мышей в течение двух дней регистрировали продолжительность сна, а также его структуру с помощью ЭЭГ и ЭМГ.

Это позволило выявить две популяции мышей с выраженными нарушениями сна. Одна из них, названная «сонливыми», спала в среднем около 15часов в сутки, что на 3,5 часа больше, чем в среднем по скринингу и гораздо больше, чем среднее значение для лабораторной мыши. Медленный сон у них оказался значительно глубже, чем у обычных животных, при этом они нормально отвечали на введение кофеина (то есть центры пробуждения у них не были затронуты). Циркадные ритмы у них также нарушены не были.

Анализ ДНК «сонливых» мышей выявил точечную мутацию в гене,кодирующем протеинкиназу SIK3, активную по всему мозгу и организму, а не только в центрах сна. Вызывая такую же мутацию у здоровых мышей, ученые наблюдали схожие нарушения сна. Воспроизведение ее у мух-дрозофил и круглых червей также влияло на их сноподобное состояние, что свидетельствует об эволюционной сохранности связи SIK3 со сном.

У мышей из другой популяции, названных «бессонными»,продолжительность быстрого сна была снижена на 44 процента по сравнению с обычными животными. Анализ их ДНК определил мутацию в гене, кодирующем ионный канал NALCN, который, как было показано ранее, участвует в регуляции циркадных ритмов дрозофил. У «бессонных» мышей также наблюдалось нарушение этих ритмов, в отличие от «сонливой» популяции.

При этом мозговые волны, зарегистрированные на ЭЭГ, в обеих мутантных популяциях отличались от нормы и при быстром, и при медленном сне, и при бодрствовании, то есть обе мутации приводили к нарушениям мозговой активности в любом состоянии.

Схема эксперимента. Derk-Jan Dijk and Raphaëlle Winsky-Sommerer, Nature, 2016

Полученные результаты подтвердили, что индивидуальные особенности сна могут иметь наследственную природу. Кроме того, они дали направление поиска для будущих исследований генетики сна у людей, что может иметь клиническое значение. Например, имеет смысл проанализировать SIK3 у пациентов с гиперсомнией (патологически увеличенной потребностью в сне), а также выяснить, играет ли роль NALCN в возрастных когнитивных нарушениях, для которых характерно уменьшение продолжительности медленного сна.

Недавно американские антропологи выяснили, что люди отличаются от других приматов недолгим, но «качественным» сном, который оставляет больше времени на освоение новых навыков и их запоминание. Другой научный коллектив показал,что недостаток сна нарушает адаптацию к изменяющимся обстоятельствам и мешает учитывать поступающую обратную связь, что приводит к принятию не рациональных решений в критических ситуациях.

Автор: Олег Лищук