Почему животные спят? Почему люди проводят треть жизни во сне? В процессе эволюции сон остался универсальным и важным процессом, присущим всем живым организмам с нервной системой, включая беспозвоночных, мух, червей и даже медуз. Однако причины сохранения сна с учетом угрозы со стороны хищников остаются загадкой.

В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи университета имени Бар-Илана в Израиле открыли новую и неожиданную функцию сна, которая позволяет объяснить влияние сна и его расстройств на работу, взросление и заболевания мозга.

Используя 3D сканирование рыбок данио рерио в режиме реального времени, исследователи сосредоточились на функциях одиночных хромосом и выяснили, что одиночные нейроны нуждаются во сне для сохранения ядра.

Повреждения ДНК обусловлены протеканием различных процессов, облучением, окислительным стрессом и даже нейрональной активностью. Системы репарации ДНК в клетках восстанавливают повреждения. Текущая работа показала, что при бодрствовании, динамика хромосом низкая и повреждения ДНК быстро накапливаются, достигая опасного уровня.

Во время сна возрастает динамика хромосом и нормализуется уровень повреждений ДНК в одиночных нейронах. Очевидно, этот охранительный процесс не эффективен при бодрствовании и нуждается во сне и снижении поступления информации в мозг. По словам ведущего исследователя, профессора Lior Appelbaum, процесс схож с ремонтом дорог, когда удобнее латать дыры ночью, в условиях сниженного трафика.

Appelbaum назвал накопление повреждений ДНК «платой за бодрствование». Он и его коллеги предположили, что сон консолидирует и синхронизирует процессы восстановления одиночных нейронов, и проверили эту гипотезу.

Открытие стало возможным, благодаря использованию рыбок данио в качестве модельного организма. Их тело абсолютно прозрачно, работа мозга похожа на человеческий мозг, поэтому они идеально подходят для изучения отдельных клеток живого организма в физиологическом состоянии. Микроскопия с высоким разрешением позволила отследить движения ДНК и нуклеарных белков в клетке бодрствующих рыбок и во сне. Исследователей особенно привлекла более высокая активность хромосом ночью, когда тело отдыхает.

Результаты установили динамику хромосом в качестве маркера для идентификации отдельных спящих клеток. По словам Appelbaum, они определили связь сна, динамики хромосом, нейрональной активности, повреждений и репарации ДНК.

«Несмотря на угрозы внешней среды, животные, медузы, данио или человек, сохранили сон, который позволяет устранять повреждения ДНК» — Appelbaum.

——

www.nature.com/articles/s41467-019-08806-w