Ląstelinės mieguistumo kilmės: mitochondrijų vaidmens atskleidimas

Mieguistumo ląstelinės kilmės: mitochondrijų vaidmens atskleidimas

Kiekvienas žmogus yra patyręs stiprų mieguistumą po neišmiegotos nakties – sunku išlikti budriam ir susikaupti. Nors miego svarba pripažįstama visame pasaulyje, tikslus ląstelinis mechanizmas, verčiantis mus jausti poreikį miegoti, ilgą laiką liko neišaiškintas. Naujausi Oksfordo universiteto mokslininkų tyrimai atskleidė daugiau detalių apie šį svarbų biologinį procesą: paaiškėjo, kad pagrindinį vaidmenį signalizuojant apie miego poreikį gali atlikti mitochondrijos – energiją gaminančios mūsų ląstelių struktūros.

Kontekstas: kodėl mums reikia miego?

Šimtmečius mokslininkai analizavo pagrindines miego funkcijas: atminties įtvirtinimą, smegenų priežiūrą ir detoksikaciją. Vis dėlto, tiesioginis šio poreikio ląstelinis šaltinis liko neaiškus. Siekdama atsakyti į šį klausimą, Oksfordo universiteto fiziologo prof. Gero Miesenböcko vadovaujama komanda tyrė vaisines museles (Drosophila melanogaster) – jų neuronai, reguliuojantys miegą, yra iš esmės panašūs į žmogaus neuronų tinklus.

„Mūsų tikslas buvo suprasti, kokia yra miego paskirtis ir kodėl jis būtinas,“ teigia Miesenböckas. „Nors miego nauda buvo išsamiai tiriama, aiškios fizinės priežasties, kodėl žmogus jaučiasi mieguistas, niekas dar nebuvo nustatęs.“

Eksperimentas: vaisinės muselės atskleidžia miego ląstelinius mechanizmus

Tyrėjai vykdė eksperimentus, lyginant išmiegotas ir miego stokojusias museles, detalizuodami genų raišką ir neuronų, atsakingų už miego reguliaciją, elektrinį aktyvumą. Pastebėta aiški tendencija: nemiegojus šių neuronų mitochondrijos buvo stipriai perkrautos.

Kaip mitochondrijos signalizuoja apie miego poreikį

Mitochondrijos mūsų ląstelėse funkcionuoja kaip energijos gamyklos – jos deguonį ir maistines medžiagas paverčia adenozino trifosfatu (ATP), kuris yra pagrindinis organizmo energijos šaltinis. Intensyvaus aktyvumo ar miego trūkumo laikotarpiais mitochondrijos pradeda išskirti perteklinius elektronus. Dėl šio nutekėjimo susidaro reaktyvios deguonies formos (laisvieji radikalai), kurie gali žaloti ląsteles, jei nėra neutralizuojami. Būtent laisvųjų radikalų kaupimasis veikia kaip streso signalas, skatinantis neuronų tinklus stiprinti miego poreikį ir užtikrinti pilnavertį poilsį.

Neurobiologas dr. Raffaele Sarnataro, vienas iš tyrimo autorių, paaiškina: „Nenorite, kad jūsų mitochondrijos išskirtų per daug elektronų. Tokiu atveju susidaro žalingos medžiagos, kurios kelia stresą neuronams, o ilgainiui – visoms smegenims.“

Mitochondrijų veiklos pokyčiai keičia miego ritmą

Siekdami giliau suprasti mechanizmą, mokslininkai genetiškai modifikavo vaisines museles, kad pakeistų elektronų nutekėjimo neuronų mitochondrijose greitį. Muselės, kurių neuronų mitochondrijos generavo daugiau laisvųjų radikalų, patirdavo didesnį miego poreikį ir miegodavo ilgiau. Sumažinus elektronų nutekėjimą – miego būtinybė taip pat sumažėdavo. Šie rezultatai tvirtai patvirtina ryšį tarp mitochondrijų streso signalų ir smegenų poreikio miegui.

Reikšmė miego mokslui ir sveikatai

Mitochondrijų vaidmens suvokimas miego poreikyje turi platų mokslinį ir medicininį atgarsį. Sveika mitochondrijų veikla gali padėti išvengti ne tik miego sutrikimų, bet ir neurodegeneracinių ligų, tokių kaip Alzheimerio liga, kurios glaudžiai siejasi tiek su mitochondrijų disfunkcija, tiek su sutrikusiais miego ciklais.

Be to, tyrimas paaiškina platesnes biologines tendencijas: mažesniems gyvūnams, turintiems spartesnę medžiagų apykaitą, dažnai reikia daugiau miego ir pasižymi trumpesniu gyvenimo trukme – dėl didesnio metabolinio streso ir būtinybės daugiau taisyti neuronų pažeidimus.

„Šis tyrimas padeda atsakyti į vieną pagrindinių biologijos klausimų – kodėl mums reikia miego? Atsakymas, regis, tiesiogiai susijęs su tuo, kaip mūsų ląstelės paverčia deguonį energija,“ apibendrina dr. Sarnataro.

Išvados

Oksfordo mokslininkų atradimai žymi svarbų etapą bandant suprasti, kodėl miegas yra gyvybiškai būtinas smegenų sveikatai. Susieję mūsų poilsio poreikį su mitochondrijų metabolinio perkrovimo signalais, tyrėjai pabrėžia pagrindinį ląstelinį procesą, esantį miego biologijos esmėje. Tolimesni tyrimai gali padėti sukurti naujus gydymo būdus nuo miego sutrikimų, neurodegeneracinių ligų ir galbūt net padėti rasti kelių, kaip pagerinti bendrą ląstelių sveikatą bei žmogaus ilgaamžiškumą.