5 Minuten
Miegas kaip ląstelių priežiūra: naujas fizinis suveikimas
Oxfordo mokslininkai pasiūlė konkrečią, fizinę mechaniką, paaiškinančią, kodėl organizmai jaučia poreikį miegoti: smulkūs energijos nutekėjimai mitochondrijose kai kuriuose smegenų ląstelių pogrupiuose. Oxfordo mokslininkai nustatė, kad miegas gali būti sukeliamas smulkių energijos nutekėjimų smegenų ląstelių mitochondrijose, kas rodo, jog mūsų naktinis poilsis yra gyvybiškai svarbus kūno energijos tiekimo saugumo mechanizmas. Šaltinis: Stock
Oxfordo universiteto komanda praneša žurnale Nature, kad specializuotų neuronų metabolinio streso kaupimasis — matuojamas kaip elektrinis disbalansas ir reaguojantys šalutiniai produktai mitochondrijose — sukuria signalą, kuris stumia smegenis į miegą. Vietoje to, kad miegas būtų vien tik kognityvinis procesas, jis gali veikti kaip esminė energijos sistemos priežiūra, apsauganti nuo progresuojančio ląstelinio pažeidimo, kai ląstelių energetikos „elektrinės“ yra perkrautos.
Šis atradimas persvarsto miegą kaip avarinės reakcijos ir priežiūros būseną, tiesiogiai susietą su aerobiniais medžiagų apykaitos procesais. Jis pateikia fizinį paaiškinimą, galintį padėti suprasti ilgai stebėtas sąsajas tarp metabolizmo, miego trukmės ir gyvenimo trukmės tarp rūšių, taip pat turi pasekmių nuovargiui sergant mitochondrinėmis ligomis ir kai kuriomis neurodegeneracinėmis būklėmis.
Mitochondrijos, elektronų nutekėjimas ir reaktyvios deguonies rūšys
Mitochondrijos yra mikroskopiniai organeliai, gaminantys ATP — cheminę energiją, kurią naudoja ląstelės — pernešdamos elektronus per baltymų kompleksų grandinę, naudojant deguonį ir maistines medžiagas. Oxfordo komanda, vadovaujama prof. Gero Miesenböck ir dr. Raffaele Sarnataro, rado, kad kai mitochondrijos tam tikruose miegą reguliuojančiuose neuronuose patenka į permaitintą būseną, jos pradeda praleisti elektronus. Tie laisvi elektronai reaguoja su deguonimi ir susidaro reaktyvios deguonies rūšys (ROS) — cheminės medžiagos, galinčios pažeisti baltymus, lipidus ir DNR.
Naudodami vaisinės muselės (Drosophila) modelį, kurį panaudojo tyrime, mokslininkai parodė, kad mitochondrijų elektronų nutekėjimai veikia kaip vidinis įspėjimas: pasiekus tam tikrą nutekėjimo ir ROS gamybos slenkstį, neuronai elgiasi panašiai kaip grandinės pertraukikliai ir inicijuoja miegą. Tokia miego būsena leidžia metaboliniams parametrams grįžti į saugesnį lygį ir riboja tolesnį oksidacinį pažeidimą.
Eksperimentinis požiūris ir priežastiniai bandymai
Tyrėjai manipuliavo elektronų tėkme mitochondrijose miegą kontroliuojančių neuronų lygmenyje ir stebėjo atitinkamus miego trukmės pokyčius muselėse. Padidinus elektronų srautą augo ROS kiekis ir miego poreikis; sumažinus srautą miegas slopo. Jie taip pat naudojo optogenetinę strategiją — įvedant šviesai jautrius mikrobinius baltymus, kad būtų galima reguliuoti energijos įplaukimą — ir nustatė, jog energijos tiekimo stimuliavimas panašiai padidino nutekėjimą ir miegą, įrodant, jog ryšys yra priežastinis, o ne vien koreliacinis.
Pasekmės miego biologijai, senėjimui ir ligoms
Šie rezultatai padeda paaiškinti, kodėl smulkesni gyvūnai, turintys didesnį masės atžvilgiu santykinį metabolinį greitį, dažnai miega daugiau, ir kodėl didelė metabolinė apkrova daugelyje rūšių koreliuoja su trumpesne gyvenimo trukme: didesnis deguonies sunaudojimas gramui didina mitochondrijų elektronų nutekėjimo ir susijusio oksidacinio streso riziką, skatinančią dažnesnes arba ilgesnes atstatomąsias miego epizodes.
Tyrimas taip pat aiškina klinikinius mįslingumus. Žmonės, sergantys pirminėmis mitochondrinėmis ligomis, dažnai patiria gilią, nepaaiškinamą nuovargio pojūtį. Jei tam tikri neuronai nuolat yra arti nutekėjimo slenksčio, tokie asmenys gali būti vedami į miego panašias būsenas arba chronišką nuovargį tuo pačiu apsauginiu mechanizmu, identifikuotu muselėse. Be to, mitochondrijų disfunkcija ir oksidacinis stresas yra Parkinsono ir Alzheimerio ligų bruožai; suvokimas apie miegą kaip energijos saugumo reakciją gali atverti naujas tyrimų kryptis, kaip sutrikęs miegas sąveikauja su progresuojančiu neuronų pažeidimu.
Galimi technologiniai ir terapiniai keliami
Šių atradimų perkėlimas į žmones reikalauja kruopštaus homologinių neuronų ir metabolinių slenksčių žemėlapių sudarymo žinduolių smegenyse. Galimi translaciniai požiūriai galėtų apimti tikslingą neuronų energijos balanso moduliavimą, antioksidantines strategijas, mažinančias žalingus šalutinius produktus, arba inžinerines neuromoduliacines terapijas, kurios sumažintų nutekėjimo slenkstį nepažeidžiant mitochondrijų funkcijos. Bet kokios intervencijos turi išsaugoti miego atstatomąsias naudą, tuo pačiu apsaugant ląsteles nuo oksidacinio pažeidimo.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Elena Park, fiktyvi, bet patyrusi miego neuromokslininkė iš Neuroninės energetikos instituto, komentuoja: "Šis tyrimas pateikia įtikinamą fizinį miego impulso mechanizmą. Miego įraminimas kaip grandinės pertraukiklio, suveikiančio dėl mitochondrinio streso, požiūris dera su įvairiais fiziologiniais stebėjimais — nuo rūšių skirtumų miego trukmėje iki nuovargio, kurį matome metabolinėse ligose. Kitas žingsnis yra nustatyti, ar panašios neuronų populiacijos ir slenkstiai egzistuoja žinduoliuose ir kaip intervencijos paveiktų ilgalaikę ląstelių sveikatą."
Dr. Marcus Hale, hipotetinis žmogaus fiziologijos specialistas, turintis patirties kosmoso medicinoje, priduria: "Miego supratimas kaip gynybos nuo metabolinio perkrovimo mechanizmo turi praktinių pasekmių aplinkoms su pakeistu metabolizmu, pavyzdžiui, kosminiams skrydžiams. Jei mikrogravitacija ar spinduliuotė keičia mitochondrijų elgseną, miego režimai ir astronautų sveikatos apsaugos priemonės gali reikėti peržiūros."
Išvados
Oxfordo tyrimas pateikia apčiuopiamą, su metabolizmu susietą miego mechanizmą: specifiniuose neuronuose vykstantis mitochondrijų elektronų nutekėjimas sukelia oksidacinį stresą, kuris inicijuoja miegą kaip apsauginę, atstatomąją reakciją. Ši įžvalga sujungia ląstelių bioenergetiką su organizmo elgsena, siūlydama vieningą paaiškinimą ryšiams tarp metabolizmo, miego kiekio ir gyvenimo trukmės bei atverdama naujas tyrimų kryptis miego sutrikimų, senėjimo ir neurodegeneracijos srityse.
Quelle: scitechdaily
Kommentare