Почему организму необходим сон

Сон важен для работы мозга и общего здоровья, но механизмы его благотворного воздействия остаются в значительной степени неизвестными. В статье, опубликованной 9 августа в открытом журнале PLOS Biology, исследователи сна Шаназ Дисслер и Максим Жан из Лозаннского университета и Швейцарского института биоинформатики (SIB) исследуют новые беспристрастные подходы для изучения сна на системном уровне.

Один из таких подходов — «системная генетика». Она позволяет делать выводы о биологических явлениях, связывая различные уровни информации — от ДНК до фенотипа через экспрессию генов, белки и метаболизм — на уровне популяции. Этот подход даёт глобальное и взаимосвязанное представление о биологических процессах и считается ключевым для прогнозирования предрасположенности к заболеваниям.

В данном исследовании системно-генетический анализ был проведён на мышах с целью выявления молекулярных сигнальных путей, которые определяют устойчивость или уязвимость к недосыпу. Семь лет работы завершились созданием открытой интерактивной базы знаний (https://bxd.vital-it.ch/), которая количественно оценивает эффекты депривации сна и генома на уровне:

• транскриптома мозга и печени,
• метаболома крови,
• феномена сна-бодрствования (детальный анализ мозговой активности и поведения).

Первичное исследование дало несколько важных результатов:

1. Лишение сна в первой половине фазы отдыха (световой период у мышей) повсеместно затрагивало все системные уровни: экспрессия изменилась у 78% всех экспрессируемых генов в мозге.
2. Были идентифицированы генетические варианты, которые проявляли своё действие только после депривации сна, а не в нормальных условиях. Эти варианты определяли не только величину молекулярного или поведенческого ответа на недосып, но в некоторых случаях и направление изменений, объясняя сильные индивидуальные различия в реакции на недостаток сна.

Наиболее поразительным наблюдением стало то, что молекулы и метаболические пути, активные в периферической ткани (печени), по-видимому, напрямую влияют на фенотипы, считающиеся строго центральными, например, на частоту колебаний, зарождающихся в определённых областях мозга, таких как гиппокамп. Данные со всех четырёх уровней организации указали на метаболизм жирных кислот как на субстрат негативных последствий потери сна.

Такие выводы не только могут направлять новые терапевтические стратегии, но и бросают вызов доминирующей «мозгоцентричной» точке зрения на сон, которая долгое время определяла гипотезы о его функции и регуляции.

Авторы продолжают сотрудничество, укрепляя этот уникальный ресурс путём добавления третьего регуляторного молекулярного уровня и разработки биоинформатических инструментов для выявления скрытых взаимодействий и путей в данных. Они надеются, что этот беспристрастный подход поможет понять, почему организму необходим сон.