Биологи случайно нашли гены быстрого и медленного сна

Результаты исследования представлены в журнале Nature.

Сон как физиологическое состояние характерен для млекопитающих, рептилий, некоторых рыб и беспозвоночных. Одним из свойств сна является цикличность, при этом в случае млекопитающих (включая человека) выделяются две фазы сна: быстрая (с быстрым движением глаз — БДГ) и медленная. Потребность во сне у представителей одного вида может различаться, однако связанные с ней механизмы изучены недостаточно.

В своем эксперименте американо-японская группа исследователей проанализировала влияние генов на продолжительность сна. С помощью этилнитрозомочевины (токсический агент) ученые вызывали у самцов мышей многочисленные спонтанные мутации, после чего скрещивали их со здоровыми самками. Затем у более чем 8 тысяч получившихся щенков они регистрировали структуру и продолжительность сна с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электромиограммы (ЭМГ) и других методов.

Схема эксперимента. 

Анализ позволил выявить две популяции мышей с выраженными нарушениями сна: «сонных» и «бессонных». Животные из первой группы спали в среднем 15 часов в сутки, что на 3,5 часа больше по сравнению с другими щенками и значительно больше, чем у здоровых мышей. В отличие от последних у «сонливых» особей также наблюдался более глубокий медленный сон. Вместе с тем они показывали нормальную реакцию на кофеин, что говорит о сохранности центров пробуждения. Циркадные ритмы «сонных» мышей затронуты не были.

По итогам генетического анализа этой популяции авторы выявили точечную мутацию в гене, который кодирует протеинкиназу Sik3. Моделирование аналогичной мутации у здоровых особей привело к схожим нарушениям сна. Сноподобное состояние при мутации гена наблюдалось также у круглых червей и дрозофилы фруктовой. Это указывает на эволюционную сохранность связи протеинкиназы со сном.

Области мозга, в которых экспрессируется матричная РНК (мРНК) Sik3: передний мозг (слева) и вся первичная моторная кора (справа). 

У особей из популяции «бессонных» была нарушена продолжительность БДГ-сна: по сравнению со здоровыми животными она сократилась на 44 процента. Анализ их ДНК определил мутацию в гене, кодирующем ионный канал Nalcn, — он участвует в регуляции циркадных ритмов дрозофил. В отличие от первой группы у «бессонных» особей также наблюдалось нарушение циркадных ритмов. В то же время обе мутации нарушали мозговую активность мышей вне зависимости от специфики генетических нарушений и фаз сна.

По мнению авторов, полученные данные помогут в дальнейших исследованиях генетики сна. Так, они указывают на возможную связь протеинкиназы Sik3 с гиперсомнией (патологической потребностью во сне). В свою очередь, Nalcn может играть роль в возрастных когнитивных нарушениях, которые проявляются в том числе сокращением продолжительности сна.