: 01.05.2020
Сон и обмен веществ неразрывно связаны, или Почему тучные люди плохо спят?
Люди, которые хронически недосыпают, чаще имеют избыточный вес и страдают сахарным диабетом. Но что здесь является причиной, а что – следствием? Американские исследователи попытались найти ответ на этот вопрос, используя как модель генетических модифицированных круглых червей, страдающих ожирением
Сон – это история не только про мозг: в поддержании баланса между сном и бодрствованием велика роль процессов обмена веществ во всем организме. Эта связь опосредуется работой генов SIK, кодирующих белки, которые необходимы для нормального функционирования так называемого натрий-калиевого насоса, непрерывно работающего в клетках животных и человека. Роль этой «помпы» трудно переоценить: активная откачка натрия из клетки и закачка калия против градиента их концентрации необходимы для осуществления многих жизненно важных процессов, от поддержания клеточного объема и транспорта «строительных» веществ до синтеза белков и обмена углеводов.
Аналоги генов SIK имеются у разных групп организмов, включая не только млекопитающих, но и плодовых мушек (дрозофил) и круглых червей (нематод). Известно, что активная работа этих генов способствует наступлению сна. Также известно, что некоторые мутации в этих генах могут вызывать метаболические дефекты. Например, одна такая мутация в нейронах дрозофил приводит к повышению уровня запасаемых жиров. Некоторые генетические варианты гена SIK3 человека также связаны с развитием ожирения.
Наша нервная система, как и всех млекопитающих, очень сложна. Поэтому ученые из Университета Пенсильвании и Университета Невады (США) изучили молекулярный механизм, связывающий сон и обмен веществ, на примере Caenorhabditis elegans – крошечного круглого червя длиной 1 мм, одного из модельных объектов молекулярных биологов.
C. elegans впадают в летаргическое состояние, подобное сну, во время линьки на определенных стадиях развития; кроме того, они много спят, чтобы восстановиться после стресса. Ученые предположили, что черви «засыпают», чтобы сохранить энергию при возросших энергетических потребностях и мобилизовать ее запасы для синтеза (например, новых покровных тканей при линьке).
Исследователи «выключили» у червей-испытуемых ген KIN-29 – аналог SIK. Оказалось, что такие мутантные особи спали существенно меньше, при этом у них отмечался пониженный уровень молекул АТФ, универсального источника энергии для всех биохимических процессов в клетке. Одновременно сами черви выказывали явный голод, а их клетки парадоксальным образом накапливали жир. Все это очень напоминает состояние, которое наблюдается при ожирении у людей.
Ученые предположили, что черви-мутанты мало спят именно из-за нарушений жирового обмена. И действительно, сон нематод восстановился после очередных генетических манипуляций, в результате которых их удалось принудительно заставить использовать энергию запасенного жира.
В конце концов исследователи установили, что связующим звеном между нейронами и клетками жировой ткани нематод служат сенсорные нейроэндокринные клетки, рассеянные по разным органам. В ответ на уменьшение уровня энергоемких АТФ в клетках ген KIN-29 активируется, в результате чего падает активность гена, кодирующего фермент, модифицирующий гистоны – ядерные белки, играющие важную роль в регуляции работы генов. В результате клетки жировой ткани получают сигнал на высвобождение запасенной энергии, а это, в свою очередь, служит указанием для нейронов погрузить организм в сон.
Подобная цепочка передачи межклеточных сигналов, вероятно, работает и у человека. И избыточный вес и ожирение, вызываемые генетически обусловленными дефектами ее звеньев, могут способствовать нарушению сна.
Фото: https://pixabay.com и https://en.m.wikipedia.org
: 01.05.2020 
