Их работа описана в статье, опубликованной в журнале Neuron 22 июня.
«Исследователи ранее определили фоторецепторы в глазу, которые необходимы для прямого воздействия света на бодрствование и сон», – говорит Пробер. "Но мы хотели знать, как мозг использует эту визуальную информацию, чтобы влиять на сон."
Лаборатория Prober использует рыбок данио в качестве модельного организма для изучения сна.
Животные оптически прозрачны, что позволяет неинвазивно визуализировать их нейроны; у них также есть дневной режим сна / бодрствования, как у людей. Чтобы выяснить, как их сон реагирует на свет, Венди Чен, бывшая аспирантка лаборатории Пробера, провела исследования по изучению определенного белка в мозге рыбок данио под названием прокинетицин 2 (Prok2).
Чен генетически сконструировал рыбок данио для сверхэкспрессии Prok2, что привело к обилию белка.
Она обнаружила, что в отличие от обычных рыбок данио, эти животные с большей вероятностью засыпали днем и просыпались ночью. Удивительно, но эффекты не зависели от нормального циркадного цикла сна / бодрствования искусственной рыбы, а, скорее, зависели только от того, был ли в их среде свет включен или выключен. Эти наблюдения показывают, что избыток Prok2 подавляет как обычный пробуждающий эффект света, так и успокаивающий эффект темноты.
Затем Чен создал рыбок данио с мутированными формами Prok2 и его рецептора и обнаружил светозависимые дефекты сна у этих животных. Например, Чен обнаружила, что рыбки данио с мутированным рецептором Prok2 были более активны, когда свет был включен, и менее активен, когда свет был выключен, в отличие от того, что она наблюдала у животных, которые сверхэкспрессировали Prok2 и имели функциональные рецепторы Prok2.
«Хотя дневные животные, такие как данио, проводят большую часть своего времени во сне ночью и бодрствуют днем, они также спят днем и иногда просыпаются ночью, как и многие люди», – говорит Пробер. «Результаты нашего исследования показывают, что уровни Prok2 играют решающую роль в установлении правильного баланса между сном и бодрствованием как днем, так и ночью."
Затем исследователи хотели узнать, как Prok2 модулирует влияние света на сон.
Чтобы ответить на этот вопрос, они решили проверить, требуются ли другие белки мозга, которые, как известно, влияют на сон, для воздействия Prok2 на поведение во сне. Они обнаружили, что седативный эффект сверхэкспрессии Prok2 в присутствии света требует галанина, известного белка, способствующего сну.
Они также обнаружили, что сверхэкспрессия Prok2 увеличивает уровень экспрессии галанина в переднем гипоталамусе, ключевом центре мозга, способствующем засыпанию. Но у животных, у которых не было галанина, избыточная экспрессия Prok2 не увеличивала сон.
Эти результаты дают первое представление о том, как свет может взаимодействовать с мозгом, влияя на сон, и дают ученым основу для начала изучения генов и нейронов, лежащих в основе этого явления. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью объяснить, как свет и тьма напрямую влияют на сон и бодрствование, и определить, выполняет ли Prok2 аналогичную функцию у людей.
Если это произойдет, эта работа может в конечном итоге привести к появлению новых препаратов, способствующих засыпанию и бодрствованию.