איך נדע שאנחנו עייפים? חלבון PARP1 פועל כאנטנה, מאותת למוח שהגיע הזמן לישון ולתקן DNA

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
X-ray_Promo1


מדוע בני אדם מבלים שליש מחייהם בשינה? למה בעלי חיים ישנים? לאורך האבולוציה שינה נשארה אוניברסלית וחיונית לכל האורגניזמים בעלי מערכת העצבים, כולל חסרי חוליות כמו זבובים, תולעים ואפילו מדוזות. מדוע בעלי חיים ישנים למרות האיום המתמשך של טורפים, וכיצד השינה מועילה למוח ולתאים בודדים עדיין נותרה בגדר תעלומה.

במחקר חדש שפורסם בכתב העת תא מולקולרי, חוקרים מאוניברסיטת בר-אילן התקדמו צעד קדימה לקראת פתרון התעלומה הזו על ידי גילוי מנגנון שינה בדגי זברה, עם כמה עדויות תומכות בעכברים.

את המחקר הוביל פרופ' ליאור אפלבאום, מהפקולטה למדעי החיים של גודמן בבר-אילן והמרכז הרב-תחומי לחקר המוח של גונדה (גולדשמיד), יחד עם החוקר הפוסט-דוקטורט ד"ר דוד זאדה.

כאשר אנו ערים, לחץ שינה הומאוסטטי (עייפות) מצטבר בגוף. לחץ זה עולה ככל שאנו נשארים ערים ויורד במהלך השינה, מגיע לשפל לאחר שנת לילה מלאה וטובה.

מה גורם ללחץ ההומאוסטטי לעלות עד לנקודה שאנחנו מרגישים שאנחנו חייבים ללכת לישון, ומה קורה בלילה שמפחית את הלחץ הזה עד כדי כך שאנחנו מוכנים להתחיל יום חדש? בשעות הערות, נזק ל-DNA מצטבר בנוירונים. נזק זה יכול להיגרם על ידי אלמנטים שונים, כולל אור UV, פעילות עצבית, קרינה, עקה חמצונית וטעויות אנזימטיות. במהלך השינה והערות, מערכות תיקון בתוך כל תא מתקנות שבירות DNA. עם זאת, נזק ל-DNA בנוירונים ממשיך להצטבר בזמן ערות, ונזק מוגזם ב-DNA במוח יכול להגיע לרמות מסוכנות שיש להפחית. המחקר גילה שמערכת תיקון DNA לגיוס שינה מקדמת תיקון יעיל כך שהיום יכול להתחיל מחדש.

בסדרה של ניסויים, החוקרים ביקשו לקבוע אם הצטברות נזקי ה-DNA יכולה להיות ה"נהג" שמפעיל לחץ הומאוסטטי ומצב השינה שלאחר מכן. באמצעות הקרנה, פרמקולוגיה ואופטוגנטיקה, הם גרמו נזק ל-DNA בדג הזברה כדי לבחון כיצד זה משפיע על השינה שלהם. עם השקיפות המוחלטת שלהם, השינה הלילית והמוח הפשוט הדומה לבני אדם, דגי הזברה הם אורגניזם מושלם לחקור את התופעה הזו.

ככל שהנזק ל-DNA גדל, גדל גם הצורך בשינה. הניסוי העלה שבשלב מסוים הצטברות נזקי ה-DNA הגיעה לסף מקסימלי, והגדילה את לחץ השינה (הומיאוסטטי) עד כדי כך שהדחף לישון הופעל והדגים הלכו לישון. השינה שלאחר מכן הקלה על תיקון ה-DNA, מה שהביא להפחתת נזקי ה-DNA.

כמה שעות שינה מספיקות?

אין כמו שנת לילה טובה. לאחר וידוא כי נזקי DNA מצטברים הם הכוח המניע את תהליך השינה, החוקרים היו להוטים ללמוד האם ניתן לקבוע את הזמן המינימלי שדג הזברה צריך לישון כדי להפחית את לחץ השינה ואת נזקי ה-DNA. מכיוון שכמו בני אדם, דג הזברה רגיש להפרעות באור, תקופת החושך פחתה בהדרגה במהלך הלילה. לאחר מדידת נזקי DNA ושינה, נקבע ששש שעות שינה בלילה מספיקות להפחתת נזקי DNA. למרבה הפלא, לאחר פחות משש שעות שינה, נזקי ה-DNA לא הופחתו בצורה מספקת, ודג הזברה המשיך לישון גם באור יום.

PARP1 היא "אנטנה" שיכולה לאותת שהגיע הזמן לישון

מהו המנגנון במוח שאומר לנו שאנחנו צריכים לישון כדי להקל על תיקון DNA יעיל? החלבון PARP1, שהוא חלק ממערכת תיקון נזקי ה-DNA, הוא אחד הראשונים להגיב במהירות. PARP1 מסמן אתרי נזק ל-DNA בתאים, ומגייס את כל המערכות הרלוונטיות לניקוי נזקי DNA. בהתאם לנזק ל-DNA, התקבצות של PARP1 באתרי שבירה של DNA עולה במהלך הערות ופוחתת במהלך השינה. באמצעות מניפולציה גנטית ותרופתית, ביטוי היתר והנפה של PARP1 חשפו לא רק שהגברת PARP1 מקדמת שינה, אלא גם הגבירה תיקון תלוי שינה. לעומת זאת, עיכוב של PARP1 חסם את האות לתיקון נזקי DNA. כתוצאה מכך, הדגים לא היו מודעים לחלוטין לכך שהם עייפים, לא הלכו לישון, ולא התרחש תיקון נזקי DNA.

כדי לחזק את הממצאים על דג הזברה, תפקידו של PARP1 בוויסות השינה נבדק עוד על עכברים, באמצעות EEG, בשיתוף פרופ' יובל ניר מאוניברסיטת תל אביב. בדיוק כמו עם דג הזברה, עיכוב פעילות PARP1 הפחית את משך ואיכות השינה הלא מהירה של תנועת עיניים (NREM). "מסלולי PARP1 מסוגלים לאותת למוח שהוא צריך לישון כדי שיתרחש תיקון DNA", אומר פרופ' אפלבאום.

פתרון החידה

במחקר קודם, פרופ' אפלבאום והצוות השתמשו בהדמיית זמן-lapse תלת מימדית כדי לקבוע ששינה מגבירה את הדינמיקה של הכרומוזומים. הוספת החתיכה הנוכחית לפאזל, PARP1 מגבירה את הדינמיקה של השינה והכרומוזומים, מה שמקל על תיקון יעיל של נזקי ה-DNA שנצברו במהלך שעות הערות. תהליך תחזוקת ה-DNA עשוי שלא להיות יעיל מספיק במהלך שעות הערות בנוירונים, ולכן דורש תקופת שינה לא מקוונת עם קלט מופחת למוח כדי להתרחש.

ממצאים אחרונים אלה מספקים תיאור מפורט של "שרשרת האירועים" המסבירה שינה ברמת התא החד. מנגנון זה עשוי להסביר את הקשר בין הפרעות שינה, הזדקנות והפרעות נוירודגנרטיביות, כגון פרקינסון ואלצהיימר. פרופ' אפלבאום מאמין שמחקר עתידי יעזור ליישם את פונקציית השינה הזו על בעלי חיים אחרים, החל מחסרי חוליות נמוכים יותר ועד, בסופו של דבר, בני אדם.

.



קישור לכתבת המקור – 2021-11-19 03:36:57

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר