A kalciumról tudjuk, hogy jót tesz a csontjainknak, de az is lehet, hogy a jó alvás kulcsa. A japán RIKEN Kvantitatív Biológiai Központ (QBiC) és a Tokiói Egyetem kutatói új elméletet mutattak be az alvás működéséről. A Neuron című folyóiratban megjelent munka megmutatja, hogy a lassú hullámú alvás hogyan függ a neuronokban lévő kalcium aktivitásától.

“Bár az alvás alapvető fiziológiai funkció, mechanizmusa még mindig rejtély” – mondta a csoport igazgatója és levelező szerzője, Hiroki Ueda.

Az Ueda által vezetett multidiszciplináris kutatócsoport különböző tudományos technikákat használt, többek között számítógépes modellezést és knockout egerek tanulmányozását, hogy az alvás hátterében álló alapvető mechanizmust keresse. Ueda professzor képzettségét tekintve orvos, de az alvászavarokat vizsgáló kutatóként a széleskörű és mélyreható megközelítést részesíti előnyben, amely egyaránt támaszkodik az in silico, az in vitro és az in vivo modellezésre. Elmagyarázza: “Mivel tanulmányunk az alvás új elméletét mutatja be, azt különböző módszerekkel kellett alátámasztanunk.”

In silico a kutatócsoport egy számítógépes neurális modellt hozott létre, hogy megjósolja, mely neuronon belüli áramlások kritikusak a lassú hullámú alváshoz kapcsolódó neurális aktivitás típusának fenntartásához.

Fumiya Tatsuki, az első szerzőtárs, a Tokiói Egyetem egyetemi hallgatója így magyarázza: “A modellünk négy előrejelzést tett, ami négy kiindulópontot biztosított számunkra az alvásban részt vevő kritikus gének kereséséhez. Mindegyik jóslatot teszteltük és igazoltuk helyességét knockout egerekkel végzett kísérletekben vagy farmakológiai gátlással, és végül hét olyan gént tudtunk azonosítani, amelyek ugyanabban a kalciummal kapcsolatos útvonalban működnek az alvás időtartamának szabályozásában.”

Huszonegy knockout egeret hoztak létre a közelmúltban kifejlesztett CRISPR-technológiával, amelyet Ueda csapata egy rendkívül pontos, rendkívül hatékony, in vitro rendszerré, az úgynevezett tripla CRISPR-rá fejlesztett. Az év elején közzétett eredmények közel 100%-os sikerességi arányt jeleztek. Emellett az első szerzőtárs, Genshiro Sunagawa egy automatizált alvásfigyelő rendszert fejlesztett ki a vizsgálathoz, amely felbecsülhetetlen értékűnek bizonyult a szükséges viselkedési adatok folyamatos gyűjtéséhez.

A számítógépes modellek, a hármas CRISPR technológia és az új alvásfigyelő rendszer alapján a célgéneket nélkülöző KO egereket in vivo megfigyelték az alvás időtartamának változását. Az abnormális alvásmintázatú egerek azonosításával a kutatócsoport hét olyan gént tudott meghatározni, amelyek kritikusak voltak az alvás időtartamának növelésében vagy csökkentésében.

Mind a hét gén olyan kalciumfüggő változásokat tesz lehetővé az idegsejtekben, amelyek hatására azok ellenállnak az aktivitásnak – ezt a folyamatot hiperpolarizációnak nevezik. Ahogy a modell megjósolta, e gének közül hat gén lefelé szabályozása csökkentette az alvás időtartamát a KO egerekben, az utolsó gén lefelé szabályozása pedig hosszabb alvási periódusokat eredményezett.

Mint Shoi Shi, az első szerzőtárs, a Tokiói Egyetem végzős hallgatója elmondja: “A tanulmányunk feltárta, hogy az alvást kalciummal kapcsolatos útvonalak szabályozzák. Az egyik meglepetés az volt, hogy a jelenlegi elméletekkel ellentétben az NMDA-receptorok gátlása közvetlenül idézett elő neuronális gerjesztést, ami hozzájárult az alvás csökkenéséhez”.

Megjegyzi Ueda, “ezek az eredmények hozzájárulhatnak az alvászavarok és a velük összefüggésbe hozott neurológiai betegségek megértéséhez és kezeléséhez. Amellett, hogy az általunk azonosított gének az alvás elleni gyógyszerek új molekuláris célpontjaivá válhatnak, olyan gyógyszerek célpontjaivá is válhatnak, amelyek bizonyos pszichiátriai rendellenességek kezelésére szolgálnak, amelyek alvászavarokkal együtt jelentkeznek.”

Sunagawa figyelmeztet, hogy még sok munkára van szükség. “Bár tanulmányunk feltárja az alvásszabályozás mechanizmusát, a mechanizmus molekuláris részletei még ismeretlenek, ahogyan az alvászavar és a pszichiátriai rendellenességek közötti valódi kapcsolat is”.