Tiedämme, että kalsium on hyväksi luillemme, mutta se saattaa olla myös avain hyviin yöuniin. RIKENin kvantitatiivisen biologian keskuksen (QBiC) ja Tokion yliopiston tutkijat Japanissa ovat paljastaneet uuden teorian siitä, miten uni toimii. Neuron-lehdessä julkaistu työ osoittaa, miten hidasaaltoinen uni riippuu kalsiumin aktiivisuudesta neuronien sisällä.

”Vaikka uni on perustavanlaatuinen fysiologinen toiminto, sen mekanismi on edelleen mysteeri”, sanoo ryhmän johtaja ja vastaava kirjoittaja Hiroki Ueda.

Uedan johtama monitieteinen tutkimusryhmä käytti erilaisia tieteellisiä tekniikoita, kuten laskennallista mallintamista ja knockout-hiirten tutkimista, etsiessään unen taustalla olevaa perusmekanismia. Professori Ueda on koulutukseltaan lääketieteen tohtori, mutta unihäiriöitä tutkivana tutkijana hän suosii laajaa ja syvällistä lähestymistapaa, jossa tukeudutaan yhtä lailla in silico-, in vitro- ja in vivo -mallinnukseen. Hän selittää: ”Koska tutkimuksessamme esitellään uusi teoria unesta, meidän oli tuettava sitä erilaisilla menetelmillä.”

In silico tutkimusryhmä loi laskennallisen hermostomallin, jolla ennustettiin, mitkä hermosolun sisäiset virrat ovat kriittisiä hitaan aallon uneen liittyvän hermostollisen aktiivisuuden ylläpitämisessä.

Fumiya Tatsuki, ensimmäinen kirjoittaja ja Tokion yliopiston perustutkinto-opiskelija, selittää: ”Mallimme teki neljä ennustetta, jotka antoivat meille neljä lähtökohtaa etsiä kriittisiä geenejä, jotka osallistuvat uneen. Jokainen ennuste testattiin ja osoitettiin oikeaksi knockout-hiirillä tehdyissä kokeissa tai farmakologisella estolla, ja lopulta pystyimme tunnistamaan seitsemän geeniä, jotka toimivat samassa kalsiumiin liittyvässä reitissä unen kestoa säätelemässä.”

Kaksikymmentäyksi knockout-hiirtä luotiin hiljattain kehitetyllä CRISPR-teknologialla, jota Uedan työryhmä on jalostanut erittäin tarkaksi ja tehokkaaksi in vitro -järjestelmäksi, jota kutsutaan triple CRISPR:ksi. Aiemmin tänä vuonna julkaistut tulokset osoittivat lähes 100 prosentin onnistumisprosentin. Lisäksi ensimmäinen kirjoittaja Genshiro Sunagawa kehitti tätä tutkimusta varten automatisoidun unenseurantajärjestelmän, joka osoittautui korvaamattomaksi tarvittavien käyttäytymistietojen jatkuvassa keräämisessä.

Tietokonemallien, kolminkertaisen CRISPR-teknologian ja uuden unenseurantajärjestelmän perusteella KO-hiiriä, joilta puuttuivat kohdegeenit, havainnoitiin unen keston muutosten osalta in vivo. Tunnistamalla hiiret, joilla oli epänormaali unirytmi, tutkimusryhmä pystyi määrittämään seitsemän geeniä, jotka olivat kriittisiä unen keston lisäämiselle tai vähentämiselle.

Kaikki seitsemän geeniä mahdollistavat kalsium-riippuvaiset muutokset neuroneissa, jotka saavat ne vastustamaan aktiiviseksi tulemista – prosessia kutsutaan hyperpolarisaatioksi. Kuten malli ennusti, kuuden näistä geeneistä alas sääteleminen vähensi unen kestoa KO-hiirillä ja viimeisen geenin alas sääteleminen johti pidempiin unijaksoihin.

Kuten Shoi Shi, toinen ensimmäisistä kirjoittajista ja jatko-opiskelija Tokion yliopistossa, selittää: ”Artikkelimme paljasti, että unta säätelevät kalsiumiin liittyvät reitit. Yksi yllätys oli se, että vastoin nykyisiä teorioita NMDA-reseptorien estäminen aiheutti suoraan hermosolujen eksitaatiota, mikä osaltaan vähensi unta.”

Huomauttaa Ueda, ”näiden löydösten pitäisi edistää unihäiriöiden ja niihin liittyvien neurologisten sairauksien ymmärtämistä ja hoitoa”. Sen lisäksi, että tunnistamistamme geeneistä tulee uusia molekyylikohteita unilääkkeille, niistä voisi tulla myös kohteita lääkkeille, joilla hoidetaan tiettyjä psykiatrisia häiriöitä, joita esiintyy unihäiriöiden yhteydessä.”

Sunagawa varoittaa, että paljon työtä tarvitaan vielä. ”Vaikka tutkimuksemme paljastaa unen säätelymekanismin, mekanismin molekulaarisia yksityiskohtia ei vielä tunneta, kuten ei myöskään unihäiriöiden ja psykiatristen häiriöiden todellista yhteyttä.”