Sabemos que o cálcio é bom para os nossos ossos, mas também pode ser a chave para uma boa noite de sono. Pesquisadores do Centro de Biologia Quantitativa RIKEN (QBiC) e da Universidade de Tóquio, no Japão, revelaram uma nova teoria de como o sono funciona. Publicado na revista Neuron, o trabalho mostra como o sono de ondas lentas depende da atividade do cálcio dentro dos neurônios.

“Embora o sono seja uma função fisiológica fundamental, seu mecanismo ainda é um mistério”, segundo o diretor do grupo e autor correspondente Hiroki Ueda.

Uma equipe de pesquisa multidisciplinar liderada por Ueda utilizou uma variedade de técnicas científicas, incluindo a modelagem computacional e o estudo de ratos nocturnos, para buscar o mecanismo fundamental subjacente ao sono. O Professor Ueda é médico por formação, mas como investigador que investiga os distúrbios do sono, ele favorece uma abordagem ampla e profunda que se baseia igualmente na modelagem in silico, in vitro e in vivo. Ele explica: “Como nosso estudo apresenta uma nova teoria do sono, precisávamos apoiá-la com diferentes metodologias”

Em silico, a equipe criou um modelo neural computacional para prever quais correntes dentro de um neurônio são críticas para manter o tipo de atividade neural associada ao sono de ondas lentas.

Fumiya Tatsuki, co-autor e aluno de graduação da Universidade de Tóquio explica, “Nosso modelo fez quatro previsões, o que nos forneceu quatro pontos de partida para a busca de genes críticos envolvidos no sono. Cada previsão foi testada e provada correta em experimentos com ratos nocturnos ou por inibição farmacológica, e conseguimos identificar sete genes que trabalham no mesmo caminho relacionado ao cálcio para controlar a duração do sono”.

Vinte e um ratos nocturnos foram criados usando a tecnologia CRISPR recentemente desenvolvida, que a equipe da Ueda tem se aperfeiçoado em um sistema in vitro altamente preciso e eficiente chamado CRISPR triplo. Os resultados publicados no início deste ano indicaram uma taxa de sucesso próxima de 100%. Além disso, o co-autor Genshiro Sunagawa desenvolveu para este estudo um sistema automatizado de monitorização do sono que se revelou inestimável para a recolha contínua dos dados comportamentais necessários.

Baseado nos modelos de computador, na tecnologia triple CRISPR e no novo sistema de monitorização do sono, foram observados in vivo ratos KO sem genes alvo para alterações na duração do sono. Ao identificar ratos com padrões anormais de sono, a equipe foi capaz de identificar sete genes que eram críticos para aumentar ou diminuir a duração do sono.

Todos os sete genes permitem mudanças dependentes de cálcio em neurônios que os fazem resistir a se tornar ativos — um processo chamado hiperpolarização. Como previsto pelo modelo, a down-regulação de seis desses genes reduziu a duração do sono em ratos KO e a down-regulação do gene final levou a períodos mais longos de sono.

As Shoi Shi, co-autor e aluno de pós-graduação da Universidade de Tóquio, explica, “Nosso trabalho revelou que o sono é regulado por vias relacionadas ao cálcio. Uma surpresa foi que, ao contrário das teorias atuais, a inibição dos receptores NMDA evocou diretamente a excitação neuronal, o que contribuiu para a redução do sono”.

Notas Ueda, “esses achados devem contribuir para a compreensão e o tratamento dos distúrbios do sono e das doenças neurológicas que lhes têm sido associadas. Além de se tornarem novos alvos moleculares para as drogas do sono, os genes que identificamos também podem se tornar alvos de drogas que tratam certos distúrbios psiquiátricos que ocorrem com disfunção do sono”

Sunagawa adverte que muito trabalho ainda é necessário. “Embora nosso estudo revele um mecanismo de regulação do sono, os detalhes moleculares do mecanismo ainda são desconhecidos, assim como a relação real entre disfunção do sono e distúrbios psiquiátricos”.