Știm că calciul este bun pentru oasele noastre, dar ar putea fi, de asemenea, cheia pentru un somn bun. Cercetătorii de la Centrul de Biologie Cantitativă RIKEN (RIKEN Quantitative Biology Center – QBiC) și de la Universitatea din Tokyo, Japonia, au dezvăluit o nouă teorie privind modul în care funcționează somnul. Publicată în revista Neuron, lucrarea arată cum somnul cu unde lente depinde de activitatea calciului din interiorul neuronilor.

„Deși somnul este o funcție fiziologică fundamentală, mecanismul său este încă un mister”, potrivit directorului grupului și autorului corespondent Hiroki Ueda.

O echipă de cercetare multidisciplinară condusă de Ueda a folosit o varietate de tehnici științifice, inclusiv modelarea computațională și studierea șoarecilor knock-out, pentru a căuta mecanismul fundamental care stă la baza somnului. Profesorul Ueda este medic de formație, dar, în calitate de cercetător care investighează tulburările de somn, el favorizează o abordare amplă și profundă care se bazează în egală măsură pe modelarea in silico, in vitro și in vivo. El explică: „Deoarece studiul nostru prezintă o nouă teorie a somnului, a trebuit să o susținem cu diferite metodologii.”

În silico, echipa a creat un model neuronal computațional pentru a prezice ce curenți din interiorul unui neuron sunt critici pentru menținerea tipului de activitate neuronală asociată cu somnul cu unde lente.

Fumiya Tatsuki, co-autor principal și student de licență la Universitatea din Tokyo explică: „Modelul nostru a făcut patru predicții, care ne-au oferit patru puncte de plecare pentru a căuta genele critice implicate în somn. Fiecare predicție a fost testată și s-a dovedit a fi corectă în experimentele cu șoareci knockout sau prin inhibiție farmacologică și, în cele din urmă, am reușit să identificăm șapte gene care lucrează în aceeași cale legată de calciu pentru a controla durata somnului”.

Au fost creați douăzeci și unu de șoareci knockout folosind tehnologia CRISPR dezvoltată recent, pe care echipa lui Ueda a perfecționat-o într-un sistem in vitro foarte precis și foarte eficient, numit CRISPR triplu. Rezultatele publicate la începutul acestui an au indicat o rată de succes de aproape 100%. În plus, co-autorul principal Genshiro Sunagawa a dezvoltat un sistem automatizat de monitorizare a somnului pentru acest studiu, care s-a dovedit neprețuit pentru colectarea continuă a datelor comportamentale necesare.

Pe baza modelelor computerizate, a tehnologiei triple CRISPR și a noului sistem de monitorizare a somnului, șoarecii KO lipsiți de gene țintă au fost observați in vivo pentru modificări ale duratei somnului. Prin identificarea șoarecilor cu modele anormale de somn, echipa a reușit să identifice șapte gene care erau esențiale pentru creșterea sau scăderea duratei somnului.

Toate cele șapte gene permit modificări dependente de calciu în neuroni care îi fac să reziste să devină activi – un proces numit hiperpolarizare. Așa cum a fost prezis de model, reglarea în jos a șase dintre aceste gene a redus durata somnului la șoarecii KO, iar reglarea în jos a ultimei gene a dus la perioade mai lungi de somn.

Cum explică Shoi Shi, co-autor principal și student absolvent la Universitatea din Tokyo, „Lucrarea noastră a dezvăluit că somnul este reglementat de căile legate de calciu. O surpriză a fost că, contrar teoriilor actuale, inhibarea receptorilor NMDA a evocat direct excitația neuronală, ceea ce a contribuit la reducerea somnului.”

Notează Ueda, „aceste descoperiri ar trebui să contribuie la înțelegerea și tratarea tulburărilor de somn și a bolilor neurologice care au fost asociate cu acestea. Pe lângă faptul că vor deveni noi ținte moleculare pentru medicamentele pentru somn, genele pe care le-am identificat ar putea deveni, de asemenea, ținte pentru medicamente care tratează anumite tulburări psihiatrice care apar odată cu disfuncția somnului.”

Sunagawa avertizează că mai este nevoie de multă muncă. „Deși studiul nostru dezvăluie un mecanism de reglare a somnului, detaliile moleculare ale mecanismului sunt încă necunoscute, la fel ca și relația reală dintre disfuncția somnului și tulburările psihiatrice.”