- مطالعه اخیر در Molecular Cell نشان می دهد که تجمع آسیب DNA سلولهای عصبی در لاروهای zebrafish (گورخرماهی) خواب را تحریک می کند.
- PARP (نشانگر اصلی آسیب DNA بدن) آسیب DNA عصبی را تشخیص می دهد. این نشانگر خواب را القا می کند و DNA را در طول خواب ترمیم می کند.
- تحقیقات آینده در انسان ممکن است ارتباط بین اختلالات خواب و برخی از اختلالات عصبی، مانند آلزایمر یا بیماری پارکینسون را روشن کند.
همه به خواب نیاز دارند: از انسان ها گرفته تا سایر حیوانات دارای سیستم عصبی نیازمند خواب کافی هستند. انسان‌ها زمان فوق‌العاده‌ای را صرف خواب می‌کنند. این زمان حدود یک سوم از زندگی آنها را شامل می شود. داشتن مقدار مناسب خواب در زمان های مناسب و کیفیت خواب برای سلامتی حیاتی و برای بقا فرد ضروری است. خواب یک فرآیند پیچیده است که کل بدن را تحت تاثیر قرار می دهد.
برای رشد مغز و حفظ مسیرهای لازم برای حافظه و یادگیری بسیار مهم است. خواب همچنین به حمایت از عملکرد صحیح قلب، ریه ها، سیستم ایمنی بدن، فرآیندهای متابولیک و دفاع از بیماری ها کمک می کند.
خطر ابتلا به بیماری های مزمن مانند دیابت نوع 2، بیماری های قلبی عروقی، چاقی و افسردگی با خواب ناکافی بیشتر است. ریتم های شبانه روزی و هموستاز خواب و بیداری، مکانیسم های بیولوژیکی داخلی هستند که به طور مشترک زمان، طول و کیفیت خواب را کنترل می کنند.
ریتم‌های شبانه‌روزی چرخه‌های 24 ساعته هستند. این ریتمها با نشانه‌های خارجی مانند نور که زمان خواب، دمای بدن، ترشح هورمون و متابولیسم را کنترل می‌کنند، هماهنگ می‌شوند. هموستاز خواب و بیداری باعث می شود که بدن در زمان نیاز به خواب احساس خستگی کند.
نیاز به خواب در انسان بسته به سن متفاوت است. بطور متوسط نوزادان به 14 تا 17 ساعت و بزرگسالان به طور متوسط 7 ساعت یا بیشتر در شب به خواب نیاز دارند. مدت زمان خواب ممکن است بین گونه ها به شدت متفاوت باشد. این زمان از 2 ساعت برای فیل ها تا 17 ساعت برای میمون جغد متغیر است.
تحقیقات اولیه در مدل‌های حیوانی نشان می‌دهد که آسیب DNA سلولهای عصبی یا شکستگی DNA در طول دوره‌های بیداری جمع میشود و ترمیم در طول خواب اتفاق می‌افتد. با این حال، این که کدام مکانیسم های سلولی هموستاز خواب و بیداری را آغاز می کند یک راز باقی مانده است.
چرا می خوابیم؟
پاسخ به این سوال باعث شد تا محققان مجموعه ای از آزمایش ها را بر روی لاروهای گورخرماهی انجام دهند. هدف آنها شناسایی محرکهای سلولی دخیل درهموستاز خواب و بیداری و نقش خواب در تسهیل ترمیم DNA بود.
پروفسور Lior Appelbaum در دانشگاه Bar-Ilan دانشکده علوم زیستی Goodman و یکی از نویسندگان این مطالعه توضیح داد، آسیب DNA به دلیل فرآیندهای طبیعی مرتبط با فعالیت عصبی مانند تفکر رخ می دهد.
پروفسور Appelbaum همچنین گفت خوابیدن یک فعالیت جذاب از دیدگاه تکاملی است زیرا بقا در طول خواب در خطر است. بنابراین، باید «هزینه‌ای» در طول روز وجود داشته باشد که خواب را تحریک کند. سوالاتی که مطرح میشود این است که چرا می‌خوابیم؟ و حتی بیشتر، “چرا ما خسته ایم؟ هزینه بیداری چقدر است؟
طبق پاسخ پروفسور Appelbaum: در این مطالعه از گورخرماهی استفاده شد زیرا شفاف است. قابل دستکاری ژنتیکی است، و هنوز هم یک مهره‌دار است. به این معنی که از نظر ساختار و عملکرد، مغزی شبیه به پستانداران یا حتی انسان ها دارد. اساساً، ما می‌توانیم پروتئین ترمیم‌کننده سلول را در زمانی که ماهی زنده، خواب و بیدار است، تجسم کنیم. فعالیت آنها را دنبال کنیم، که این یک پیشرفت بزرگ بود.
علاوه بر این، لاروهای گورخرماهی در طول روز فعال هستند. الگوهای خواب آنها بسیار شبیه به الگوهای خواب پستانداران است. دانشمندان ابتدا حداقل میزان خواب مورد نیاز برای کاهش خستگی یا فشار هموستاتیک خواب را اندازه‌گیری کردند. آنها زمان کافی برای ترمیم DNA را نیز فراهم کرند.
پروفسور Appelbaum توضیح داد:
دانشمندان کنجکاو بودند بدانند که یک ماهی به چه مدت زمان خواب بهینه برای ترمیم DNA نیاز دارد.
برای کشف این موضوع، آنها لاروهای گورخرماهی را پس از دوره های مختلف تاریکی در معرض نور قرار دادند. دریافتند که حداقل 6 ساعت خواب مداوم برای کاهش فشار هموستاتیک ضروری است. سپس محققان تعداد ساعات خواب لاروهای گورخرماهی را برای نرمال سازی سطوح آسیب DNA که در مطالعه قبلی آنها نشان داده بود، ارزیابی کردند.
نتایج نشان داد که 6 ساعت خواب برای لاروهای گورخرماهی کافی است. در این مدت زمان آسیب DNAای که در هنگام بیداری رخ داده است، ترمیم میشود. زمانی که لاروهای گورخرماهی کمتر از 6 ساعت خوابیدند، حتی پس از قرار گرفتن در معرض نور روز نیز به خواب خود ادامه دادند.
این نتایج نشان می دهد که آسیب DNA عصبی تعیین می کند که چقدر خواب برای غلبه بر خستگی لازم است.
در آزمایش‌های جداگانه، محققان با تحریک فعالیت عصبی و قرار دادن لارو در معرض نور UV، در DNA آسیب ایجاد کردند. دانشمندان دریافتند که آسیب DNA ناشی از اشعه ماوراء بنفش و تحریک عصبی باعث خواب لارو گورخرماهی می شود. این نتایج فرضیه پیشنهادی محققان را تایید می کند. آزمایش‌های دیگر نشان داد که آسیب DNA باعث افزایش فعالیت مسیرهای ترمیم و پویایی کروموزوم میشود. بنابراین در زمان خواب ترمیم DNA با کارایی بالایی صورت می گیرد.
دانشمندان بطور مزمن مسیرهای ترمیم و پویایی کروموزوم را مهار کردند. این امر باعث خواب لاروهای گورخرماهی شد. سپس محققان آزمایشاتی برای بررسی نقش یک پروتئین ترمیم کننده به نام PARP1 در لارو گورخرماهی و موش انجام دادند.
نشانگر آسیب DNA
دکتر Appelbaum توضیح داد که PARP1 یک آشکارساز آسیب DNA است که مانند یک آنتن عمل می کند. این پروتئین ترمیم کننده را جذب می کند، و هر زمان که PARP1 کافی داشته باشید، رفتار خواب را القا می کند. سپس در طول خواب سیستم ترمیم را القا می کند. بنابراین می توانید روز جدید را با آسیب پایه در DNA شروع کنید.
محققان نشان دادند که تقویت PARP1 در لاروهای گورخرماهی باعث خواب و ترمیم DNA عصبی می شود. برعکس، زمانی که دانشمندان PARP1 را غیرفعال کردند، باعث بیداری و عدم ترمیم DNA در لارو آنها شد.
برای حمایت از این یافته ها، دانشمندان PARP1 را در موش های بالغ نیز مهار کردند و الگوهای خواب آنها را زیر نظر گرفتند. آنها مشاهده کردند شدت خواب non-REM در موشها کاهش می یابد.
دکتر Clifford Segil متخصص مغز و اعصاب در مرکز بهداشت در Santa Monica کالیفرنیا، در مصاحبه با یک متخصص خارج از این مطالعه، اظهار داشت: همانند اکثر مطالعات DNA یا مطالعات ژنتیکی، به عنوان یک پزشک، سخت است ببینید این مطالعه چه نوع تأثیر بالینی می تواند داشته باشد.
او افزود که رفتن از لوله آزمایش به جهان، از شرایط آزمایشگاهی به درون تنی، چالش برانگیز خواهد بود. باید راهی برای اندازه گیری آسیب DNA در یک فرد و آسیب رساندن به DNA در طول روز پیدا شود.
دکتر Segil اظهار داشت که ممکن است پتانسیل تحقیقات آینده در انسان‌های مبتلا به اختلالات عصبی مرتبط با اختلالات خواب، مانند بیماری آلزایمر، وجود داشته باشد. از این طریق میتوان بررسی کرد آیا شبها بیشتر می خوابند یا خیر؟
یکی دیگر از اهداف این تیم تحقیقاتی این است که اختلالات خواب، تجمع آسیب‌های عصبی، مرگ سلولی، و…را در بیماری‌های تخریب‌کننده سیستم عصبی و به طور کلی پیری بررسی کنند.
واحد سلامت خواب و اختلالات خواب انستیتو سلامت مغز دانا همزمان با واحد ارزیابی و تشخیص این مرکز در چارچوبی دانش بنیان و با همکاری و زیز نظر آزمایشگاه اختلالات رفتاری خواب دانشگاه علوم پزشکی شیراز، به منظور ارزیابی، تشخیص و مداخلات در زمینه اختلالات خواب به ارائه خدمات می پردازد.
زهرا اسماعیلی هستم. پژوهشگر دکترای تخصصی علوم اعصاب و نویسنده وبسایت انستیتو سلامت مغز دانا.
ما در اینجا با انتشار مطالب علمی تلاش میکنیم سهم کوچکی در افزایش آگاهی یکدیگر در شناخت مغز داشته باشیم.
ممنونم که با ما همراه هستید..