Оказывается, механизм часов очень похож на выключатель света. В исследовании циркадных нейронов мозга, которые определяют продолжительность ежедневного цикла сна и бодрствования, Аллада и его исследовательская группа обнаружили, что высокая активность натриевых каналов в этих нейронах в течение дня включает клетки и в конечном итоге пробуждает животное, а высокая активность калиевых каналов — ночью выключают их, давая зверюгу поспать. Продолжая расследование, исследователи были удивлены, обнаружив один и тот же переключатель сна и бодрствования как у мух, так и у мышей.«Это говорит о том, что лежащий в основе механизм, контролирующий наш цикл сна и бодрствования, является древним», — сказала Аллада, профессор и заведующий кафедрой нейробиологии Колледжа искусств и наук Вайнберга.
Он является старшим автором исследования. «Этот механизм колебаний, по-видимому, сохраняется на протяжении нескольких сотен миллионов лет эволюции. И если он у мышей, то, вероятно, и у людей».
Лучшее понимание этого механизма может привести к появлению новых лекарств для решения проблем сна и бодрствования, связанных с нарушением биоритмов, сменной работой и другими проблемами, вызванными часами. В конце концов, можно будет сбросить внутренние часы человека в соответствии с его или ее ситуацией.
Исследователи называют это «велосипедным» механизмом: две педали, которые поднимаются и опускаются в течение 24-часового дня, передавая важную информацию о времени нейронам. То, что исследователи обнаружили, что две педали — ток натрия и ток калия — активны как у простой плодовой мушки, так и у более сложной мыши, было неожиданным.Результаты были опубликованы в номере журнала Cell от 13 августа.«Что удивительно, так это обнаружение одного и того же механизма контроля цикла сна и бодрствования у насекомых и млекопитающих», — сказал Матье Флуракис, ведущий автор исследования. «Мыши ведут ночной образ жизни, а мухи ведут дневной образ жизни или активны в течение дня, но их циклы сна и бодрствования контролируются таким же образом».
Когда он присоединился к команде Аллады, Флоракис задался вопросом, меняется ли активность циркадных нейронов плодовой мушки со временем суток. С помощью Индиры М. Раман, профессора кафедры нейробиологии Билла и Гейл Кук, он обнаружил очень сильные ритмы: нейроны срабатывали много утром и очень мало вечером.Затем исследователи хотели узнать, почему.
Именно тогда они обнаружили, что при высоком токе натрия нейроны активируются сильнее, пробуждая животное, а при высоком токе калия нейроны успокаиваются, заставляя животное уснуть. Баланс между натриевыми и калиевыми токами контролирует циркадные ритмы животного.Затем Флоракис, Аллада и их коллеги задались вопросом, присутствует ли такой процесс у животных, более близких к людям.
Они изучили небольшую область мозга мыши, которая контролирует циркадные ритмы животного — супрахиазматическое ядро, состоящее из 20000 нейронов, — и обнаружили там тот же механизм.«Нашей отправной точкой для этого исследования были мухи-мутанты, у которых отсутствовал натриевый канал, они двигались неуклюже и имели плохие циркадные ритмы», — сказала Аллада. «Это заняло много времени, но мы смогли собрать все — геномику, генетику, исследования поведения и электрические измерения активности нейронов — вместе в этой статье, в исследовании двух видов.
«Теперь, конечно, у нас есть больше вопросов о том, что регулирует этот путь сна и бодрствования, поэтому предстоит еще поработать», — сказал он.