Антиоксиданты в кишечнике помогли дрозофилам не умереть без сна

В результате депривации сна у дрозофил и мышей в кишечнике (но не мозге и других органах) возрастает содержание активных форм кислорода, и те вызывают окислительный стресс. У мух формирование активных форм кислорода в кишечнике в результате депривации сна коррелировало со смертностью; добавление в пищу антиоксидантов или повышение их экспрессии в кишечнике позволяло мухам жить без сна столько же, сколько контрольной группе. Статья опубликована в журнале .

Депривация (отсутствие) сна приводит к серьезным нарушениям когнитивных функций, метаболизма, работы пищеварительной и иммунной систем и даже смерти. Пока не ясно, является ли эффект депривации сна на внутренние органы первичным или их повреждение — следствие неправильной работы нервной системы.

Согласно одной из гипотез, функция сна заключается в защите от окислительного стресса мозга или других органов. В различных исследованиях при депривации сна обнаружили изменения антиоксидантного ответа в мозге и печени, однако локализовать источник окислителей и выяснить, связан ли оксидативный стресс со смертностью от недостатка сна, пока не удалось.

Группа ученых из Гарвардской медицинской школы под руководством Драганы Рогулья (Dragana Rogulja) лишала дрозофил () сна. Для этого в нейроны, которые подавляют сон, встроили активируемые теплом каналы. В итоге при 21 градусе Цельсия мухи спали нормально, а при 29 не могли спать и умирали в течение 20 дней (нормально спящие насекомые проживали в среднем больше 30 дней). Если после 10 дней бессонницы дрозофилам давали отсыпаться следующие 15 дней, те полностью восстанавливались и жили не меньше сородичей из контрольной группы. Значит, повреждения, вызванные депривацией сна, накапливаются постепенно и обратимы.

Чтобы понять причины повышения смертности мух, ученые искали различные маркеры повреждения клеток по всему телу насекомых. Отличия между экспериментальной и контрольной группами нашли лишь в одном органе — кишечнике. В нем с каждым днем без сна накапливались активные формы кислорода (АФК, сильные окислители, которые вызывают оксидативный стресс), а когда дрозофилам давали спать, уровень АФК возвращался в норму в течение 15 дней. После начала накопления АФК в клетках кишечника обнаружили признаки окислительного стресса, повреждения ДНК и клеточной гибели

Насекомых попробовали лишать сна двумя другими способами: постоянными вибрациями или же нарушением генов-регуляторов сна. При обоих подходах АФК накапливались в кишечнике мух пропорционально степени нарушения сна. Только в одном случае (при повреждении гена переносчика дофамина ) количество АФК в кишечнике не изменилось, хотя насекомые практически не спали целый месяц. Интересно, что у таких животных не была повышена и смертность — авторы работы предположили, что накопление АФК связано со смертностью при депривации сна.

Чтобы проверить связь АФК и смертности, ученые добавляли в еду дрозофил различные антиоксиданты, которые нейтрализуют АФК, или повышали уровень экспрессии антиоксидантов в клетках кишечника. Не изменяя количество сна, антиоксиданты увеличили продолжительность жизни насекомых до контрольного уровня и снизили проявления окислительного стресса. Те вещества, которые не нейтрализовали АФК в кишечнике, не помогли мухам прожить дольше.

В последнем эксперименте спать не давали мышам. На пять дней их помещали в клетку с вращающейся панелью, которая заставляла животных постоянно двигаться. С помощью электроэнцефалографии ученые проверяли, что мыши действительно не спали. Уже через два дня без сна в тонком кишечнике животных (но не в других органах) уровень АФК увеличился, а к пятому дню повысилось и количество маркеров окислительного стресса, повреждений ДНК и смерти клеток.

Остается неясным, почему депривация сна вызывает образование АФК именно в кишечнике, но не в мозге и других органах, и является ли этот эффект прямым или он опосредован сигналами от нервной системы. Результаты этой работы не объясняют функции сна в норме, лишь указывают на конечный механизм гибели при депривации сна. Чтобы ответить на все эти вопросы и доказать связь образования АФК в кишечнике со смертностью других животных (в том числе млекопитающих), необходимы дальнейшие исследования.

В прошлом году ученые из Британии показали, что дрозофилы могут обойтись практически без сна. В эксперименте мухам мешали спать, поместив их во вращающуюся трубку, — уменьшение периода сна на 95 процентов не снизило выживаемость насекомых. Стоит отметить, что в этом исследовании сон определяли лишь по движениям насекомых, кроме того, мухи все же могли не двигаться в течение 20-секундных промежутков времени.