Электрическое молчание активных генов

Знаменитая сиеста, или послеобеденный сон, повышает КПД не только физического, но и интеллектуального труда.
Фото Романа Мухаметжанова (НГ-фото)

Долгие годы экспериментаторы и вивисекторы занимались тем, что делали экстирпации, или перерезки различных отделов мозга, в результате чего стало ясно, за что отвечает тот же мозжечок. Но все экстирпации и даже тонкие хирургические манипуляции были бессильны при изучении такого состояния мозга, как сон. Только развитие более тонкого подхода с помощью изучения волнового спектра электроэнцефалограммы – биотоков – позволило открыть такое удивительное явление, как фаза сна с быстрым движением глаз (REM – Rapid Eye-Movements).

Сегодня на помощь ученым пришла оптогенетика, методы которой позволяют с помощью лазерного луча активировать специфические нейроны, синтезирующие тот или иной протеин с известной функцией. Так, в мозге дрозофилы были выявлены две группы нейронов, одна из которых несет ген светочувствительного протеина. Световые импульсы позволили не только избирательно активировать клетки с этим белком, но и контролировать их функцию. Зная последовательность гена, ученые вскоре выделят его у мышей, а затем и у человека.

В начале октября в Мельбурне состоялась Х Международная конференция по проблемам сна. В одном из докладов, прочитанных ее участниками, утверждалось, что знаменитая сиеста, или послеобеденный сон, повышает КПД не только физического, но и интеллектуального труда. Последнее доказывалось на примере таких компаний, как Microsoft и Google, сотрудники которых могут вздремнуть после обеда прямо на рабочих местах в специально для этой цели подвешенных гамаках. Вполне возможно, что вскоре психологи смогут проверить свои предположения о том, что сон – это механизм «протосознания», мозговая виртуальная модель реальности, которая необходима для поддержания бодрствования.

Впрочем, экспериментаторы далеки от подобного рода теоретических рассуждений, тем более что полувековое изучение REM-сна ничего не прибавило к его пониманию. Их больше привлекает метод электродов, вживленных в определенные точки коры и в подкорковые структуры, в частности, в знаменитое супрахиазмальное ядро – группу клеток, расположенную над хиазмой, то есть перекрестием зрительных нервов. Нейроны этого ядра считаются клеточными часами и регуляторами суточного (циркадного) ритма сна и бодрствования. Именно в них активен главный ген молекулярных часов, названный «период» (реriod).

Сотрудники Манчестерского университета выяснили, что днем нейроны с активным геном пребывают в электрически «заряженном» (возбужденном) состоянии и не генерируют импульсов. А вот клетки без активного гена реriod вовсю обмениваются с соседями электрическими сигналами. Ученые подчеркивают необычность того, что клетки с активным геном способны хранить «электрическое молчание», поскольку в обычных условиях все как раз наоборот.

В Калифорнийском университете Сан-Франциско обнаружили мутацию в гене транскрипционного репрессора – белка, подавляющего транскрипцию, или считывание, генов. Мутантный ген уже относительно давно связали с явлением короткого сна, наблюдающегося у членов некоторых семей. У мышей с внесенным геном короткого сна в среднем на 1,2 часа в день повышается уровень активности и уменьшается время, проводимое во сне. Если мышам с выключенным геном репрессора вводили мутантную версию, то мыши спали на 2,5 часа меньше своих нормальных сородичей. Подобные мыши – превосходная модель для изучения того, как сон влияет на физическое и психическое состояния человека.

В университете швейцарской Лозанны изучили состояние генов в семье трех поколений, в которой мать и дочь спят в среднем всего лишь по 6,25 часа в сутки, в то время как их родственники по восемь и даже девять часов. Обнаружение мутантного гена с одной и той же аминокислотной заменой в белке-регуляторе – очередной пример эволюционной консервативности фундаментальных регуляторов, лежащих в основе функционирования геномов на самых разных уровнях. (Не забудем, что человека и мышь разделяют 80 млн. лет «раздельной» эволюции.) Все это делает мышь не только моделью изучения процессов смены сна и бодрствования, но также и прекрасным объектом проверки новых фармакологических кандидатов в безвредные снотворные и транквилизаторы.