scinquisitor (scinquisitor) wrote,
scinquisitor
scinquisitor

Смертельная бессонница и молекулярная тюрьма: о главных открытиях 2016 года

Когда меня попросили рассказать о самых интересных научных исследованиях уходящего 2016 года, мой выбор пал на две работы. Первая описывает процессы, происходящие во время сна. Вторая – функции белков, играющих роль в развитии болезни Альцгеймера – нейродегенеративного заболевания, приводящего к проблемам с памятью и другим нарушениям работы мозга. Самое замечательное, что эти работы взаимосвязаны.


Первая история посвящена загадкам сна. Долгое время ученые не понимали, почему во время сна меняется активность мозга (и зачем это физиологическое состояние вообще нужно). С эволюционной точки зрения сон – дорогостоящее приобретение, которое отнимает кучу времени. А ещё на спящих животных могут напасть хищники. Про ночные кошмары я и вовсе молчу. Ясно, что сон должен делать что-то очень важное, компенсирующее эти недостатки.

Один из классических экспериментов по лишению сна выглядит так: двух крыс сажают в соседние аквариумы на специальные вращающиеся платформы. Одна из крыс – из группы испытуемых. Другая – из контрольной группы. Под платформами находится вода. Крысы подключены к энцефалографу. Если активность мозга испытуемого грызуна указывает на наступление сна, платформы переворачиваются, и обе крысы оказываются в воде. Получается, испытуемая крыса никогда не может заснуть, а вот ее напарница из контрольной группы может спать, пока «соседка» бодрствует.

Ничего патологического с крысами из контрольной группы в таких экспериментах не происходит. А вот крысы, лишенные сна, больше едят, но теряют вес, испытывают ряд физиологических нарушений и умирают через несколько недель [1, 2].

Позвоночных, способных обходиться без сна, не обнаружено (кстати, интересно, что состояние, похожее на сон, существует даже у мух [3]). У людей встречается редкое неизлечимое наследственное заболевание, при котором больной умирает из-за нарушений сна – фатальная семейная бессонница [4].

В 2013 году нейробиолог Майкен Недергаард и сотрудники ее лаборатории [5] показали, что во время сна происходит значительное увеличение объема межклеточной жидкости мозга и усиливается работа аналога лимфатической системы – глимфатической системы. Таким образом, во время сна происходит «промывка мозгов» – организм избавляется от продуктов жизнедеятельности тканей центральной нервной системы. В частности, происходит удаление бета-амилоидов – белковых молекул, чрезмерное скопление которых опасно для клеток мозга.

В 2016 году группа Недергаард показала, что во время глубокого сна уменьшается содержание ионов калия в межклеточной жидкости, но увеличивается содержание ионов кальция, магния и водорода. Эти изменения приводят к тому, что сигналы, которые раньше возбуждали некоторые клетки, могут более не вызывать их активации. Если искусственно вернуть концентрации ионов в межклеточной жидкости к нормальным для состояния бодрствования уровням, то и активность мозга меняется соответствующим образом [6].

По-видимому, «промывка» непосредственно влияет на работу нервной системы и несовместима с ее «дневной» деятельностью. Поэтому и существует два разных состояния: сон и бодрствование.

Но вернемся к скоплениям бета-амилоидов, вымывающимся во время сна. Считается, что именно из-за этих скоплений погибают нервные клетки таламуса при фатальной семейной бессоннице. Скопление бета-амилоидов также способствует возникновению болезни Альцгеймера. При этом между заболеванием и снижением качества сна обнаружена двунаправленная связь [7]. Оставалось непонятным, зачем вообще нужны бета-амилоиды и почему в процессе эволюции мы от них не избавились раз и навсегда.

И тут мы подходим ко второй статье уходящего года, на которой я хотел заострить внимание. Ее авторам удалось реабилитировать бета-амилоиды и показать, что иногда они приносят пользу [8]. Бета-амилоиды очень похожи на некоторые другие белки, которые умеют связываться с патогенными микроорганизмами, играя роль во врожденном иммунном ответе. Было проверено, не защищают ли человеческие бета-амилоиды от инфекций.

Для этого исследователи вывели генетически модифицированных мышей с человеческим геном, кодирующим бета-амилоиды. Таких мышей и обычных мышей заражали сальмонеллой, которую вводили прямо в мозг. Выживаемость генетически модифицированных мышей была значительно выше, клинические симптомы менингита – менее выраженными, содержание патогенных бактерий в тканях мозга – сниженным.

Кроме того, авторы показали, что круглые черви, производящие человеческие бета-амилоиды, менее восприимчивы к грибковой инфекции – кандидозу. Культивируемые клетки человеческой нейроглиомы тоже лучше переживали встречу с этим паразитом.

Но и это еще не все! В той же работе было показано, что длинные фибриллы, состоящие из бета-амилоидов, способны обволакивать патогенных кандид, заточая их в своеобразную молекулярную тюрьму. Заражение кишечника круглых червей кандидой приводит к образованию этих самых фибрилл из отдельных белков. Наконец, заражение мозга грызунов сальмонеллой тоже стимулирует локальное образование фибрилл.

Возможно, болезнь Альцгеймера является своеобразной гиперактивной реакцией иммунитета. Но также возможно, что нейродегенеративное заболевание провоцируется инфекцией. В пользу второго варианта косвенно свидетельствует тот факт, что в ряде развитых стран (например, в США) наблюдается необъяснимое снижение встречаемости деменции на фоне снижения частоты инфекционных заболеваний. В журнале JAMA в этом году вышла статья, показывающая, что с 2000 по 2012 гг. доля людей старше 65 лет с деменцией в США сократились с 11.6% до 8.8%, что весьма обнадеживает [9].

В 2014 году авторы еще одной работы обратили внимание на повышенный риск болезни Альцгеймера у пациентов, инфицированных герпесом – распространенным вирусом, способным заражать нервные клетки [10]. А вот с заболеваемостью вирусом гриппа такой связи обнаружено не было [11]. Гипотеза об инфекционной составляющей в болезни Альцгеймера весьма соблазнительна еще и потому, что если она верна, возникает множество потенциальных подходов к профилактике и борьбе с этим заболеванием (кроме качественного сна).

Обсуждаемое исследование хорошо укладывается в контекст других работ. Некоторые участки тау-белков (тоже вовлеченных в развитие болезни Альцгеймера) обладают антимикробными свойствами [12]. Также было показано, что альфа-синуклеин – белок, играющий роль в развитии болезни Паркинсона, защищает от некоторых вирусных инфекций центральной нервной системы, например, вызванных вирусом Западного Нила [13].

Лично я очень жду развития этих двух историй про сон и болезнь Альцгеймера в 2017 году. С наступающим!

1. Rechtschaffen A et al: Physiological correlates of prolonged sleep deprivation in rats. Science 1983, 221(4606):182-4.
2. Rechtschaffen A, Bergmann BM: Sleep deprivation in the rat by the disk-over-water method. Behav Brain Res 1995, 69(1-2):55-63.
3. Shaw PJ et al: Stress response genes protect against lethal effects of sleep deprivation in Drosophila. Nature 2002, 417(6886):287-91.
4. Montagna P et al: Familial and sporadic fatal insomnia. Lancet Neurol 2003, 2(3):167-76.
5. Xie L et al: Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science 2013, 342(6156):373-7.
6. Ding F et al: Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle. Science 2016, 352(6285):550-5.
7. Ju YE et al: Sleep and Alzheimer disease pathology--a bidirectional relationship. Nat Rev Neurol 2014, 10(2):115-9.
8. Kumar DK et al: Amyloid-beta peptide protects against microbial infection in mouse and worm models of Alzheimer's disease. Sci Transl Med 2016, 8(340):340ra72.
9. Langa KM et al: A Comparison of the Prevalence of Dementia in the United States in 2000 and 2012. JAMA Intern Med 2017, 177(1):51-8.
10. Piacentini R et al: HSV-1 and Alzheimer's disease: more than a hypothesis. Front Pharmacol 2014, 5:97.
11. Imfeld P et al: Influenza infections and risk of Alzheimer's disease. Brain Behav Immun 2016, 57:187-92.
12. Kobayashi N et al: Binding sites on tau proteins as components for antimicrobial peptides. Biocontrol Sci 2008, 13(2):49-56.
13. Beatman EL et al: Alpha-Synuclein Expression Restricts RNA Viral Infections in the Brain. J Virol 2015, 90(6):2767-82.

Tags: мозг, наука, сон
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 233 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Спасибо и Вас с наступающим и ждем новых интересных постов)
классно
и вас
Александр, коль уж Вы затронули тему сна, хочу задать вопрос, частично ее касающийся. :)

Мне периодически встречаются люди, рассказывающие о том, как они якобы видели во сне какие-то события, которые вскоре происходили именно так, как им виделось во сне. Я, разумеется, сразу же принимаюсь выспрашивать подробности, и в большинстве случаев закономерно выясняется, что сон был достаточно нейтральным, а к последующим событиям его привязали весьма произвольно. Но иногда человек описывает сон очень подробно, и сам при этом недоумевает, как это он мог настолько точно увидеть еще не наступившие события, которые совершенно не вытекали из предыстории.

Как подобные явления можно объяснить с позиции материалистической науки? Мне пока видится только ложное воспоминание - человек видел во сне нечто смутное, что его насторожило, и уже потом, когда взволновавшие его события наступили, неосознанно связывает их с контекстом сна, якобы вспоминая то, чего на тот момент еще не знал и не видел.

Похожее наблюдается при внушенных воспоминаниях, когда очевидцу каких-либо событий исподволь подбрасывают подробности, которых не было (или он не мог их видеть).

Вам не встречалось работ по этой теме?
Я думаю, что это сочетание эффектов дежа вю, ложной память (она переписыается со временем), закона очень больших чисел (снов много, трактовки не точны, что-нибудь и сбудется) и ошибки поиска подтверждений.

emuzychenko

2 weeks ago

set_chemist

2 weeks ago

agalakhov

2 weeks ago

3vdx

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

affinogen2000

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

focus12

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

agalakhov

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

agalakhov

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

agalakhov

2 weeks ago

Xui Sgory

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

gorrah

2 weeks ago

naitedj

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

naitedj

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

naitedj

2 weeks ago

emuzychenko

2 weeks ago

orrine

2 weeks ago

iv_an_ru

2 weeks ago

С наступающим! Побольше радостей и удач в новом году! И, разумеется, хороших научных новостей! :)
С наступающим Новым Годом! Здоровья и удачи, всех благ! Спасибо!
Здравствуйте!
Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal. Подробнее о рейтинге читайте в Справке.
Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal России! Подробнее о рейтинге читайте в Справке.
Благодарю, очень кстати! С Наступающим!
Стоит ли мне волноваться, если я сплю часов по 5 в сутки?
А Вы высыпаетесь и хочется ли спать больше? Может у Вас очень эффективный сон - я не знаю.

alena_nvkz

2 weeks ago

15e601

2 weeks ago

orrine

2 weeks ago

Спасибо вам за частицу света в непроглядной тьме человеческого незнания и предубеждений !


Да вам то что за свет от этого словоблудия?
Вы что - знаете анатомию, гистологию, молекулярную биологию мозга, что бы радоваться каким то там фактам о филаментах или нейроглии или чего то там еще?

Deleted comment

Спасибо за наводку, очень интересные статьи.

С наступающим, Алекс =)
Спасибо за обзор!

Хм, появляется перспектива препаратов, искуственно вызывающих состояние дренирования нервных клеток
Спасибо людям двигающим прогресс
Извиняюсь, но сон очевидно связан со сменой для и ночи. Ночью на улице становится темно и продолжать ту же жизнедеятельность объективно невозможно. Поэтому, большинство организмов пришло к "соглашению" впадать в спячку. Которую, параллельно, научились использовать для некоторых сервисных функций.
А как же животные, ведущие ночной и сумеречный образ жизни, либо активные и днем, и ночью? Органы чувств многих из них адаптированы, так что темнота не является проблемой.

dims12

2 weeks ago

r_a_n_i_e_l

2 weeks ago

dims12

2 weeks ago

Иван Иванов

1 week ago

dims12

1 week ago

yoksel_moksel

2 weeks ago

ой, плохой сон и Альцгеймер нам очень как нужны - иначе как будем от идиотов избавляться?
С Новым Годом!
Когда вижу , что людей , которым не посчастливилось испытать все радости здорового человека - мама с ребенком дсп, слепого , патологического толстяка..... у меня возникает вина. Люди создают огромные помойки больших городов, производят миллионы ненужных вещей, уничтожают природу ради собственного самолюбия.... огромные усилия , затраты времени, ресурсов и ради чего? Неужели нельзя хоть немногую долю всего это направить за действительное нужно дело и избавить людей от болезней, которые реально можно предупредить , вылечить...Вот такие мысли возникли, читая комменты. Все обсуждают , но никого не волнует зачем и для чего все эти исследования.

Иван Иванов

1 week ago

Почему вас никто еще не позвал в ИЗНАКУРНОЖ?
https://www.facebook.com/groups/iznakurnozh/
Спасибо, очень интересно
Спасибо за статью. А то в ЖЖ вообще ничего интересного уже не осталось, даже заходить не хочется - сплошные политсрачи и выдержки из женского глянца.
Ваша статья - бальзам на душу.
> В 2016 году группа Недергаард показала, что во время глубокого сна уменьшается содержание ионов калия в межклеточной жидкости, но увеличивается содержание ионов кальция, магния и водорода. Эти изменения приводят к тому, что сигналы, которые раньше возбуждали некоторые клетки, могут более не вызывать их активации. Если искусственно вернуть концентрации ионов в межклеточной жидкости к нормальным для состояния бодрствования уровням, то и активность мозга меняется соответствующим образом [6].

Похоже, именно поэтому при хронических нарушениях сна декальцинируется эпифиз.
Да неужели?!
"декальцинируется эпифиз"?
Ну теперь то мы все знаем о высшей нервной деятельности!

wild_wolfman

2 weeks ago

Опять вокруг да около , и как всегда в сторону от истинной разгадки сна.
Платформы с крысами, последующая смерть грызунов от недосыпания - это одно из следствий причины , которая одна.
Действительно Позвоночных, способных обходиться без сна, не обнаружено .
Это потому что предрасположением к психической организации обладают все позвоночные.
Т.е. все позвоночные так же как и человек способны моделировать психические модели образов при помощи гиппокампа и энториальной коры мозга.
Психические образы это закольцованная реверберирующая активность мозга.
За день ревербераций накапливается большое количество. Гиппокамп занимается сортировкой активностей и переводом образов в долговременную память.
Сон является инструментом для гашения таких активностей.

Вот один из многочисленных фактов моих десятилетних теоретических исследований ; Ночь без сна заставляет гиппокамп бастовать Очередное доказательство тесной связи между сном и памятью получил Мэтью Уокер (Matthew P. Walker) из Гарварда (Harvard University). Он и его коллеги установили, что всего одна ночь без сна может заметно повлиять на работу органа, играющего ключевую роль в процессе закрепления новых знаний в памяти.

10 студентов-добровольцев провели одну ночь без сна, после чего им показали 30 слов, которые испытуемые должны были запомнить. Через два дня экспериментаторы проверили надёжность запоминания. Оказалось, что эти 10 человек запомнили слов в среднем на 40 % меньше, чем контрольная группа из 10 студентов, которые спали как обычно.

Но и это не всё. Обнаружилась связь между эмоциональной окраской слов и надёжностью их запоминания. То, что положительно и отрицательно «заряженные» слова запоминаются лучше, было установлено раньше. Однако в ходе данной работы выяснилось, что у добровольцев, пропустивших один раз сон, негативные слова врезаются в память намного глубже, чем все прочие. Лишённые сна студенты запомнили лишь на 19% меньше «отрицательных» слов, чем добровольцы в контрольной группе, зато «положительных» — на 59% меньше.

Чтобы узнать, какая часть мозга отвечает за такое «забвение», исследователи повторили эксперимент с другой группой добровольцев. На этот раз они использовали функциональный магнитно-резонансный сканер, чтобы контролировать мозговую деятельность в то время, когда студенты рассматривали ряд эмоционально нейтральных фотографий. Выяснилось, что у студентов, пропустивших обычный ночной сон, гиппокамп проявлял гораздо меньшую активность. А эта часть мозга критически важна для процесса запоминания.

Теперь авторы работы намерены детальнее изучить связь между памятью и эмоциями.


Самое простое решение загадки сна лежит на поверхности.
у меня есть несколько знакомых - больных Альцгеймером - так сложилось :)
уже перестала удивляться:
- с одной стороны у них потеря памяти - забыли как готовить (даже варить кашу), куда положили то, что только-что держали в руках, где лежит сахар и чашки, какой сегодня день, сколько им лет, что произошло в последние годы жизни ...
- с другой стороны то, что их затрагивает эмоционально, (например, знакомая или родственница хочет им навредить - забрать вещи, помощницу по уходу, ... - якобы!) они помнят много времени и рассказывают постоянно (не дают забыть мне)
почему-то вызвавшее негативные эмоции запоминается лучше, чем позитивные - негатив что-ли ярче? :)

makrofag2

2 weeks ago

Спасибо!) Пожалела, что не биолог. С Новым годом!)
ой, привет гинеколог!
> при котором больной умирает из-за нарушений сна – фатальная семейная бессонница [4].

больной не умирает "из-за нарушения сна"
бессоница - это симптом, а не причина

причина - - это изменения в таламусе, вызванное прионами
если бессоница симптом -то что с ней делать? я плохо сплю уже много лет- кроме снотворного врачи ничего не предпринимают- поэтому без снотворного сплю по 30-40 минут -со снотворным 3-4 часа- и что делать?

fermi_level

2 weeks ago

xboctram

2 weeks ago

fermi_level

2 weeks ago

xboctram

2 weeks ago

xboctram

2 weeks ago

vinsenty

2 weeks ago

xboctram

2 weeks ago

vinsenty

2 weeks ago

Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →