סיקור מקיף

איך אנחנו יודעים שאנחנו עייפים?

מנגנון תאי שהתגלה על ידי חוקרים מאוניברסיטת בר-אילן עשוי לספק את המפתח לפתרון תעלומה עתיקת יומין זו * PARP1 הוא "אנטנה" המאותתת כי הגיע הזמן לישון

מדוע בני אדם מבלים שליש מחייהם בשינה? מדוע בעלי חיים ישנים? לכל אורך האבולוציה נותרה השינה אוניברסלית וחיונית לכל האורגניזמים בעלי מערכת עצבים, לרבות חסרי חוליות כגון זבובים, תולעים ואפילו מדוזות. מדוע בעלי חיים ישנים למרות האיום הבלתי פוסק מצד טורפים, וכיצד מועילה השינה למוח ולתאים בודדים? שאלות אלו הן עדיין בגדר תעלומה.

במחקר חדש שפורסם בכתב העת Molecular Cell עשו חוקרים באוניברסיטת בר אילן בישראל צעד נוסף לקראת פתרון התעלומה כשגילו מנגנון שינה בדג הזברה וראיות תומכות בעכברים.

המחקר נערך בראשות פרופ' ליאור אפלבאום מהפקולטה למדעי החיים ע"ש גודמן באוניברסיטת בר אילן והמרכז הרב-תחומי לחקר המוח ע"ש גונדה (גולדשמידט) ביחד עם הפוסט-דוקטורנט דויד זדה.

כשאנו ערים לחץ שינה הומאוסטטי נבנה בגוף. לחץ זה מתגבר ככל שאנחנו נשארים ערים ופוחת בזמן השינה עד לשפל לאחר שנת לילה מלאה וטובה.

מה גורם להתגברות הלחץ ההומאוסטטי עד לנקודה שבה אנחנו חשים צורך לישון, ומה קורה בלילה שמפחית את הלחץ במידה כזו שאנחנו מוכנים להתחיל יום חדש? במהלך שעות הערות נזקי דנ"א מצטברים בתאי העצב. נזקים אלו נגרמים מסיבות שונות, לרבות אור אולטרה סגול, פעילות תאי העצב, קרינה, לחץ חמצוני ושגיאות אנזימיות. בזמן השינה ושעות הערות מערכות תיקון בכל תא מתקנות את השברים בדנ"א. אולם נזקי הדנ"א בתאי העצב ממשיכים להצטבר בזמן הערות, ונזקים רבים מדי במוח עלולים להגיע לרמות מסוכנות שיש להפחיתן. המחקר מראה כי השינה מגייסת מערכות תיקון דנ"א ומקדמת תיקון יעיל המאפשר להתחיל יום חדש.

בסדרה של ניסויים ביקשו החוקרים לקבוע אם ההצטברות של נזקי דנ"א היא הגורם ללחץ הומאוסטטי ולמצב השינה לאחר מכן. באמצעות הקרנה, פרמקולוגיה ואופטוגנטיקה הם גרמו נזקי דנ"א בדגי זברה כדי לבחון כיצד הדבר משפיע על שנתם. הודות לשקיפות המוחלטת שלהם, לשינה הלילית ולמוח פשוט הדומה למוח של בני אדם, דגי זברה הם האורגניזם המושלם לחקר תופעה זו.

ככל שגברו נזקי הדנ"א כך גבר הצורך בשינה. הניסוי הראה כי בשלב מסוים הגיעה הצטברות נזקי הדנ"א לסף מירבי והגבירה את לחץ השינה (הלחץ ההומאוסטטי) במידה כזו שהתעורר בדגים הצורך לישון והדגים נרדמו. השינה סייעה לתיקון הדנ"א ולהפחתת הנזקים.

כמה שעות שינה מספיקות?

אין כמו שינה טובה. לאחר שאימתו כי הצטברות נזקי דנ"א היא הכוח המניע את תהליך השינה ביקשו החוקרים לדעת אם ניתן לקבוע את זמן השינה המזערי הדרוש לדגי הזברה כדי להפחית את לחץ השינה ואת נזקי הדנ"א. היות שדגי זברה, בדומה לבני האדם, רגישים להפרעות אור, קוצר בהדרגה פרק הזמן החשוך במהלך הלילה. לאחר מדידת נזקי הדנ"א והשינה נקבע כי שש שעות שינה בלילה מספיקות להפחתת נזקי הדנ"א. באופן מפתיע, לאחר פחות משש שעות שינה לא פחתו נזקי הדנ"א במידה מספיקה, ודגי הזברה המשיכו לישון גם באור יום.

PARP1 הוא "אנטנה" המאותתת כי הגיע הזמן לישון

איזה מנגנון במוח אומר לנו שאנחנו צריכים לישון כדי לעודד תיקון יעיל של דנ"א? החלבון PARP1, שהוא חלק ממערכת תיקון נזקי הדנ"א, הוא אחד המגיבים הראשונים. PARP1 מסמן את אתרי הנזק בדנ"א שבתאים ומגייס את המערכות הרלוונטיות לניקוי נזקי הדנ"א. בהתאם לנזקי הדנ"א הצטברות PARP1 באתרי שבירת דנ"א גוברת בזמן הערות ופוחתת בזמן השינה. באמצעות מניפולציה גנטית ופרמקולוגית חשפו ביטוי יתר (overexpression) וביטוי מופחת (knockdown) של PARP1 לא רק שהגברת PARP1 מעודדת שינה אלא שהיא גם מגבירה את התיקון תלוי השינה. מנגד, דיכוי של PARP1 חסם את האיתות לתיקון נזקי דנ"א. התוצאה הייתה שהדגים לא ידעו שהם עייפים, לא נרדמו, ולא התבצע תיקון נזקי דנ"א.

כדי לחזק את הממצאים מדגי הזברה נבדק תפקידו של PARP1 בוויסות השינה גם בעכברים באמצעות רִשְמַת מוח חשמלית (EEG) בשיתוף פעולה עם פרופסור יובל ניר מאוניברסיטת תל אביב. כמו בדגי הזברה, העיכוב של פעילות החלבון PARP1 הפחיתה את משך הזמן ואת האיכות של שינה ללא תנועת עיניים מהירה (NREM). "מסלולי PARP1 מסוגלים לאותת למוח שעליו לישון כדי לבצע תיקון דנ"א," אומר פרופ' אפלבראום.

במחקר קודם השתמשו פרופסור אפלבאום וצוותו בהדמיה דולגת תלת-ממדית כדי לקבוע כי השינה מגבירה את הדינמיקה הכרומוזומית. כעת נוספה עוד חתיכה לתצרף, PARP1 שמגביר את השינה ואת הדינמיקה הכרומוזומית ומקדם את התיקון של נזקי דנ"א המצטברים במהלך שעות הערות. יתכן שתהליך תחזוקת הדנ"א בתאי העצב בזמן הערות אינו יעיל מספיק ולכן נדרש פרק זמן של שינה עם קלט מופחת למוח.

ממצאים אחרונים אלו מספקים תיאור מפורט של "שרשרת האירועים" המסבירה את השינה ברמת התא הבודד. מנגנון זה עשוי להסביר את הקשר בין הפרעות שינה, זקנה והפרעות נוירולוגיות ניווניות כגון פרקינסון או אלצהיימר. פרופסור אפלבאום מאמין כי מחקר עתידי יעזור ליישם את פונקציית השינה הזו בבעלי חיים אחרים מחסרי חוליות נמוכים ועד, לבסוף, בני אדם.

עוד בנושא באתר הידען:

תגובה אחת

  1. כותרת מפוקפקת
    "איך אנחנו יודעים שאנחנו עייפים"?????
    עייף = יודע שאתה עייף

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן