La privazione del sonno interrompe la produzione di proteine ​​cerebrali essenziali

La maggior parte di noi potrebbe usare più sonno. Lo sentiamo nel nostro bisogno di una tazza di caffè in più e in una stretta cognitiva man mano che una giornata intensa si trascina. E il sonno è stato fortemente legato al nostro pensiero, acuendolo quando ne abbiamo abbastanza e attenuandolo quando siamo troppo piccoli.

Ciò che produce questi effetti è familiare ai neuroscienziati: segnali di luce e oscurità esterni che aiutano a impostare i nostri ritmi quotidiani o circadiani, i geni “clock” che agiscono come cronometristi interni e neuroni che si segnalano l’un l’altro attraverso connessioni chiamate sinapsi. Ma come questi fattori interagiscono per rinfrescare un cervello una volta che dormiamo è rimasto enigmatico.

Risultati pubblicati il ​​10 ottobre in due articoli in Scienza posizionare le sinapsi al centro della scena. Questi nodi della comunicazione neuronale, dimostrano i ricercatori, sono i luoghi in cui convergono i preparativi interni per il sonno e gli effetti dei nostri comportamenti correlati al sonno. I cronometristi cellulari preparano ritmicamente le aree intorno alle sinapsi in previsione della costruzione di proteine ​​sinaptiche durante il sonno. Ma le nuove scoperte indicano che i neuroni riducono i loro cicli on-off regolari di costruzione di queste proteine ​​critiche in assenza di sonno. *

I risultati suggeriscono che il cervello “si sta preparando per un evento, ma ciò non significa che in realtà lo segua nel farlo”, afferma Robert Greene, neuroscienziato del Southwestern Medical Center dell’Università del Texas, che non è stato coinvolto nello studio . Greene definisce gli studi “affascinanti”, affermando che confermano una connessione “a lungo sospettata” tra cronometraggio interno e comportamenti del sonno.

Quando diventiamo assonnati, due fattori sono in gioco: “la pressione del sonno” o il fascino crescente di un cuscino che richiama il tempo di veglia che si allunga e il nostro orologio interno emette il segnale che è arrivato il solito punto per l’occhio chiuso. In uno dei due studi, Sara B. Noya dell’Istituto di farmacologia e tossicologia dell’Università di Zurigo e i suoi colleghi hanno dimostrato che nei topi l’orologio interno regola la generazione ritmica di istruzioni o trascrizioni per produrre proteine. Cedendo alla pressione del sonno e colpendo il fieno, hanno scoperto, innesca le fasi finali della produzione di proteine.

Nelle due ore di punta della giornata di 24 ore, poco prima di svegliarsi e dormire, i neuroni nelle aree cerebrali legate alla cognizione riempivano queste trascrizioni delle stazioni di segnalazione di una cellula di cronometraggio con queste trascrizioni. Le trascrizioni del “tempo di sonno” tendevano ad essere per le proteine ​​che regolano la costruzione di altre proteine, mentre le istruzioni del “tempo di veglia” erano per le proteine ​​legate alla funzione sinapsi. Queste molecole nascoste preparano il terreno per il rapido rinfresco delle sinapsi durante il sonno. I topi privi di importanti geni dell’orologio non hanno mostrato questi picchi.

Con un normale ciclo sonno-veglia, le proteine ​​costruite usando queste istruzioni hanno anche mostrato un picco di produzione all’alba e al tramonto. Nei topi privati ​​del sonno, tuttavia, Noya e i suoi colleghi hanno dimostrato che la cellula produceva ancora molte delle trascrizioni ma non costruiva le proteine ​​correlate. Questo risultato implica che il sonno regola la fase finale di costruzione delle proteine ​​nel garantire sinapsi robuste.

Tuttavia, non tutte le proteine ​​che la cellula rende necessariamente attive. In un carta compagno, Franziska Brüning dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco e l’Istituto Max Planck di biochimica di Martinsried, in Germania, e i suoi colleghi hanno esplorato l’uso ritmico di quelli che lo fanno. L’attaccamento o la rimozione di una molecola di fosfato agisce come un interruttore per attivare o disattivare le proteine, quindi gli investigatori hanno esaminato da vicino questo processo. Hanno scoperto che anche i livelli di proteine ​​che erano stati etichettati con fosfati hanno raggiunto il picco due volte, con il picco più grande che si verifica appena prima del risveglio. E come con le proteine ​​nell’altro studio, la privazione del sonno ha appiattito queste cime.

I ricercatori hanno effettuato le loro misurazioni ogni quattro ore, un progresso rispetto a studi precedenti che di solito riguardavano un singolo punto temporale durante un periodo di 24 ore, afferma Chiara Cirelli, neuroscienziata dell’Università del Wisconsin-Madison, che ha co-scritto un commento che accompagna i due documenti. “È un’analisi molto completa dell’intero ciclo luce-buio”, afferma.

Cirelli sottolinea l’importanza di isolare le regioni sinaptiche in cui queste molecole si accumulano e vengono prodotte. I ricercatori hanno bloccato quando le trascrizioni sono state posizionate pronte e quando le proteine, etichettate con fosfati o meno, sono state fatte o utilizzate, dice.

Maria Robles, neuroscienziata dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco e coautrice di entrambi i lavori, afferma che le scoperte che distinguono le diverse fasi della produzione e dell’attività delle proteine ​​si aprono agli occhi, rivelando che il cervello ha “un modo meraviglioso di controllare” queste molecole .

Anche se gli studi sono stati condotti sui topi, il cervello di questi animali ha dimostrato di essere sostituti abbastanza affidabili di quelli umani, afferma Akhilesh B. Reddy, neuroscienziato della Perelman School of Medicine dell’Università della Pennsylvania, che non era coinvolto nel lavoro. I risultati hanno implicazioni su come consolidiamo i ricordi durante il sonno, tra le altre promettenti vie di ricerca, dice, attirando l’attenzione direttamente sugli eventi sinapsi. Ciò non significa, tuttavia, che gli interventi per aumentare la memoria e la cognizione incombano nel prossimo futuro, sulla base di questi risultati, afferma Robles. “Questa è solo la punta dell’iceberg”, aggiunge.

* Nota dell’editore (16/10/19): questa frase è stata modificata dopo la pubblicazione per chiarire meglio in che modo i neuroni sono influenzati dalla privazione del sonno.

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