Нарушение сна может быть следствием заболевания или приема медицинских препаратов. Свой вклад в появление сомнологических проблем могут внести:
- хронический или острый (на фоне сильного потрясения) стресс;
- «вредные» для сна привычки (использование гаджетов перед сном, плотный ужин, избыток кофеинсодержащих напитков и т.д.).
Устранив причину, можно добиться заметного улучшения сна, однако часто бессонница не уходит после коррекции основного заболевания. Результаты последних исследований могут помочь в борьбе с проблемой бессонницы в будущем. Приблизиться к решению ученым позволил анализ не изученных прежде аспектов фосфорилирования белков.
Чем грозит недостаток или отсутствие ночного отдыха?
Полноценный сон – важная составляющая здорового образа жизни наряду со сбалансированным рационом и регулярной двигательной активностью. Согласно статистике клиники Майо, бессонница оказывает влияние на физические и интеллектуальные аспекты деятельности человека. Люди, страдающие бессонницей, отмечают снижение качества жизни в целом в сравнении с респондентами, не имеющими проблем со сном.
Бессонница может приводить к:
- снижению работоспособности и/или обучаемости;
- замедлению реакции, недостатку внимания у водителей, росту числа возможных аварий;
- депрессивному /тревожному расстройству личности;
- злоупотреблению тонизирующими (кофеин) или иными психоактивными препаратами;
- повышению риска или обострению соматических заболеваний. В первую очередь речь идет о сердечных патологиях и хроническом повышении давления.
Бессонница: провоцирующие факторы и группы риска
Наверно, каждый человек хотя бы раз стакивался с эпизодической бессонницей. Однако у некоторых групп населения риск появления сомнологических проблем выше. В числе факторов, которые провоцируют нарушения:
- изменения гормонального фона у женщин. Колебания уровня гормонов сопровождают менструальный цикл, беременность и менопаузу. Отдельно следует отметить климактерические «приливы» и избыточное потоотделение, которые часто становятся помехой здоровому сну;
- пожилой возраст. С возрастом происходит естественное снижение уровня гормонов, регулирующих сон. Если к этому добавляется «букет» соматических болезней, результатом нередко становится хроническое нарушение сна;
- любые заболевания/патологические состояния, независимо от возраста;
- психологические проблемы. Острый стресс и ярко выраженные негативные события часто сопровождает непродолжительная бессонница. Длительное воздействие стресс-факторов может привести к хроническому нарушению сна;
- нефизиологичный/непостоянный режим дня. Пример: чередование работы в дневную/ночную смену либо смена часовых поясов в авиаперелете.
Сон с точки зрения молекул и химических реакций
Недавно стали известны результаты исследований, иллюстрирующих связь между регуляцией цикла сон/бодрствование и реакцией фосфорилирования белков. Полученные данные могут помочь в разработке методик нормализации циркадных ритмов.
Циркадные ритмы можно назвать биологическими часами организма. Цикл сон-бодрствование – один ключевых циркадных ритмов.
В общем случае под фосфорилированием понимают процесс замещения атома водорода в молекуле-субстрате остатком фосфорной кислоты агента-донора. Взаимодействие донора с субстратом, как правило, требует ввода катализатора-фермента. Результат реакции – образование сложных эфиров фосфорной кислоты.
Говоря о фосфорилировании белка, имеют в виду добавление фосфатной группы через фосфоэфирную связь (О-фосфорилирование) к гидроксогруппе боковой цепи аминокислотного остатка. В роли аминокислоты может выступать серин, треонин или тирозин, а агентом-донором солей фосфорных кислот является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
АТФ играет огромную роль в энергообмене организма человека. АТФ является источником энергии для всех биохимических реакций, протекающих в живой клетке.
Особый интерес для ученых представляли CaMK2A (альфа) и CaMK2B (бета). Эти протеинкиназы, как выяснилось, обеспечивают засыпание и регулируют продолжительность ночного отдыха.
Протеинкиназы – группа ферментов фосфотрансфераз. Они обеспечивают модификацию белков в ходе фосфорилирования аминокислотных остатков, имеющих гидроксогруппы. Также протеинкиназы могут участвовать в аналогичной реакции по остаткам аминокислоты гистидина.
Исследователи предположили, что фосфорилирование белка может быть ключевым фактором «сонливого состояния» на уровне молекул. На базе имеющихся данных ученые предложили теорию «фосфорилирования сна».
Клетки ЦНС (головного мозга) активно синтезируют протеинкиназы CaMK2A и CaMK2B. Более того, прежние исследования уже подтвердили, что эти ферменты играют значимую роль в познавательных процессах (в частности, памяти).
При этом ранее не уделялось внимания функции этих ферментных соединений в регуляции сна. В последнем исследовании биологи решили устранить этот пробел.
Механизм исследования
Общеизвестно, что у CaMK2B существует ряд сайтов (участков) связывания (фосфорилирования). При этом функции фермента меняются в зависимости от статуса фосфорилирования участка.
Сайт белка – это участок молекулы протеина, который может специфично связываться с другой молекулой.
Опираясь на эти данные, исследователи создали набор модифицированных ферментов (мутантов) CaMK2B на основе AAV (аденоассоциированных вирусов).
В ходе лабораторных испытаний диким грызунам вводили вирус, стимулирующий синтез CaMK2 клетками головного мозга. Затем ученые проводили сравнительный анализ продолжительности сна мышей. Им удалось обнаружить, что ввод 69AAV, содержащего фосфомиметический мутант T287D (модификацию T287) фермента CaMK2B, приводил к заметному увеличению продолжительности сна.
В ходе опытов ученым пришлось вводить в каждый участок связи модифицированные остатки молекулы, имитируя процесс фосфорилирования. Далее изучалась связь между статусом фосфорилирования фермента и регуляцией сна.
Ученым удалось выявить определенный статус CaMK2B, который стимулирует переход от бодрствования ко сну. И это еще не все. Если ввести в полученный специфически фосфорилированный фермент CaMK2B аналогично модифицированный остаток дважды или трижды, можно замедлить перехода от сна к бодрствованию.
Какие выводы сделали ученые
Информация об экспериментах была опубликована в американском научном журнале PLOS Biology. Исходя из опытных данных, фермент CaMK2B «работает» на каждом шаге многоэтапного процесса. При определенном статусе фосфорилирования протеинкиназа способна продлевать сон.
Индукция (стимуляция) сна – это умышленное усилие с целью достижения состояния сна с применением различных методик и/или медпрепаратов (в том числе многих снотворных). Основные задачи индукции – более длительная фаза глубокого сна, большая эффективность ночного отдыха, уменьшение или устранение бессонницы.
Исходя из схематической модели, CaMK2B в зависимости от собственного статуса фосфорилирования влияет на:
- стимуляцию сна (модификация T287);
- поддержание (T306, T307);
- подавление сонливости (S26, S182, T311).
Выяснилось, что двухэтапное регулирование с использованием CaMK2B T287D делает сон более длительным. А выделение пептида-ингибитора CaMK2B, напротив, ведет к сокращению ночного отдыха.
Резюме
Новейшие экспериментальные данные позволяют хотя бы отчасти понять молекулярные механизмы стимуляции и поддержания сна. Результаты исследования смогут помочь в разработке и совершенствовании методик контроля и нормализации сна. Без актуальной «молекулярной» базы сделать новые шаги в этом направлении было бы намного сложнее.