Sen jest niezwykle istotnym elementem życia człowieka. Wydaje się to oczywiste, choć nauka wciąż nie zna odpowiedzi na pytanie dlaczego w ogóle śpimy. Przeprowadzono wiele badań, których wyniki pozwoliły do pewnego stopnia wyjaśnić, jak działa sen. Niewiele jednak wiadomo na temat tego, jak działają mechanizmy synaptyczne w odniesieniu do snu.
Podstawą działania sieci neuronalnych są komórkowe cząsteczki adhezyjne (CAM, ang. cell adhesion molecule). Znajdują się one na zakończeniach nerwowych, zarówno po stronie pre- jak i postsynaptycznej. Uczestniczą w regulacji rozwoju synaps i całych obwodów neuronowych. Zespół naukowy z Center for Synaptic Brain Dysfunctions w południowokoreańskim Institute for Basic Science (IBS) prowadził badania dotyczące jednej z nich o nazwie PTPδ, zlokalizowanej w błonie presynaptycznej. Opracowano wersję tej cząsteczki ze znacznikiem fluorescencyjnym. W ten sposób możliwa była precyzyjna i wyraźna wizualizacja naturalnego umiejscowienia PTPδ w mózgu z dokładnością w skali nanometra. Wyniki analiz pozwoliły udowodnić, że zakłócenia interakcji tej cząsteczki z jest postsynaptycznym partnerem IL1RAPL1 są przyczyną zmian w zachowaniach wrodzonych.
Już wcześniej wykazano, że interakcja transsunaptyczna jest zależna od sekwencji peptydowej o długości zaledwie sześciu aminokwasów w obrębie PTPδ. Po usunięciu tej kluczowej sekwencji nie dochodzi do wiązania tego białka z IL1RAPL1. Prowadzi to do znacznego zmniejszenia liczby synaps w mózgu i zakłóca działanie złożonych obwodów neuronalnych, które determinują zachowania takie jak sen.
Zespół z IBS udowodnił również, że brak możliwości interakcji między IL1RAPL1 i PTPδ wpływa na zmianę składu chemicznego IL1RAPL1. Ponieważ cząsteczka ta ma kluczowe znaczenie dla dojrzewania synaps, zaburzenie to prowadzi do zakłócenia ich struktury i funkcji. W konsekwencji pojawia się wzrost poziomu lęku i zmniejszenie czasu snu. Zmiany te obserwowano u myszy z mutacją PTPδ.
Przeprowadzono już prace, w których połączono nieprawidłowe synaptyczne komórkowe cząsteczki adhezyjne z zaburzeniami zachowania u myszy. To badanie poskutkowało pierwszym kompleksowym przeglądem powiązań CAM ze snem, który jest jedną z podstawowych funkcji mózgu. Wcześniej nie udało się powiązać żadnej pary CAM ze snem i związanymi z nim zachowaniami, takimi jak nadpobudliwość czy lęk. Wiadomo, że mutacje w genie kodującym PTPδ związane są z licznymi zaburzeniami psychicznymi, w tym ze schizofrenią, zespołem nadpobudliwości z deficytem uwagi (ADHD) czy zespołem niespokojnych nóg. Każde z tych zaburzeń dotyka 1-5% populacji na całym świecie. Wyniki otrzymane przez naukowców z Korei Południowej rzucają światło na to, w jaki sposób zmiany w strukturze PTPδ mogą prowadzić do pojawiania się objawów przypominających te właśnie choroby.
Rozwój mózgu na etapie embrionalnym oraz w okresie poporodowym jest kluczowy dla prawidłowych zachowań. Wyniki otrzymane przez badaczy z IBS świadczą o tym, że pojedyncze zakłócenie interakcji PTPδ-IL1RAPL1 ma konsekwencje trwające przez cały okres życia organizmu, a jedną z nich jest trwałe ograniczenie czasu snu. Prawidłowy sen jest niezbędny do przeżycia i do zachowania dobrej kondycji zdrowotnej. Dlatego też zakłócenie interakcji tej pojedynczej pary cząstek w synapsie może mieć tak daleko idące konsekwencje. Odkrycie to pozwala w lepszym stopniu zrozumieć, w jaki sposób podstawowe elementy budowy mózgu wpływają na złożone zachowania, takie jak właśnie sen.
