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.

Bibliografia:
Park H., Choi Y., Jung H., Kim S., Lee S., Han H., Kweon H., Kang S., Sim W.S., Koopmand F., Yang E., Kim H., Smit A.S., Bae Y.C., Kim E. Splice‐dependent trans‐synaptic PTPδ–IL1RAPL1 interaction regulates synapse formation and non‐REM sleep. The Embo Journal 2020

Dodaj komentarz