Недостаточно продолжительный ночной отдых или плохой сон — одна из серьёзных проблем постиндустриального общества, и уже хорошо известно, что хронические проблемы со сном существенно снижают качество жизни, производительность труда и являются причиной многих несчастных случаев. Несмотря на то, что необходимость во сне до сих пор чётко не объяснена с биологической точки зрения, сомневаться в ней нет никаких поводов: сон является обязательной чертой большинства животных — от мух до человека, — а длительное лишение сна может даже повлечь смерть.

Сон управляется двумя различными процессами: циркадным и гомеостатическим, первый из которых определяет периодичность сна и время, в которое он должен наступить, а второй — саму необходимость во сне. И если про механизмы регуляции циркадного ритма кое-что известно — например, что суточное колебание освещённости приводит к выработке различных нейрогормонов (в частности мелатонина), которые и «заправляют» циркадным циклом, — то молекулярный механизм гомеостатической регуляции до сих пор оставался совершенно неясным.

Сон удобно изучать не только на людях, но и на модельных животных: так, «рабочая лошадка» молекулярных биологов — плодовая мушка Drosophila melanogaster — достаточно хорошо охарактеризована на этот счёт, и существуют данные, что мутация по одному из генов дрозофилы — калиевому каналу шейкер (Shaker, соответствующий белок называют Sh) — приводит к появлению «мало спящего» фенотипа мухи.

Учёные из университета Пенсильвании провели масштабное генетическое сканирование дрозофил на предмет выявление генов, влияющих на сон у этих животных [1]. Среди ≈3500 мутантных линий дрозофилы они идентифицировали мутацию, «хозяева» которой (точнее, «хозяйки», потому что работа проводилась на самках) спали в сутки в среднем на 10 часов меньше остальных (а дрозофила проводит во сне около 12 часов в сутки). Идентифицированная рецессивная мутация, ген которой получил название Sleepless (или просто sss), оказалась настолько «действенной», что 9% мух с этой мутацией не спали вообще никогда.

Белок SSS, соответствующий идентифицированному гену sss, оказался мембранным белком с гликозил­фосфатидил­инозитоловым «якорем», синтезирующимся преимущественно в мозгу мухи. Уровень экспрессии этого белка не зависит от фазы циркадного цикла, и это обозначает, что он отвечает именно за гомеостатическую регуляцию сна. Исследователям не удалось найти гомологов этого белка у человека, однако это ещё не обозначает, что гомеостатический механизм регуляции сна у людей не устроен сходным образом, но с участием функционального гомолога белка SSS (не имеющего достоверной гомологии, если судить только по аминокислотной последовательности).

Учёным удалось показать, что ранее уже описанная мутация дрозофил quiver (qvr), ослабляющая поток ионов калия через K⁺-канал Shaker, является аллельным состоянием гена sss, и что уровень белка Sh снижен в «бессонных» мухах. Была выдвинута гипотеза, что белок SSS гомеостатически регулирует сон, увеличивая проводимость K⁺-каналов в мозгу дрозофилы и, тем самым, снижая трансмембранный потенциал и понижая возбудимость нейронов. Возможно, именно это, в конечном счёте, и является причиной сна: «бессонные» мутантные дрозофилы, лишённые белка SSS, практически не спят. Однако вряд ли это можно назвать преимуществом: такие мухи становятся своего рода «лунатиками», ведя менее активный образ жизни. Что ещё более важно, продолжительность их жизни снижена вдвое.

«Свежеоткрытый» белок SSS, являющийся регулятором экспрессии и работы шейкер-каналов в мозгу дрозофил, по-видимому, управляет всем гомеостатическим процессом регуляции сна у дрозофил. В случае отсутствия этого белка (у мутантов) сигнал к засыпанию является недостаточным даже в те фазы циркадного цикла, когда «пробудочный» сигнал минимален.

Амита Сегал (Amita Sehgal), руководитель этого исследования, профессор нейробиологии Университета Пенсильвании и сотрудник Медицинского института имени Ховарда Хьюза, считает, что в дальнейшем сделанное открытие может помочь решить проблемы со сном у миллионов человек. «Мы надеемся, со временем обнаружится человеческий эквивалент „гена сна“, что не только позволит понять, почему же всё-таки мы спим, но и позволит разрабатывать эффективные лекарства, которые позволят победить бессонницу», — говорит она [2].

Литература

1. K. Koh, W. J. Joiner, M. N. Wu, Z. Yue, C. J. Smith, A. Sehgal. (2008). Identification of SLEEPLESS, a Sleep-Promoting Factor. Science. 321, 372-376;
2. Searching for shut eye: possible „sleep gene“ identified. (2008). ScienceDaily.