قد توفر الآلية الخلوية التي اكتشفها باحثون من جامعة بار إيلان المفتاح لحل هذا اللغز القديم * PARP1 هو "هوائي" يشير إلى أن وقت النوم قد حان
لماذا يقضي الإنسان ثلث حياته في النوم؟ لماذا تنام الحيوانات؟ طوال التطور، ظل النوم عالميًا وضروريًا لجميع الكائنات الحية ذات الجهاز العصبي، بما في ذلك اللافقاريات مثل الذباب والديدان وحتى قنديل البحر. لماذا تنام الحيوانات رغم التهديد المستمر من الحيوانات المفترسة، وكيف يفيد النوم الدماغ والخلايا الفردية؟ هذه الأسئلة لا تزال لغزا.
في دراسة جديدة نشرت في مجلة Molecular Cell، اتخذ الباحثون في جامعة بار إيلان في إسرائيل خطوة أخرى نحو حل اللغز عندما اكتشفوا آلية النوم في أسماك الزرد والأدلة الداعمة في الفئران.
تم إجراء البحث بقيادة البروفيسور ليئور أبلباوم من كلية غودمان لعلوم الحياة في جامعة بار إيلان والمركز متعدد التخصصات لأبحاث الدماغ الذي يحمل اسم غوندا (غولدشميت) بالتعاون مع طالب ما بعد الدكتوراه ديفيد زيدا.
عندما نكون مستيقظين، يتراكم ضغط النوم المتوازن في الجسم. ويزداد هذا الضغط مع بقائنا مستيقظين وينخفض أثناء النوم إلى مستوى منخفض بعد ليلة نوم كاملة وجيدة.
ما الذي يسبب ارتفاع الضغط الاستتبابي إلى درجة أننا نشعر بالحاجة إلى النوم، وماذا يحدث في الليل ويقلل الضغط إلى درجة تجعلنا مستعدين لبدء يوم جديد؟ خلال ساعات الاستيقاظ، يتراكم تلف الحمض النووي في الخلايا العصبية. تحدث هذه الأضرار لأسباب مختلفة، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية ونشاط الخلايا العصبية والإشعاع والإجهاد التأكسدي والأخطاء الأنزيمية. أثناء ساعات النوم والاستيقاظ، تقوم أنظمة الإصلاح في كل خلية بإصلاح تكسر الحمض النووي. ومع ذلك، فإن تلف الحمض النووي في الخلايا العصبية يستمر في التراكم أثناء الاستيقاظ، وقد يصل الضرر الكبير في الدماغ إلى مستويات خطيرة يجب تقليلها. تظهر الأبحاث أن النوم يحرك أنظمة إصلاح الحمض النووي ويعزز الإصلاح الفعال الذي يسمح ببدء يوم جديد.
في سلسلة من التجارب، سعى الباحثون إلى تحديد ما إذا كان تراكم تلف الحمض النووي هو سبب الإجهاد الاستتبابي وحالة النوم اللاحقة. وباستخدام الإشعاع وعلم الصيدلة وعلم البصريات الوراثي، تسببوا في تلف الحمض النووي في أسماك الزرد لدراسة مدى تأثير ذلك على نومهم. بفضل شفافيتها الكاملة ونومها الليلي ودماغها البسيط المماثل لدماغ الإنسان، يعد سمك الزرد الكائن الحي المثالي لدراسة هذه الظاهرة.
ومع زيادة تلف الحمض النووي، زادت الحاجة إلى النوم. أظهرت التجربة أنه عند نقطة معينة، وصل تراكم تلف الحمض النووي إلى الحد الأقصى وزاد من ضغط النوم (الضغط الاستتبابي) إلى الحد الذي نشأت فيه الحاجة إلى النوم في الأسماك ونامت الأسماك. ساعد النوم على إصلاح الحمض النووي وتقليل الضرر.
كم عدد ساعات النوم الكافية؟
لا يوجد شيء أفضل من النوم الجيد ليلاً. وبعد التحقق من أن تراكم تلف الحمض النووي هو القوة الدافعة وراء عملية النوم، أراد الباحثون معرفة ما إذا كان من الممكن تحديد الحد الأدنى من وقت النوم اللازم لسمك الزرد لتقليل إجهاد النوم وتلف الحمض النووي. نظرًا لأن سمك الزرد، مثل البشر، حساس لاضطرابات الضوء، فإن الفترة المظلمة تقصر تدريجيًا أثناء الليل. وبعد قياس تلف الحمض النووي والنوم، تبين أن ست ساعات من النوم في الليلة كافية لتقليل تلف الحمض النووي. والمثير للدهشة أنه بعد أقل من ست ساعات من النوم، لم ينخفض تلف الحمض النووي بدرجة كافية، واستمر سمك الزرد في النوم حتى في وضح النهار.
بارب1 إنه "هوائي" يشير إلى أن وقت النوم قد حان
ما هي الآلية الموجودة في الدماغ التي تخبرنا أننا بحاجة إلى النوم لتشجيع إصلاح الحمض النووي بكفاءة؟ يعد بروتين PARP1، وهو جزء من نظام إصلاح تلف الحمض النووي، أحد أوائل المستجيبين. يحدد PARP1 مواقع تلف الحمض النووي في الخلايا ويحشد الأنظمة ذات الصلة لتنظيف تلف الحمض النووي. اعتمادًا على تلف الحمض النووي، يزداد تراكم PARP1 في مواقع تكسر الحمض النووي أثناء اليقظة ويتناقص أثناء النوم. من خلال التلاعب الجيني والدوائي، كشف الإفراط في التعبير عن PARP1 وإيقافه أن زيادة PARP1 لا تعزز النوم فحسب، بل تزيد أيضًا من الإصلاح المعتمد على النوم. من ناحية أخرى، أدى قمع PARP1 إلى منع الإشارة لإصلاح تلف الحمض النووي. وكانت النتيجة أن الأسماك لم تعلم أنها متعبة، ولم تغفو، ولم يتم إصلاح أي تلف في الحمض النووي.
ولتعزيز النتائج التي توصلت إليها أسماك الزرد، تم أيضًا اختبار دور PARP1 في تنظيم النوم في الفئران باستخدام مخطط كهربية الدماغ (EEG) بالتعاون مع البروفيسور يوفال نير من جامعة تل أبيب. كما هو الحال في الزرد، أدى تثبيط نشاط البروتين PARP1 إلى تقليل مدة وجودة نوم حركة العين غير السريعة (NREM). يقول البروفيسور أبلبراوم: "إن مسارات PARP1 قادرة على إرسال إشارة إلى الدماغ بأنه يجب أن ينام لإجراء إصلاح الحمض النووي".
وفي دراسة سابقة، استخدم البروفيسور أبلباوم وفريقه التصوير ثلاثي الأبعاد بفاصل زمني لتحديد أن النوم يزيد من ديناميكيات الكروموسومات. الآن تمت إضافة قطعة أخرى إلى الحزمة، PARP1 الذي يزيد من النوم وديناميكيات الكروموسومات ويعزز إصلاح تلف الحمض النووي المتراكم خلال ساعات الاستيقاظ. من الممكن أن عملية صيانة الحمض النووي في الخلايا العصبية أثناء الاستيقاظ ليست فعالة بما فيه الكفاية، وبالتالي يلزم فترة من النوم مع انخفاض المدخلات إلى الدماغ.
توفر هذه النتائج الأخيرة وصفًا تفصيليًا لـ "سلسلة الأحداث" التي تشرح النوم على مستوى الخلية الواحدة. وقد تفسر هذه الآلية العلاقة بين اضطرابات النوم والشيخوخة والاضطرابات العصبية التنكسية مثل مرض باركنسون أو الزهايمر. ويعتقد البروفيسور أبلباوم أن الأبحاث المستقبلية ستساعد في تطبيق وظيفة النوم هذه على الحيوانات الأخرى، بدءًا من اللافقاريات الدنيا وحتى البشر في نهاية المطاف.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
عنوان مشكوك فيه
"كيف نعرف أننا تعبنا"؟؟؟؟؟
متعب = أعرف أنك متعب