Science:无论是白天或黑夜,突触功能都与整体睡眠需求紧密相关

【字体: 时间:2019年10月12日 来源:EurekAlert中文

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  我们的睡眠能力受每日节律和大脑对睡眠的需求或睡眠压力的支配,后者会随着我们保持清醒的时间变长而逐步增加。但是,人们对睡眠如何能恢复脑功能或如何计算对睡眠的需求却了解甚少。

  

根据两项小鼠研究显示,对睡眠的自然需求与脑突触功能有密切的关联;这表明剥夺睡眠也可能剥夺大脑进行突触活动(包括可塑性)所需的关键蛋白。

睡眠对我们的大脑是必不可少的,而剥夺这一至关重要的过程可能会导致严重的认知障碍—后者仅能通过安眠得到弥补。我们的睡眠能力受每日节律和大脑对睡眠的需求或睡眠压力的支配,后者会随着我们保持清醒的时间变长而逐步增加。但是,人们对睡眠如何能恢复脑功能或如何计算对睡眠的需求却了解甚少。

在两项研究中,Sara Noya、Franziska Brüning和同事报告了对小鼠前脑(这是包括大脑皮层的脑的最大分部)中突触转录组和蛋白质组磷酸化每日变化的综合概述。Chiara Cirelli和Giulio Tononi写道:“ Noya、Brüning和同事的新发现以及先前的证据毫无疑问地证明了突触功能反映了清醒和睡眠所花的时间。”

Noya等人在睡眠正常小鼠和睡眠被剥夺小鼠中评估了突触的信使RNA(mRNA)和蛋白质丰度的昼夜变化节律。结果表明,近70%的突触mRNA以及许多蛋白和磷蛋白均显示了昼夜节律性振荡;那些与代谢和翻译有关的振荡会在近黎明时(这是夜间活动小鼠的就寝时间)达到顶峰,而那些与突触信号传导有关的振荡则会在它们于黄昏时醒来前达到巅峰。然而,在剥夺了睡眠的小鼠中,这一模式被发现出奇地不同。尽管mRNA的周期性变化在很大程度上未受影响,但几乎所有蛋白质的日常节律(对大多数的突触功能至关重要)都失去了,表明在该生物钟之外有一个驱动因子。

在这项工作的基础上,Brüning等人更仔细地检查了小鼠的睡眠-觉醒周期、睡眠压力与突触磷蛋白组学之间的关系。作者发现,睡眠不足会导致近1,000种磷蛋白的每日周期性变化突然终止,其中包括许多对突触功能(如可塑性和细胞健康)至关重要的激酶。总之,Noya等人和Brüning等人的研究结果证明了睡眠和觉醒压力(与昼夜节律机制无关)对维持突触功能至关重要的突触蛋白的磷酸化具有重要的作用。这些结果还表明精神功能障碍如何也可能与睡眠不足有关。

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