Hunger hält das schlaflose Fliegenhirn scharf

Hunger hält das schlaflose Fliegenhirn scharf
Hunger hält das schlaflose Fliegenhirn scharf
Anonim

Wie jeder weiß, der schon einmal Schwierigkeiten hatte, nach einer großen Mahlzeit die Augen offen zu h alten, kann Essen Schläfrigkeit hervorrufen. Neue Forschungsergebnisse zu Fruchtfliegen deuten darauf hin, dass Hunger eine Möglichkeit bietet, wach zu bleiben, ohne sich benommen oder geistig behindert zu fühlen.

Wissenschaftler der Washington University in St. Louis fanden heraus, dass Hunger dazu führt, dass das Bedürfnis nach Nahrung das Bedürfnis nach Schlaf verdrängt. Wie Menschen und Ratten können Fruchtfliegen ohne Schlaf nicht überleben. Aber in einer Reihe von Fliegen, die so konstruiert wurden, dass sie empfindlich auf Schlafentzug reagieren, verdreifachte Hunger fast die Zeit, die sie ohne Schlaf überleben konnten.

Forscher zeigten, dass die Fähigkeit, den Auswirkungen von Schlafverlust zu widerstehen, mit einem Protein zusammenhängt, das dem Fruchtfliegengehirn hilft, seine Speicherung und Verwendung von Lipiden zu verw alten, einer Klasse von Molekülen, die Fette wie Cholesterin und fettlösliche Fette umfasst Vitamine wie Vitamin A und D.

"Die wichtigsten Medikamente, die wir haben, um Menschen entweder einzuschläfern oder sie wach zu h alten, zielen alle auf eine kleine Anzahl von Bahnen im Gehirn ab, die alle mit Neurotransmission zu tun haben", sagt Paul Shaw, PhD, Assistenzprofessor für Neurobiologie und Anatomie. "Die Modifizierung der Lipidverarbeitung mit Medikamenten kann uns einen neuen Weg bieten, Schlafprobleme anzugehen, der effektiver ist oder weniger Nebenwirkungen hat."

Die Studie erscheint online am 31. August in PLoS Biology.

Die Ergebnisse fügen der komplexen Beziehung zwischen Schlaf und Nahrungsstoffwechsel eine neue F alte hinzu. Wissenschaftler erkannten vor etwa einem Jahrzehnt, dass unzureichender Schlaf zu Fettleibigkeit führt und zur Entstehung von Diabetes und Herzkrankheiten beiträgt.Bis jetzt hatte niemand mit Lipiden verbundene Gene mit der Regulation des Schlafbedarfs in Verbindung gebracht.

Clay Semenkovich, MD, ein Lipidexperte der Washington University, der nicht direkt an der Studie beteiligt ist, sagt, dass die Ergebnisse in ein wachsendes Bewusstsein passen, dass Organismen Lipide für viel mehr als nur zur Energiespeicherung verwenden.

"Es zeigt sich, dass Fette in einer Reihe von Zusammenhängen als Signalmoleküle dienen", sagt Semenkovich, Herbert S. Gasser-Professor für Medizin. "Wenn Sie die geeigneten Lipide identifizieren, die an der Schlafregulation beteiligt sind, und herausfinden, wie Sie sie kontrollieren können, können Sie möglicherweise das Leiden verringern, das mit Schlafmangel oder der Notwendigkeit, wach zu bleiben, verbunden ist."

Shaw verwendet Fruchtfliegen als Modelle für die Auswirkungen des Schlafes auf höhere Organismen. Er war einer der ersten, der nachwies, dass Fliegen in einen mit dem Schlaf vergleichbaren Zustand eintreten, und zeigte, dass sie Phasen der Inaktivität haben, in denen eine stärkere Stimulation erforderlich ist, um sie aufzuwecken. Wie Menschen versuchen Fliegen, denen an einem Tag der Schlaf entzogen wurde, dies auszugleichen, indem sie am nächsten Tag mehr schlafen, ein Phänomen, das als Schlafschuld bezeichnet wird.Fliegen mit Schlafentzug schneiden auch bei einem einfachen Test der Lernfähigkeit schlecht ab.

Studien in anderen Labors haben gezeigt, dass Hungern oder, im Fall menschlicher Probanden, Fasten zu weniger Schlaf führt. Neuere Forschungen haben auch gezeigt, dass Hunger die Aktivitätsniveaus von Genen verändern kann, die die Speicherung und Verwendung von Lipiden steuern.

Shaws Labor zeigte zuvor, dass Fruchtfliegen mit einer Mutation in einem Zeitnahme-Gen viel schneller Schlafschulden ansammeln und zu sterben beginnen, nachdem sie nur 10 Stunden wach geh alten wurden. Matt Thimgan, PhD, ein Postdoktorand, berichtet in der neuen Veröffentlichung, dass verhungernde Fruchtfliegen mehr Zeit wach verbrachten und dass verhungernde Fruchtfliegen mit der Zeitnahme-Genmutation bis zu 28 Stunden ohne Schlaf überleben konnten.

Wissenschaftler testeten die hungernden, schlaflosen Fliegen auf zwei Marker für Schlafmangel: ein Enzym im Speichel und die Fähigkeit der Fliegen zu lernen, ein Licht mit einem unangenehmen Reiz in Verbindung zu bringen. Beide Tests zeigten, dass die ausgehungerten Fliegen nicht schläfrig wurden.

"Aus evolutionärer Sicht macht das Sinn", sagt Thimgan. "Wenn Sie hungern, möchten Sie sicherstellen, dass Sie kognitiv auf der Höhe der Zeit sind, um Ihre Chancen zu verbessern, Nahrung zu finden, anstatt Nahrung für jemand anderen zu werden."

Wissenschaftler fanden einen ähnlichen Effekt wie Hunger bei Fruchtfliegen, bei denen ein Gen namens Lipid storage droplet 2 (LSD2) deaktiviert war. Nach Schlafentzug schliefen Fliegen mit der LSD2-Mutation seltener für längere Zeit und schnitten beim Lerntest weiterhin gut ab.

"LSD2-Mutanten scheinen Lipide ständig durch ihre Speicherdepots in den Zellen zu rotieren und sie sehr schnell ein- und auszulagern", sagt Thimgan. "Das Deaktivieren von LSD2 scheint es den Zellen schwer zu machen, Lipide zu h alten und sie richtig zu verwenden, und wir glauben, dass dies die Fähigkeit der Gehirnzellen beeinträchtigt, auf Schlafentzug zu reagieren."

Forscher arbeiten daran, die spezifischen Lipide zu identifizieren, die vom LSD2-Verlust betroffen sind.

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