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Forscher der Universität Tsukuba haben einen Signalweg in Gehirnzellen gefunden, an dem Enzyme und Proteine wie HDAC4, SIK3 und LKB1 beteiligt sind, der die Dauer und Tiefe des Schlafes beeinflusst. Diese Entdeckung könnte Auswirkungen auf das Verständnis und die Behandlung von Schlafstörungen haben.
Wissenschaftler haben einen Signalweg in Gehirnzellen identifiziert, der reguliert, wie lange und wie tief wir schlafen.
Eine gute Nachtruhe kann Wunder für Körper und Geist bewirken. Aber was bestimmt, wie viel wir schlafen müssen und was kann dazu führen, dass wir tiefer schlafen?
In einer neuen Studie haben Forscher der Universität Tsukuba in Japan nun Antworten gegeben und einen Signalweg innerhalb von Gehirnzellen enthüllt, der die Länge und Tiefe des Schlafs reguliert.
„Wir untersuchten genetische Mutationen bei Mäusen und wie diese sich auf ihr Schlafmuster auswirken“, sagt der leitende Autor der Studie, Professor Hiromasa Funato. „Wir haben eine Mutation identifiziert, die dazu führte, dass die Mäuse viel länger und tiefer schliefen als gewöhnlich.“ Die Forscher fanden heraus, dass dies durch niedrige Konzentrationen eines Enzyms namens Histondeacetylase 4 (HDAC4) verursacht wurde, von dem bekannt ist, dass es die Expression von Zielgenen unterdrückt.
Frühere Studien zu HDAC4 haben gezeigt, dass es durch die Anlagerung von Phosphatmolekülen in einem als Phosphorylierung bekannten Prozess stark beeinflusst wird. Wenn dies geschieht, neigt HDAC4 dazu, sich vom Zellkern zu entfernen, und die Unterdrückung bestimmter Proteine wird verringert. Die Forscher waren daran interessiert, ob diese Phosphorylierung von HDAC4 den Schlaf beeinflussen würde.
„Wir haben uns auf ein Protein namens Salz-induzierbare Kinase 3, auch bekannt als SIK3, konzentriert, das HDAC4 phosphoryliert“, sagt Professor Funato. „Wir haben zuvor herausgefunden, dass dieses Protein starke Auswirkungen auf den Schlaf hat.“ Das Team stellte fest, dass die Mäuse weniger schliefen, wenn SIK3 fehlte oder HDAC4 zur Verhinderung der Phosphorylierung modifiziert wurde. Wenn die Mäuse dagegen eine aktivere Version von SIK3 hatten, die die Phosphorylierung von HDAC4 erhöhte, schliefen sie viel mehr. Sie identifizierten auch ein weiteres Protein, LKB1, das SIK3 phosphoryliert und bei Mangel eine ähnliche schlafunterdrückende Wirkung hat.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es in Gehirnzellen einen Signalweg von LKB1 zu SIK3 und dann zu HDAC4 gibt“, sagt Professor Masashi Yanagisawa, Co-Hauptautor der Studie. „Dieser Weg führt zur Phosphorylierung von HDAC4, das den Schlaf fördert, höchstwahrscheinlich weil es die Expression schlaffördernder Gene beeinflusst.“
Das Team führte weitere Experimente durch, um die Gehirnzellen zu identifizieren, in denen diese Wege den Schlaf regulieren. Dabei wurden die Mengen an SIK3 und HDAC4 in verschiedenen Zelltypen und Gehirnregionen verändert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Signalübertragung innerhalb der Zellen des Kortex die Schlaftiefe reguliert, während die Signalübertragung innerhalb des Hypothalamus die Menge des Tiefschlafs reguliert. Für beide Hirnregionen konnten erregende Neuronen, die andere Neuronen aktivieren können, eine Schlüsselrolle spielen.
Diese Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie der Schlaf reguliert wird, was möglicherweise zu einem besseren Verständnis von Schlafstörungen sowie zur Entwicklung neuer Behandlungen führen könnte.
Referenz: „Kinase-Signalisierung in erregenden Neuronen reguliert Schlafmenge und -tiefe“ von Staci J. Kim, Noriko Hotta-Hirashima, Fuyuki Asano, Tomohiro Kitazono, Kanako Iwasaki, Shinya Nakata, Haruna Komiya, Nodoka Asama, Taeko Matsuoka, Tomoyuki Fujiyama, Aya Ikkyu, Miyo Kakizaki, Satomi Kanno, Jinhwan Choi, Deependra Kumar, Takumi Tsukamoto, Asmaa Elhosainy, Seiya Mizuno, Shinichi Miyazaki, Yousuke Tsuneoka, Fumihiro Sugiyama, Satoru Takahashi, Yu Hayashi, Masafumi Muratani, Qinghua Liu, Chika Miyoshi, Masashi Yanagisawa und Hiromasa Funato, 7. Dezember 2022, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-022-05450-1
Diese Arbeit wurde von der World Premier International Research Center Initiative von MEXT, JSPS KAKENHI, JST CREST, AMED, JSPS DC2, dem Basic Research Support Program Type A der University of Tsukuba, dem Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology (FIRST) unterstützt Programm).
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