Science:睡眠剥夺影响大脑的思考竟是因为蛋白质罢工了


发布时间:2019-10-14 浏览量 83 views
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  细胞有规律地在神经突触周围准备着,以便在沉睡期间构建突触蛋白。然而在睡眠缺乏或是时差颠倒时,神经元便不会产生这些关键蛋白。进而影响大脑的思考。

  睡眠会影响我们的思维,当我们获得充足的睡眠后,大脑思维会变得清晰;而当我们睡眠不足时,大脑会变得迟钝。那么进入睡眠状态后,大脑又是如何调整以保证睡醒后脑回路清晰的呢?

  近日,国际顶级杂志《Science》连发两篇研究揭示睡眠的恢复作用与神经元活动和触突可塑性有关。新的研究表明:细胞有规律地在神经突触周围准备着,以便在沉睡期间构建突触蛋白。然而在睡眠缺乏或是时差颠倒时,神经元便不会产生这些关键蛋白。进而影响大脑的思考。

DOI: 10.1126/science.aay5304


DOI: 10.1126/science.aav2642

  “智商下降”原来是神经突触发生变化

  突触是神经网络中通信的主要机制。神经元之间的这些微观沟通点通过释放神经递质来发送信号。这些神经递质要么激发下游神经元,要么抑制其发射。学习和记忆取决于突触交流的变化,而突触交流的变化使新的神经网络保存了一些信息,并驱动我们的思维,情感和行为。

  苏黎世大学药理学和毒理学研究所的Sara B.Noya和她的同事从小鼠的前脑中分离出突触,然后提取出约4,000种不同的蛋白质。为了确定这些不同蛋白质的丰度是否会有变化,他们每隔四个小时取样一次。

  研究人员发现,有11.7%的突触蛋白与昼夜交替同步增加或减少,在黄昏和黎明达到峰值。

  控制触突蛋白背后的DNA

  众所周知DNA是知道蛋白质生成的指令官。研究人员猜测,不同类型的mRNA分子也可能有着昼夜变化。为了验证这一设想,研究人员对小鼠神经突触的转录组进行了分析。

mRNA水平随着昼夜交替显示变化

  研究人员从突触中分离出3104种不同的mRNA分子,每个分子都有助于形成独特的蛋白质。值得注意的是,其中67%的mRNA分子在24小时周期内大量循环。每天经历丰度变化的mRNA转录分子的数量比迄今为止在任何其他人体组织中发现的数量都要多。

  当人们快要清醒过来时,大量增加的mRNAs被编码为参与突触传递的蛋白,这些蛋白与学习和记忆有关。而在睡眠时间,这些蛋白质与维持细胞功能、控制细胞分裂和发育息息相关。

  缺觉打破了突触蛋白的循环

  剥夺睡眠会造成严重的精神损伤,那么mRNA和蛋白质分子的昼夜循环变化是否会因使小鼠保持清醒而受到影响呢?

蛋白受睡眠剥夺的影响

  研究人员发现,睡眠不足小鼠的突触中的蛋白质不再循环。由于是蛋白质执行细胞活动和突触传递,因此睡眠剥夺会破坏正常的突触蛋白质循环,损害突触功能。

  虽然睡眠剥夺破坏了突触蛋白的昼夜循环,但提供制造蛋白质的mRNA分子却保持了每日的节奏,这意味着睡眠剥夺不会通过损害遗传密码的读出而发挥作用。也就是说,mRNA的产生与睡眠质量无关,但是睡眠质量对蛋白质有水平有着极大的影响。

  结语

  如今,睡眠的时间与质量成为当代年轻人“炫富”的资本。睡个好觉,保持大脑清醒才能好地学习工作。

  参考资料:

  [1] Linking the need to sleep with synaptic function

  [2] The forebrain synaptic transcriptome is organized by clocks but its proteome is driven by sleep

  [3] The Brain’s Clockwork

  https://www.psychologytoday.com/us/blog/the-new-brain/201910/the-brain-s-clockwork

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