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《科学》双重磅:缺觉会让大脑「乱套」!科学家解析睡眠对大脑突


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时间: 2019-10-26 09:04:45

最近,我收到了读者的咒骂:你说整天熬夜不好,但你每天晚上都要坚持到晚上10: 30。这是真诚地防止我们早睡...

抱歉,我们真诚道歉(但我们永远不会改变)。然而,我们希望每个人都能看到科研成果,直接睡着(不

良好的睡眠有多重要?我面前有一个现成的例子。自从音频课昨天开始以来,雅辉先生已经有半个晚上没睡觉了。今天早上,一则广告最初是由一个循规蹈矩的人写的,他一句话都说不出来。太没用了。

所以今天《科学》杂志上两篇睡眠相关论文的更新非常及时。这两项研究都来自瑞士苏黎世大学和德国慕尼黑大学的合作。第一项研究告诉我们,大脑中三分之二的mrna和三分之一与突触相关的蛋白质有特定的节律,但有趣的是,前者主要受内在生物钟的调节,而后者几乎完全受睡眠行为的调节。第二项研究进一步探讨了蛋白质生命活动的主要直接执行者,蛋白质磷酸化活动30%有固定的节律,但一旦剥夺睡眠,那么98%的节律就会丧失。

什么意思?这么说吧,突触可塑性基本上是所有高级神经活动的基础,如学习、记忆和行为输出都离不开它。突触的动态变化离不开各种mrna和蛋白质大分子的调节。睡眠不足→节律紊乱→对吗?

来源|参考[3]

事实上,我们的系列“通宵熬夜”写得更好,熟悉的读者一眼就知道它也是一个生物钟。然而,我们今天要谈论的并不全是生物钟。

我们知道从全身到单个细胞都有一个固定的昼夜节律,这是由基因调节的,这就是我们通常所说的生物钟。然而,节奏并不完全由基因控制,其他因素也会影响它。例如,肝脏的节律受饮食的影响,而说到大脑,它就是睡眠。

是的,在这里我们必须把睡眠和生物钟分开。毕竟,早上醒来,晚上昏昏欲睡是常识。但是如果你像许小姐一样熬夜,你可以在早上9点钟入睡..

今天介绍的两项研究的亮点是,研究人员分别讨论了生物钟和睡眠压力,从而让我们对大脑有了一些新的理解。

在这两项研究中,研究人员集中在小鼠的前脑区域,这是大脑中最复杂和最重要的神经区域,包括海马、大脑皮层和其他与认知功能密切相关的大脑区域。这两项研究可以说是首次通过分离突触的生化方法和多组技术相结合,全面描述了小鼠大脑中数千个mrna和蛋白质在24小时内的循环变化。

~现在让我们来看看一些有趣的结果~

对于第一项研究,我们首先关注mrna。根据每4小时抽样分析,研究人员鉴定出3104个与突触前活动有关的mrna,其中2085个(67%)有明显的节律。这一比例是目前研究的所有生物组织中最高的。

可见mrna转录在24小时内有两个明显的高峰,分别出现在黎明和黄昏。是的,就是当老鼠睡觉醒来的时候。

两座明显的山峰分别出现在黎明和黄昏。

所有这些mrna是做什么的?与基因功能集相比,黄昏时mrna主要与突触组织、信号传递、记忆/学习等高级功能相关,而黎明时mrna主要与代谢、脂质分解、细胞增殖和发育相关。

两个时期的基因功能分析

下一步是人为地让老鼠睡不好觉。研究人员剥夺了老鼠在一天中均匀分布的6个时间节点上4小时的睡眠。这种设计的目的是使不同组的老鼠保持相同的“睡眠压力”,而不影响第二天的“正常休息”。

在这种睡眠剥夺条件下,小鼠体内约有1/4的mrna仍能保持原有的节律,而其余mrna则经历了一定的变化,但也具有相对稳定的新节律。

当然,归根结底,mrna仍然是一个中间人。生命活动更直接的执行者依赖蛋白质。蛋白质的情况非常糟糕。研究人员发现了3710种节律蛋白。结果,一旦老鼠睡眠不好,98%的蛋白质会失去固定的节奏。

可以看出,mrna可能更受生物钟的调节,蛋白质非常依赖睡眠。

那么蛋白质到底是什么?这取决于第二项研究的结果。

在这项研究中,研究人员专注于蛋白质磷酸化的动力学。以前,一些科学家发现,在全身的日变化中,磷酸化的波动远远大于转录组和蛋白质组的波动。考虑到许多突触功能,如细胞膜受体扩散、细胞骨架重塑和通道传导都依赖于快速磷酸化,显然蛋白质磷酸化的节奏至关重要。

果然,研究人员在实验中跟踪了2000多种蛋白质中的近8000种磷酸肽。结果表明,超过1/4的突触蛋白磷酸化位点具有固定的节律,与蛋白丰度无关。这些磷酸化蛋白质除了重要的突触成分外,还包括大量激酶。不用说,激酶是几乎所有细胞过程的关键调节器,显示了它们的节律在生命活动中的重要作用。

磷酸化也有明显的节律特征。

然而,在以与第一项研究相同的方式设计睡眠剥夺后,小鼠突触蛋白的磷酸化节律几乎完全丧失!只有41种蛋白质(2.3%)仍然保持固定的节律,其中31种蛋白质对维持突触完整性和功能至关重要,涉及细胞结构、骨架、支架等。而其余98%完全失去磷酸化节律的蛋白质涉及突触功能的所有方面。

磷酸化蛋白的功能分析

我不想吓到每个人。事实上,这两项研究与老鼠的外部表现没有直接关系,所以我不敢说少睡几个小时会让我犯傻什么的。然而,另一方面,睡眠和大脑突触功能之间的关系非常密切。出人意料的是,睡眠对相关节律的影响高达98%。

每个人都应该关掉手机睡觉。毕竟,尽管这篇论文没有这么说,但其他论文说熬夜确实会影响认知、新陈代谢和免疫力。

编辑充满了抱怨。

呵呵呵我又带老板去写了

参考:

1 . https://science . science mag . org/content/366/6462/ea av 2642

2 . https://science . science mag . org/content/366/6462/ea av 3617

3 . https://science . science mag . org/content/366/6462/ea av 3617

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