Perché dormiamo, comunque? Il "prezzo della veglia" è alto, dice lo studio del DNA

Gli uccelli lo fanno, le api lo fanno, anche le pulci educate lo fanno: no, non si innamorano, dormono. Tuttavia, esattamente perché tutti gli animali con un sistema nervoso evoluto nel sonno è stato un antico mistero scientifico. Il sonno è sicuramente fantastico, ma non ha proprio senso - perché dovremmo trascorrere un terzo delle nostre vite svenuto?

In uno studio pubblicato martedì in Comunicazioni della natura, gli scienziati dicono di aver capito il motivo a livello cellulare.La funzione cellulare principale del sonno, spiegano, è quella di combattere il danno del DNA neuronale che si accumula durante le ore di veglia. Il sonno permette ai neuroni di eseguire l'efficiente mantenimento del DNA che è essenziale per una vita sana: gli scienziati sanno già che meno sonno significa maggiore vulnerabilità all'ansia, alla frustrazione e alla cattiva salute, ma ora sono più vicini a capire esattamente perché è così.

"Abbiamo trovato un nesso causale tra sonno, dinamica dei cromosomi, attività neuronale e danni al DNA e riparazione con rilevanza fisiologica diretta per l'intero organismo", ha detto il dott. Lior Appelbaum, Ph.D., responsabile dello studio. "Il sonno dà l'opportunità di ridurre il danno al DNA accumulato nel cervello durante la veglia."

Applebaum e il suo team hanno esaminato il modo in cui il sonno è collegato alla manutenzione nucleare esaminando uno degli organismi modello più frequentemente utilizzati per gli studi genetici e di sviluppo: il pesce zebra. Questi zebrafish trasparenti sono stati geneticamente modificati in modo che i cromosomi nei loro neuroni portassero etichette chimiche colorate. Mentre i pesci erano svegli e addormentati, gli scienziati hanno osservato il movimento del DNA e delle proteine ​​nucleari all'interno del pesce con un microscopio ad alta risoluzione, che può essere visto nel video qui sopra.

Hanno visto che quando i pesci erano svegli, i cromosomi erano relativamente inattivi e frammenti di DNA rotti si accumulavano nei neuroni. Tuttavia, quando i pesci erano addormentati, i cromosomi divennero più attivi e il danno al DNA che si era accumulato cominciò a essere riparato. L'analisi successiva ha confermato che per eseguire la manutenzione nucleare, i singoli neuroni hanno bisogno di un animale per andare a dormire.

L'accumulo di danni al DNA, dice Appelbaum, è il "prezzo della veglia". Durante la veglia, i cromosomi sono meno attivi, lasciandoli vulnerabili al danno al DNA causato da radiazioni, stress ossidativo e attività neuronale. Sleep favorisce l'attività cromosomica e sincronizza il mantenimento nucleare all'interno dei singoli neuroni, consentendo al cervello di essere riparato mentre non viene utilizzato nella misura in cui è durante il giorno.

"È come buche nella strada", dice Applebaum. "Le strade accumulano segni di usura, specialmente durante le ore di punta diurne, ed è più comodo ed efficiente sistemarle di notte, quando c'è traffico leggero."

Aneddoticamente, sappiamo che una buona notte di sonno può essere riparatrice. Ora sembra che sia ricostruibile quantificabilmente anche per il cervello, permettendogli di riparare naturalmente il danno del giorno.

Astratto:

Il sonno è essenziale per tutti gli animali con un sistema nervoso. Tuttavia, la funzione cellulare principale del sonno è sconosciuta e non esiste un marcatore molecolare conservato per definire il sonno attraverso la filogenesi. L'imaging time-lapse dei marcatori cromosomici in singole cellule di pesci zebra vivi ha rivelato che il sonno aumenta la dinamica dei cromosomi nei singoli neuroni ma non in altri due tipi di cellule. La manipolazione del sonno, la dinamica dei cromosomi, l'attività neuronale e le rotture del doppio filamento del DNA (DSB) hanno mostrato che la dinamica dei cromosomi è bassa e il numero di DSB si accumula durante la veglia. A sua volta, il sonno aumenta le dinamiche cromosomiche, che sono necessarie per ridurre la quantità di DSB. Questi risultati stabiliscono la dinamica cromosomica come un potenziale marcatore per definire singole cellule del sonno e propongono che la funzione riparatrice del sonno sia la manutenzione nucleare.