夜更かししないでください！人間は人生の3分の1をベッドで過ごすのでしょうか？

睡眠は、神経系を持つすべての生物にとって普遍的かつ不可欠なものへと進化してきました。しかし問題は、睡眠によって狩猟に対してより脆弱になることです。捕食動物の絶え間ない脅威にもかかわらず動物が眠る理由、そして睡眠が私たちの脳にどのような影響を与えるかは、依然として謎のままです。

画像出典: www.pexels.com

私たちは一般的に、睡眠は抗えないものであると感じています。コーヒーなどの飲み物で長く起きていても、眠気はどんどん強くなります。したがって、睡眠は薬物によって簡単に奪われることはなく、睡眠自体が生存を維持するために必要であることも意味します。

睡眠の必要性を説明するために、多くの研究がさまざまな角度から答えを出しています。睡眠はホルモン分泌の正常なリズムを維持し、心血管疾患や脳血管疾患のリスクを軽減し、さらには肌に潤いを与え滑らかに保つことができるのです。しかし、これらの理由は、狩られる危険を冒してまで生き物を眠らせるには十分ではなく、その背後にある根本的な理由は不明のままです。

これまでの研究では、起きている間に睡眠圧が体内に蓄積されることがわかっています。このストレスは起きている時間が長くなるほど増加し、睡眠中に減少し、ぐっすり眠った後は最低になります。

体内の睡眠圧が、眠らなければならないと感じるレベルまで上昇する原因は何でしょうか。また、その圧力を、一日を始める準備ができるレベルまで下げるために夜間に何が起こるのでしょうか。あるいは、睡眠圧の本質は何でしょうか?

科学者たちは生命の核であるDNAに注目してきました。しかし、DNAは常に壊れる危険にさらされています。日中に一生懸命勉強したり働いたりすると、大量の DNA 切断が起こります。オキサリプラチンなどの特定の薬剤も DNA 切断を誘発して細胞死を引き起こす可能性があります。

しかし、勉強や仕事によって引き起こされる DNA 切断は無意味ではありません。 DNA は非常に複雑なため、必要な遺伝子をより効率的に素早く発現させるために、DNA は特定の部位で切断され、学習や作業に必要なタンパク質が素早く合成されます。

画像出典: www.eurekalert.org

研究により、仕事や勉強の時間が長くなればなるほど、また集中力が長くなればなるほど、一日の終わりには DNA が破壊される量が増えることがわかっています。効率的な運用を保証するものの、このようなメカニズムは明らかに無限の害を残します。壊れた DNA は、いつでも細胞死や癌を引き起こす可能性がある時限爆弾のようなものです。

最近、Molecular Cell誌に新たな研究が発表されました。イスラエルの研究者たちは、ゼブラフィッシュの睡眠メカニズムを研究することで、これらの壊れたDNAは睡眠中に修復されることを発見し、睡眠の謎を解くための新たな一歩を踏み出した。

画像出典：doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

研究チームは、ニューロンのDNA損傷は覚醒中にも蓄積し続けることを発見した。 「996」に依存すると、脳内の DNA の過度な損傷が危険なレベルに達し、これを軽減する必要があります。

研究者らは、より多くのDNA切断を起こすために、放射線やその他の方法を用いてゼブラフィッシュのDNA損傷を誘発し、それが睡眠にどのような影響を与えるかを調べました。夜間睡眠という特徴と人間に似た単純な脳を持つゼブラフィッシュは、この現象を研究するのに最適なモデル生物です。

画像出典：doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

実験では、ある時点でDNA損傷の蓄積が最大閾値に達し、睡眠圧が睡眠欲求を引き起こすレベルまで増加し、魚が眠りに落ちることが示されました。その後の睡眠は DNA の修復を促進し、DNA の損傷を軽減します。

蓄積された DNA 損傷が睡眠を促す要因であることを確認した後、研究者たちはゼブラフィッシュに必要な最小限の睡眠時間を特定できるかどうかを調べたいと考えました。一晩にたった6時間の睡眠でDNA損傷を減らすのに十分であることがわかった。睡眠時間が6時間未満に短縮されると、DNA損傷は十分に軽減されず、魚は日中でも眠り続けます。

次に研究者たちは、DNA修復を促進するために睡眠が必要であることを脳内のどの分子が教えてくれるのかを解明する必要がある。彼らは、PARP1というタンパク質がこの過程において非常に重要であることを発見した。

画像出典：doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

PARP1 は DNA 損傷修復システムの一部であり、最初に反応するタンパク質の 1 つです。 PARP1 は細胞内の DNA 損傷部位をマークし、DNA 損傷を修復するために他の分子を動員します。

研究者らは分子生物学実験を通じて、PARP1の増加は睡眠を促進するだけでなく、睡眠中のDNA修復も増加させることを発見した。逆に、PARP1 を減らすと、ゼブラフィッシュは睡眠が必要であることを認識できなくなり、DNA 損傷の修復は行われませんでした。

マウスの脳波を用いてさらなる研究が行われた。ゼブラフィッシュと同様に、PARP1 活性の阻害により、非レム睡眠の持続時間と質が低下しました。これは、PARP1 が脳に睡眠が必要であること、さもなければ危険にさらされることを伝えることができることを示唆しています。

画像出典：doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

論文の責任著者は、次の課題はPARP1が損傷閾値を感知する具体的なメカニズムを研究することだと述べた。彼らの研究結果は、睡眠障害と神経変性疾患の潜在的な関連性を説明するのに役立つかもしれない。

そして私たちにとっては、仕事中に昼寝をするもう一つの言い訳になります。一生懸命働くスーパーヒーローの皆さん、今夜も残業しますか?

参考文献:

[1] David Zada、他Parp1 は睡眠を促進し、ニューロンの DNA 修復を強化します。モルセル。 2021 11 12;S1097-2765(21)00933-3。土井：10.1016/j.molcel.2021.10.026。