Гены короткого сна

Новая генетическая мутация, найденная пока всего у двух человек, может объяснить, почему некоторые люди спят меньше. Это первые результаты, показывающие непосредственную связь между наследственными факторами (структурой ДНК) и длительностью сна. Открытие сможет помочь при лечении расстройств сна и, возможно, в перспективе позволит создать препарат, позволяющий меньше спать без вреда для здоровья.

Постарайтесь не завидовать тем людям, которые остаются бодры и эффективны всего после нескольких часов сна. Исследования, проведённые китайским генетиком Фу (Ying-Hui Fu), работающим сейчас в Калифорнийском университете, демонстрируют, что это не их заслуга. Хотя сон — необходимая и неотъемлемая часть нашей жизни, клеточные и молекулярные механизмы, вовлечённые в сложный процесс регулирования сна, всё ещё остаются загадкой для учёных. Исследователи уже давно предполагали, что продолжительность сна «запрограммирована» генетическими факторами, но только сейчас они начинают понимать, какие конкретные гены за неё отвечают.

Ещё в 2001 году учёные опубликовали результаты исследований семейного нарушения сна, носящего название «синдром смещения фазы сна» (familial advanced sleep-phase syndrome, FASPS). Люди с этим синдромом спят 8 часов в сутки, так же как средний «нормальный» человек, но время их сна существенно сдвинуто. Они засыпают в 6—7 часов вечера и просыпаются в 3—4 часа утра. Генетики смогли найти у людей, подверженных этому синдрому, определённую мутацию в конкретном гене — Per2. После того как результаты появились в печати, люди с такими необычными режимами сна начали сами обращаться в лабораторию. Таким образом, собирая и сохраняя образцы их ДНК, учёные смогли создать генетический банк, содержащий информацию о более чем 60 семьях с различными нарушениями сна.

Новое открытие учёных, описанное в статье «The Transcriptional Repressor DEC2 Regulates Sleep Length in Mammals», опубликованной в журнале Science, тоже связано с мутацией, но на сей раз ответственной за продолжительность, а не за выбор времени сна. Широко известно, что уменьшение времени, отведённого сну, отрицательно влияет на здоровье и активность человека. Среднее время сна, необходимого каждому человеку, так же как и его персональная реакция на насильственное (заданное извне организма) сокращение времени сна, относятся к количественным признакам.

Фу и его коллегам удалось идентифицировать новую мутацию в гене DEC2. Этот ген кодирует белок, помогающий «отключить» другие гены, связанные с внутренними часами, регулирующими ритм циклов сна.

В последовательности ДНК этого гена всего одна «буква» генетического кода была изменена — гуанидин вместо цитозина. Замена «буквы» в данном положении влечёт за собой замену всего лишь одной из сотен аминокислот, входящих в состав гена, но тем не менее приводит к нарушению цикла «сон — бодрствование». Мутация была обнаружена всего лишь у двух человек (матери и дочери), тогда как дополнительно исследованные 250 контрольных образцов ДНК, принадлежащих членам семей с различными расстройствами сна, не содержали эту мутацию. Эти двое человек спали ненамного меньше, чем остальные члены этой же семьи, — в среднем 6,25 часа по сравнению с 8,06 часа при 24-часовом суточном ритме. Следует отметить, что среднее время сна взрослого американца в его нерабочие дни составляет приблизительно 7,4 часа, согласно данным, собранным Институтом сна.

Поскольку мутация была обнаружена только у двух человек, вопрос, действительно ли именно она ответственна за сокращение среднесуточного времени сна, оставался открытым. Чтобы его разрешить, учёные создали новую линию трансгенных мышей при помощи искусственной человеческой хромосомы, несущей полную копию мутантного гена DEC2. Полученные мыши были подвергнуты целой серии тестов при помощи электроэнцефало- и миограмм, регистрирующих мозговые и мышечные ритмы. В результате было доказано, что трансгенные мыши демонстрируют увеличенное время бодрствования и уменьшенное время сна (в среднем на один час меньше) по сравнению с контрольными мышами. Помимо подтверждения эффекта, производимого единичной мутацией на длительность сна, эти мыши представляют собой новую модель, с помощью которой в дальнейшем возможно исследование воздействия сна на физическое и ментальное здоровье человека.

Следующий шаг, сделанный исследователями, — проверка воздействия описываемой мутации на таком популярном в генетических исследованиях объекте, как плодовая мушка дрозофила.

Эффект сокращения сна повторился и для них. Созданные мутантные мушки, несущие изменённый ген, спали приблизительно на 2 часа меньше, чем контрольные мухи.

Обнаруженные молекулярные основы сна позволят учёным с новой точки зрения изучить циркадные ритмы, чтобы понять, как работают биологические часы человека. Понимание этих механизмов необходимо для выбора правильного лечения сезонных аффективных расстройств, а также нарушений суточного ритма организма при перелётах и бессоннице.