Die UCSF-Wissenschaftler, die die beiden bekannten menschlichen Gene identifizierten, die den „natürlichen kurzen Schlaf“ fördern – nächtlichen Schlaf, der nur vier bis sechs Stunden dauert, aber die Menschen gut ausgeruht lässt – haben jetzt ein drittes entdeckt, und es ist auch das erste Gen, das jemals gezeigt wurde, um die Gedächtnisdefizite zu verhindern, die normalerweise mit Schlafentzug einhergehen. Die Forscher glauben, dass diese neueste Entdeckung eines Tages zu einem medikamentösen Ziel für Therapien führen könnte, die den Schlaf verbessern und Schlafstörungen behandeln.
Die Ergebnisse, detailliert in einer Studie veröffentlicht Okt. 16, 2019, in Science Translational Medicine, wurden nur wenige Wochen angekündigt, nachdem das gleiche Team ihre Entdeckung des zweiten Kurzschlaf-Gens gemeldet hatte, eine Leistung, die ein Jahrzehnt in der Herstellung war.
„Als wir vor zehn Jahren das erste Kurzschlaf-Gen identifizierten, steckte das Gebiet der Schlafgenetik noch in den Kinderschuhen. Die Menschen glaubten nicht, dass Gene das Schlafverhalten signifikant beeinflussen könnten, und große Durchbrüche waren selten. Heute schreitet das Feld viel schneller voran, und wir beginnen, ein besseres Bild davon zu bekommen, wie wichtig Ihre Gene für einen guten Schlaf sind „, sagte Ying-Hui Fu, PhD, Professor für Neurologie und Mitglied des UCSF Weill Institute for Neurosciences, der die Forschungsteams geleitet hat, die alle drei bekannten Kurzschlaf-Gene identifizierten.
Fu und ihr Team identifizierten das neueste Gen in einem Vater-Sohn-Paar, das im Durchschnitt nur 5,5 und 4 betrug.3 Stunden Schlaf pro Nacht – weit weniger als die acht oder mehr Stunden, die die meisten Menschen brauchen, um sich nicht schlaflos zu fühlen.
Ying-Hui Fu, PhD, und Louis Ptáček, MD, leitende Autoren der Studie, in der sie ein drittes „Kurzschlaf“ -Gen identifizierten. Die Forscher glauben, dass diese neueste Entdeckung eines Tages zu einem medikamentösen Ziel für Therapien führen könnte, die den Schlaf verbessern und Schlafstörungen behandeln.
“ Es gibt schwerwiegende gesundheitliche Folgen im Zusammenhang mit Schlafentzug „, sagte Louis Ptáček, MD, Professor für Neurologie, Co-Senior-Autor der neuen Studie und Mitglied des Weill Institute. „Menschen mit chronischem Schlafmangel leiden häufiger an Fettleibigkeit, Diabetes, Herz-Kreislauf-Problemen, Depressionen und kognitiven Defiziten.“
Aber wie andere natürliche Kurzschläfer scheint das Vater-Sohn-Paar keine der nachteiligen kognitiven oder physischen Auswirkungen zu erfahren, die im Allgemeinen mit Schlafentzug einhergehen. Fu und Ptáček wollten wissen, warum.
Die Forscher führten eine Gensequenzierung an Vater und Sohn durch und untersuchten eine Mutation mit einem Buchstaben in einem Gen namens NPSR1, das für ein Signalprotein kodiert, das auf der Oberfläche von Neuronen sitzt und zuvor gezeigt wurde, dass es an der Regulierung des Schlafes beteiligt ist. Wie die Mutationen in den anderen bekannten Kurzschlafgenen ist diese Mutation äußerst selten und tritt bei weniger als einem von 4 Millionen Menschen auf.
Um die Funktion des Gens im Gehirn zu verstehen, führten die Forscher eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch, die gentechnisch so verändert wurden, dass sie eine identische Mutation in der Mausversion von NPSR1 tragen. Mäuse mit der Mutation verbrachten weniger Zeit mit Schlafen und waren körperlich aktiver als diejenigen ohne sie, zum Teil, weil sich die mutierte Version von NPSR1 auf biochemischer Ebene anders verhält als die häufigere Version des Proteins.
NPSR1 ist Teil eines Signalwegs im Gehirn, der die Wachheit fördert. Wenn es aktiviert wird, schaltet es andere Proteine auf demselben Weg ein, indem es eine chemische Modifikation an sie anbringt. Um zu testen, ob die mutierten und nicht-mutierten Versionen von NPSR1 in der Lage waren, Komponenten dieses Signalwegs in gleichem Maße zu aktivieren, injizierten die Forscher eine Verbindung, die NPSR1 auslöst, sowohl in normale als auch in gentechnisch veränderte Mäuse. Anschließend untersuchten sie Proteine stromabwärts von NPSR1, um zu sehen, wie viele von ihnen chemisch modifiziert wurden, um die Aktivierung zu fördern. Sie fanden heraus, dass mutante NPSR1 aktiviert viel mehr downstream-Proteine als die nicht-mutierte Version.
Die Forscher führten dann ein komplementäres Experiment durch und fanden heraus, dass mutante NPSR1 leichter auszulösen ist als die nicht-mutierte Version des Proteins. Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass die Version von NPSR1, die mit kurzem Schlaf verbunden ist, leichter zu aktivieren ist und auch andere Komponenten dieses wachheitsfördernden Weges besser einschaltet.
Die Forscher wandten sich als nächstes einem Gedächtnistest zu. Die Mäuse wurden in eine speziell entwickelte Kammer gebracht und durften einige Minuten lang ihre neue Umgebung erkunden. Wenn normale Mäuse aus der Kammer entfernt und einen Tag später dorthin zurückgebracht werden, erinnern sie sich an den Schock und frieren entweder ein oder durchstreifen die Kammer langsamer — aber nur, wenn sie ausreichend geschlafen haben.
Im Gegensatz dazu erleben schlaflose Mäuse Gedächtnisdefizite (genau wie schlaflose Menschen) und haben Schwierigkeiten, dauerhafte Erinnerungen an das ruckelnde Erlebnis zu bilden. Wenn sie einen Tag nach dem Schock in die Kammer zurückgebracht werden, zeigen sie keines der erwarteten angstbasierten Verhaltensweisen. Aber Träger der mutierten Version von NPSR1 erinnerten sich an die Elektroschocks, selbst nachdem sie schlaflos waren.
„NPSR1 fördert nicht nur kurzen Schlaf, es beugt auch Gedächtnisproblemen vor, die normalerweise auf Schlafentzug zurückzuführen sind“, sagte Fu. „Dies ist das erste Gen, das jemand entdeckt hat, das eine schützende Wirkung gegen eine der vielen negativen Folgen von Schlafentzug ausübt.“
Und weil das NPSR1-Protein ein Zelloberflächenrezeptor ist, glauben die Forscher, dass es eines Tages möglich sein könnte, Medikamente zu entwickeln, die NPSR1 aktivieren oder stören.
„Diese Entdeckung liefert uns nicht nur ein besseres Verständnis dafür, wie Gene zu einem ungewöhnlichen Schlafphänotyp beitragen, sondern bietet auch ein attraktives Ziel für zukünftige Therapien, die bei der Behandlung von Schlafstörungen oder bei der Vorbeugung bestimmter kognitiver Defizite im Zusammenhang mit Schlafmangel helfen können“, sagte Ptáček.
Autoren: Weitere Autoren sind Lijuan Xing, Guangsen Shi, Yulia Mostovoy, Nicholas W. Gentry, Zenghua Fan, Thomas B. McMahon und Pui-Yan Kwok von der UCSF; und Christopher R. Jones von der University of Utah.
Finanzierung: Diese Studie wurde von NIH Grants T32 HL007731, HG005946, NS099333, NS072360, NS104782 und P30 DK063720 unterstützt; und vom William Bowes Neurogenetics Fund.
Angaben: Die Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.
Die University of California, San Francisco (UCSF) konzentriert sich ausschließlich auf die Gesundheitswissenschaften und widmet sich der weltweiten Förderung der Gesundheit durch fortschrittliche biomedizinische Forschung, Graduiertenausbildung in den Lebenswissenschaften und Gesundheitsberufen sowie Exzellenz in der Patientenversorgung. UCSF Health, das als primäres akademisches medizinisches Zentrum der UCSF dient, umfasst erstklassige Spezialkrankenhäuser und andere klinische Programme und ist in der gesamten Bay Area angeschlossen.