O que nos mantém acordados – e nos ajuda a cair no sono? A resposta é complexa, mas envolve os chamados ritmos circadianos, que são encontrados em todas as espécies com ciclos de sono-vigília – mudanças físicas, mentais e comportamentais que seguem um cronograma regular.
Na maioria dos animais, esse ciclo é de vinte e quatro horas e depende de sinais ambientais como a luz. É regulado por um “relógio mestre” em cérebros de animais, composto por um grupo de neurônios que regulam o sono e outros processos circadianos. O sono também é, obviamente, regulado pela chamada “pressão do sono”, que entra em jogo quando humanos ou outros animais são privados do sono.
Rob Jackson, professor de neurociência na Escola de Medicina, lidera um laboratório que estuda ritmos circadianos e suas bases genéticas há mais de trinta anos. Ele usa moscas-das-frutas – Drosophila melanogaster é o nome científico – para estudar o fenômeno, já que eles têm relógios circadianos de 24 horas e ciclos de sono similares aos dos humanos. “Surpreendentemente, muitos dos genes subjacentes a seus comportamentos rítmicos têm contrapartidas humanas”, disse ele.
O laboratório de Jackson foi o primeiro a identificar um papel crítico dos astrócitos como importantes reguladores dos ritmos circadianos. Os astrócitos são células gliais do cérebro que há muito tempo eram consideradas células de suporte – cola para o cérebro, daí o nome glia -, mas agora são conhecidas por desempenharem papéis muito mais importantes. Jackson e seus colegas também descobriram que os astrócitos da mosca secretam fatores de sinalização para se comunicar com os neurônios, regulando o comportamento do sono.
Hoje, os pesquisadores relatam em um estudo publicado na Current Biology que um gene chamado Noktochor (NKT) é expresso em altos níveis em astrócitos de mosca e é necessário para padrões normais de sono. Noktochor, que significa “noturno” em bengali, não é necessário durante o desenvolvimento da mosca, mas é necessário no cérebro adulto para a manutenção do sono saudável “, sugerindo uma função fisiológica em moscas adultas”, disse Jackson.
As moscas da fruta que não têm expressão do gene NKT diminuíram o sono noturno, enquanto o sono durante o dia é normal – e sim, as moscas fazem cochilos à tarde. O gene NKT é expresso em altos níveis em astrócitos de mosca e em baixos níveis em seus neurônios, e é necessário em ambos os tipos de células para o sono noturno normal.
Além de Jackson, a equipe de pesquisa incluiu Sukanya Sengupta, Lauren B. Crowe, Samantha You e Mary A. Roberts, da Escola de Medicina da Universidade Tufts.
A Tufts Now falou recentemente com Jackson sobre as descobertas e o que elas podem significar para as pessoas que sofrem de problemas de sono.
Tufts Now: Então, como as moscas dormem exatamente?
Rob Jackson: As moscas dormem em surtos como nós, mas as crises de sono têm duração mais curta, em média de duas a cinco horas. Curiosamente, há também uma diferença de sexo para o sono da mosca, com os machos dormindo à noite, mas também fazendo uma “sesta” durante o dia, enquanto as fêmeas dormem predominantemente à noite. Nas moscas geradas em nosso laboratório para ter pouca ou nenhuma expressão de NKT, as crises de sono têm uma duração anormalmente curta e ocorrem com mais frequência, levando à consolidação reduzida – sono fragmentado e interrompido.
Por que as moscas são um bom modelo para estudar o sono?
O sono da mosca tem propriedades semelhantes ao sono humano. Por exemplo, os tipos de células – neurônios e astrócitos – e os circuitos neurais cerebrais que regulam o sono são semelhantes em humanos e em Drosophila. Além disso, as moscas dormem mais quando privadas de sono e não respondem a estímulos externos tão facilmente quando dormem, como quando aumentam o limiar de excitação, semelhante aos humanos.
Além disso, os alvos de drogas que afetam o sono são semelhantes em moscas e humanos. Finalmente, as moscas têm um genoma pequeno e gerenciável que foi sequenciado e pode ser facilmente manipulado, e a maioria dos genes da mosca tem contrapartidas humanas, tornando-os uma ótima escolha para estudos de doenças humanas.
Que técnicas você e seu laboratório usam para estudar os ritmos circadianos em moscas?
Meu laboratório usa o perfil de expressão genômica, o que é uma maneira sofisticada de dizer que podemos identificar todos os genes expressos em um tipo de célula em particular. Usando técnicas genéticas, perguntamos quais genes são importantes para o ritmo circadiano ou o sono. Utilizamos sistemas automáticos de monitoramento de atividades para rastrear o ritmo da atividade locomotora circadiana da mosca e o sono. Também usamos uma técnica de imagem sofisticada – microscopia confocal – para visualizar tipos específicos de células ou proteínas no cérebro que podem ser necessárias para comportamentos rítmicos. Essas ferramentas nos permitem entender melhor o papel de genes específicos no comportamento do sono ou nos ritmos circadianos.
Qual é o mecanismo para a NKT afetar o sono?
Essa é uma boa pergunta e, no momento, não sabemos a resposta completa. Sabemos que a proteína NKT é secretada pelas células para promover o sono, e supomos que ela atue como um mecanismo de comunicação para ativação de neurônios reguladores do sono. Resultados não publicados de nosso laboratório identificaram um potencial receptor para NKT em neurônios e sugeriram que o NKT pode regular os mecanismos necessários para a inibição de neurônios específicos. Tal inibição da atividade neuronal é o que promove o sono.
Por que a ausência de NKT não afeta o sono diurno? Existe outro conjunto de genes dedicados ao sono diurno?
Sim, existem outros genes da mosca que parecem ser importantes para o sono diurno, mas não para o sono noturno, e isso sugere que existem mecanismos separados que controlam os dois tipos de sono.
O que acontece quando os ritmos circadianos ou o sono são perturbados?
Os ritmos circadianos interrompidos ou o sono podem levar a sérias conseqüências para a saúde, incluindo obesidade, risco de eventos cardiovasculares e deficiências cognitivas, como transtornos do humor. De fato, o sono é vital para a vida na maioria dos organismos, incluindo moscas e humanos. Qualquer pessoa que tenha experimentado o jet lag ou tenha tido uma noite de sono ruim compreende a importância dos mecanismos circadianos e do sono.
Como suas descobertas da NKT se traduzem em saúde humana?
Embora não exista um gene NKT humano, existem mecanismos similares de comunicação entre astrócitos e neurônios em moscas e humanos, e os astrócitos humanos são conhecidos por regular o sono e o comportamento circadiano. Assim, nosso trabalho tem implicações bastante diretas para entender os mecanismos de comunicação entre astrócitos e neurônios que são importantes para esses comportamentos rítmicos e as conseqüências para a saúde de alterá-los.
Quais são os seus próximos passos estudando NKT e ritmos circadianos?
Sabemos que a proteína NKT é secretada pelos astrócitos para promover o sono e gostaríamos de saber quais neurônios são ativados. Como o complemento de neurônios reguladores do sono foi identificado em moscas, e eles são semelhantes aos humanos, sabemos onde procurar no cérebro, e empregaremos métodos genéticos e de imagem para perguntar quais neurônios são ativados pela secreção de NKT. astrócitos.
Publicado em 26/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-gene.html
Gostou? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: