Reise zum Boden eines Gehirns, das nicht schläft

menschliches Gehirn
Bild eines Mausgehirns. DEISEROTH-LABOR

Zwei bahnbrechende Studien tauchen heute in das Gehirn von Tieren ein, um zu versuchen, eine scheinbar einfache, aber komplizierte Frage im Detail zu beantworten: Warum brauchen wir Schlaf?

Es gibt zahlreiche Hinweise darauf, dass Schlaf eine Trennung von der Realität darstellt, die notwendig ist, um das Gedächtnis zu festigen, zu lernen und dem Körper Zeit zu geben, seine Reinigungsfunktionen auf molekularer Ebene auszuführen. Der Beweis, dass der Schlaf von wesentlicher Bedeutung ist, ist, dass sein Mangel mit Herz-Kreislauf-, neurologischen und Adipositas-Erkrankungen zusammenhängt. Hinzu kommt der Beweis, dass die Grundlogistik des Körpers zusammenbricht und eine Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Krebs, auftreten, wenn die Tagesuhr, die Aktivitäts- und Ruheperioden in täglichen Zyklen von etwa 24 Stunden vorschreibt. Obwohl die restaurative Wirkung des Schlafes in verschiedenen Organen untersucht wurde, war es bisher fast unmöglich, dasselbe mit dem Organ, dem Gehirn, zu tun, insbesondere um zu verstehen, was auf molekularer Ebene während der Schlafstunden geschieht.

Die beiden Werke erschienen am Donnerstag in  Science, geben Sie die ersten Antworten auf diese Fragen. „Wir haben versucht, den Lebensrhythmus von Mäusen zu simulieren“, fasst Charo Robles, spanischer Forscher an der Universität München und Hauptautor der beiden Studien, zusammen. Sein Team hat die Transkription und Phosphorylierung von Proteinen – den biochemischen Prozess, der Energie dorthin transportiert, wo sie benötigt wird – im Gehirn für 24-Stunden-Zyklen analysiert. Eine Gruppe von Tieren schlief all ihre Stunden – ungefähr 12 am Tag – und anderen wurde zu verschiedenen Tages- oder Nachtzeiten der Schlaf entzogen – insgesamt vier Stunden. Die Forscher analysierten einzelne Neuronen und sequenzierten die zu jedem Zeitpunkt des Tages im vorderen Teil des Gehirns gebildeten Moleküle, darunter die Großhirnrinde und der Hippocampus, Epizentren des Lernens und des Gedächtnisses.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Gehirn sehr ausgeprägten Rhythmen von Aktivität und Ruhe folgt, in denen zwei Spitzenmomente hervorstechen: Morgendämmerung und Dämmerung, die mit dem Einsetzen von Schlaf und Wachsamkeit bei Mäusen zusammenfallen, da Mäuse nachtaktive Tiere sind diese zyklen werden bei schlafmangel komplett gestört. Eines der untersuchten Moleküle ist die Boten-RNA, die dort reist, wo der Prozess der Produktion von Proteinen gestartet werden muss, beispielsweise von Neurotransmittern, die eine Intensivierung der Gehirnaktivität ermöglichen oder diese hemmen, wenn das Gehirn sich ausruhen muss.

Der Molekularbiologe Charo Robles im Zentrum zusammen mit dem Rest seines Teams an der Universität München.
Der Molekularbiologe Charo Robles im Zentrum zusammen mit dem Rest seines Teams an der Universität München. CR

„Der Prozess der Aktivität und Inaktivität ist zum Teil durch die innere Uhr gekennzeichnet, die wir alle in uns tragen und die etwa alle 24 Stunden den Tagesrhythmus bestimmt“, erklärt Robles. „Wir sehen, dass das Gehirn die Aktivität am nächsten Tag zu antizipieren scheint und die Boten-RNA-Moleküle zu den Synapsen sendet, den Verbindungen zwischen Neuronen, die für Denken, Gedächtnis und andere kognitive Funktionen verantwortlich sind. Dort beginnen die RNAs mit der Proteinproduktion, wobei sich die Aktivitätspeaks im Morgen- und Abendlicht konzentrieren “, erläutert er. Mäuse, die nicht genug Schlaf bekommen, haben alle RNAs an Ort und Stelle, aber aus unbekannten Gründen initiieren die Moleküle nicht die Produktion von Proteinen, die notwendig sind, um Bewusstsein und Gedanken während des Tages zu erzeugen oder Neuronen während des Schlafs zu entspannen. Das zweite Werk, dessen erster Autor ebenfalls Spanisch ist, Die Forscherin Sara Noya von der Universität Zürich (Schweiz) betont, dass Schlafmangel die Phosphorylierung lähmt, die es ermöglicht, Energie dort abzuleiten, wo sie benötigt wird. Mäuse, die nicht schlafen, verlieren 98% dieser Kapazität, was zu einem Gehirnausfall führt.

“Das Gehirn einer Maus und das eines Menschen sind sehr unterschiedlich, aber wir glauben, dass diese Ergebnisse die Hypothese bestätigen, dass der Schlaf für die Wiederherstellung der neuronalen Stabilität nach einem Tag der Aktivität und zur Vorbereitung auf den nächsten wesentlich ist”, erklärt Robles.

Das Verständnis des sehr komplexen Traum vom Gehirn auf molekularer Ebene – eine der Arbeiten hat etwa 8.000 Proteine ​​analysiert – ist ein erster Schritt auf dem Weg zu einem möglichen Medikament, mit dem die negativen Auswirkungen von Schlafmangel im Gehirn rückgängig gemacht werden können, räumt Robles ein. “ obwohl es noch weit ist “, sagt er. Das nächste Ziel besteht darin, die molekulare Kartierung auf weitere Bereiche des Gehirns von Mäusen auszudehnen. „Es gibt noch viele Fragen zu beantworten, zum Beispiel ist die Großhirnrinde tagsüber und nachts weniger aktiv, aber es gibt auch andere Bereiche des Gehirns, die nur im Schlaf erregt sind“, sagt er.

„Diese Studien sind sehr wichtig, um zu wissen, dass diese Phänomene bei Mäusen auftreten. Das war bisher unbekannt“, sagt María Llorens, Forscherin am Severo Ochoa-Zentrum für Molekularbiologie in Madrid. Jetzt bestehe die große Herausforderung darin, “nicht-invasive Techniken zu haben, um zu beurteilen, ob diese Veränderungen beim Menschen stattfinden”, was derzeit sehr kompliziert ist, aber “die Entdeckung nicht beeinträchtigt”, sagt er. Das Llorens-Labor entdeckte in diesem Jahr, dass das menschliche Gehirn auch im Alter immer wieder neue Neuronen produziert. Wer weiß, ob diese Regenerationsfähigkeit auch stark von den Stunden abhängt, die wir jeden Tag schlafen.

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