قد تلعب الميتوكوندريا في دماغنا دورًا حاسمًا في بداية النوم

قد تلعب مكونات الخلايا التي توفر لها الطاقة دورًا غير متوقع في النوم. تشير دراسة في ذباب الفاكهة إلى أن الميتوكوندريا في الدماغ تساعد في تشغيل النوم عندما يشعرون أن الحشرات قد استيقظت لفترة طويلة – وقد توجد نفس الآلية في الناس.

الباحثون لديهم بالفعل بعض فهم كيف يتفاعل الدماغ للحرمان من النوم. وتشمل هذه التغييرات على إطلاق العصبية والأشكال الهيكلية داخل الخلايا وكيفية التعبير عن الجينات. لقد حددوا أيضًا خلايا عصبية محددة في الدماغ تعمل عند بدء النوم ، لكنهم أقل متأكدين مما يخبر هذه الخلايا العصبية بإطلاق النار.

يقول Gero Miesenböck من جامعة أكسفورد: “النوم هو واحد من الألغاز البيولوجية الكبيرة حقًا”. لفهم ذلك بشكل أفضل ، استخدم هو وزملاؤه علامات التسلسل والفلورسنت لدراسة الجينات التي تعبر عنها الخلايا العصبية في مركز النوم في حوالي 1000 ذباب الفاكهة (ذبابة الفاكهة الميلانوغاستر) ، التي تنام لمدة 13 إلى 16 ساعة على مدار يوم واحد ، عادة في الليل.

سمح الفريق بما يقرب من نصف الذباب بنوم كامل ليلاً ، بينما ظل الآخرون مستيقظين ، إما عن طريق هز الأنابيب بلطفهم أو عن طريق هندستهم وراثياً بحيث تم تشغيل الخلايا العصبية التي تعززها من خلال ارتفاع درجة الحرارة.

من بين الذباب المحروم من النوم ، وجد الباحثون أن الخلايا العصبية التي تحفز النوم زادت نشاط الجينات المشاركة في تشغيل الميتوكوندريا والحفاظ عليها. أظهرت هذه الميتوكوندريا أيضًا علامات على وجود ضغوط ، مثل اقتحام القطع الأصغر ، وإزالة الأجزاء التالفة وتشكيل نقاط اتصال مع الهياكل القريبة التي تساعد في الإصلاحات.

قد ينبع هذا التوتر من حقيقة أن الميتوكوندريا تستمر في إنتاج الطاقة حتى عندما تكون الخلايا العصبية غير نشطة. لاحظ الباحثون أن هذا أدى إلى تراكم الإلكترونات التي تتسرب ، وتوليد جذور حرة-جزيئات غير مستقرة يمكن أن تلحق الضرر بالحمض النووي-ويؤدي في نهاية المطاف إلى الضغط على النوم. عندما تم السماح لهذا الذباب أخيرًا بالنوم ، تم إصلاح تلف الميتوكوندريا.

ووجد الباحثون أيضًا أن الذباب مع الميتوكوندريا المجزأة في الخلايا العصبية للنوم ينام أقل من المعتاد ولم يلحق به بعد أن أبقى مستيقظًا. على النقيض من ذلك ، فإن الذباب الذي تم هندسة الميتوكوندريا لتهدئة أكثر سهولة ، مما يشير إلى آليات إصلاح أفضل ، نام أكثر من المعتاد وأظهر انتعاشًا أقوى بعد الحرمان من النوم. هذا يدعم فكرة أن الميتوكوندريا تشارك في ضغط النوم.

في جزء آخر من التجربة ، تم تصميم الذباب لرفع نشاط الميتوكوندريا استجابة للضوء. وجد الفريق أن ساعة واحدة من الإضاءة الاصطناعية تسببت في ارتفاع مدة النوم بنسبة تصل إلى 20 إلى 25 في المائة ، مقارنة مع ذباب السيطرة.

بينما حققت الدراسة في أدمغة الذباب ، وليس الناس ، فإن الميتوكوندريا متشابهة نسبيًا عبر الحيوانات. يقول ريان مايلوكس في جامعة ماكجيل في كيبيك ، كندا ، إنه يدعم فكرة أن التمثيل الغذائي الهوائي – إنتاج الطاقة من العناصر الغذائية والأكسجين ، الذي يحدث داخل الميتوكوندريا في معظم الحيوانات – يمكن أن يدفع ضغط النوم عند البشر.

هذا الفهم الجديد يمكن أن يوجه في نهاية المطاف علاجات النوم. هذا يوفر لنا فرصًا جديدة لاستهداف هذه المسارات [and] يقول Mailloux: “الخروج بطرق جديدة وفعالة لعلاج الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في النوم”.

تقول ميشيل بيليسي من جامعة كامرينو في إيطاليا “هذه بالتأكيد ورقة قوية ومثيرة للتفكير” ، لكنه يشكك في تصميمه. يقول: “الحرمان من النوم ليس ببساطة اليقظة الممتدة”. “قد يقدم ضغوطات إضافية قد تؤدي إلى استجابات خلوية تتجاوز تلك المرتبطة مباشرة بتراكم ضغط النوم.”

رداً على ذلك ، يقول Miesenböck إن فريقه قد استخدم طرقًا مختلفة للحفاظ على مستيقظًا ، بما في ذلك تحرير الجينات عبر تغييرات في درجة الحرارة التي تكون طبيعية وغير ملأية للحشرات ، وكان لديهم جميعًا نفس الآثار على الميتوكوندريا. يقول: “ما كشفته هذه الدراسة هو أن توازن النوم ينظر فعليًا إلى الميتوكوندريا الخاصة به لتقدير الحاجة إلى النوم”.