Молекулярные и клеточные механизмы восстановительных эффектов сна

Закрыть метаданные

Рекомендуем статьи по данной теме:

Регуляция сна как комплексный процесс. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2023;(5-2):8-14

Феномен пробуждения от сна. Нейрофизиологические и вегетативные процессы, его обеспечивающие. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2023;(5-2):21-27

Инсомния в контексте аффективных расстройств. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2023;(5-2):43-48

Ведение пациентов с инсомнией при полиморбидной патологии: консенсус экспертов. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2023;(5-2):49-57

Анализ жалоб на нарушения сна как индикатор низкого качества сна у больных с первичными головными болями. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2023;(5-2):89-94

Качество сна, эмоционально-поведенческие нарушения и пищевое поведение у подростков с ожирением: модель, основанная на анализе сети. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2023;(5-2):95-104

Глимфатическая система мозга — нейробиология и клиническая патология. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2023;(5):13-19

Роль глимфатического клиренса в механизмах взаимосвязи цикла «сон—бодрствование» и развития нейродегенеративных процессов. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2023;(9):31-36

Роль глимфатического клиренса в механизмах связи цикла «сон—бодрствование» и развития нейродегенеративных процессов. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2023;(10):42-47

В статье рассматриваются современные представления о роли сна в клеточном энергетическом обмене, процессах нейропластичности и очищении паренхимы головного мозга от продуктов метаболизма. Многочисленными исследованиями продемонстрировано, что длительное бодрствование представляет проблему для мозга как с энергетической, так и с физиологической точек зрения. В статье изложена кинетика биохимических процессов, ответственных за восполнение запасов энергии во время сна. Отмечена роль АТФ, аденозина и гликогена в этих процессах. Истощение субстратов клеточного энергетического обмена приводит к стрессу эндоплазматического ретикулума и реакции несвернутых белков. Параллельно с этим нарастает синаптическая проводимость, что усугубляет энергетические нарушения, так как увеличение размеров и количества синапсов связано с повышенными энергетическими затратами. Уровень глимфатического клиренса во время бодрствования существенно ниже такового во время сна, и продукты обмена не могут выводиться с должной скоростью.

Ключевые слова:

сон

аденозин

гликоген

реакция несвернутого белка

теория синаптического гомеостаза

нейропластичность

глимфатическая система

Авторы:

Полуэктов М.Г.

ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)

ORCID: 0000-0001-6215-0918

Спектор Е.Д.

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет)

ORCID: 0000-0003-0714-9476

Дата поступления:

28.03.2023

Дата принятия в печать:

28.03.2023

Список литературы:

McNamara P, Barton RA, Nunn CL. Evolution of Sleep: Phylogenetic and Functional Perspectives. Cambridge University Press; 2010.
Abrams RM. Sleep Deprivation. Obstetrics and Gynecology Clinics of North America. 2015;42(3):493-506. https://doi.org/10.1016/j.ogc.2015.05.013
Krueger JM, Huang Y, Rector DM, Buysse DJ. Sleep: A synchrony of cell activity-driven small network states. Eur J Neurosci. 2013;38(2):2199-2209. https://doi.org/10.1111/ejn.12238
Rector DM, Topchiy IA, Carter KM, Rojas MJ. Local functional state differences between rat cortical columns. Brain Res. 2005;1047(1):45-55. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2005.04.002
Benington JH, Heller HC. Restoration of brain energy metabolism as the function of sleep. Prog Neurobiol. 1995;45(4):347-360. https://doi.org/10.1016/0301-0082(94)00057-o
Ingiosi AM, Hayworth CR, Harvey DO, et al. A Role for Astroglial Calcium in Mammalian Sleep and Sleep Regulation. Curr Biol. 2020;30(22):4373-4383.e7. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.08.052
Reichert CF, Deboer T, Landolt H. Adenosine, caffeine, and sleep—wake regulation: state of the science and perspectives. J Sleep Res. 2022;31(4):e13597. https://doi.org/10.1111/jsr.13597
Lazarus M, Oishi Y, Bjorness TE, Greene RW. Gating and the Need for Sleep: Dissociable Effects of Adenosine A1 and A2A Receptors. Front Neurosci. 2019;13:740. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00740
Deboer T. Behavioral and electrophysiological correlates of sleep and sleep homeostasis. Curr Top Behav Neurosci. 2015;25:1-24. https://doi.org/10.1007/7854_2013_248
Peng W, Wu Z, Song K, et al. Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons. Science. 2020;369(6508):eabb0556. https://doi.org/10.1126/science.abb0556
Deboer T. Sleep homeostasis and the circadian clock: Do the circadian pacemaker and the sleep homeostat influence each other’s functioning? Neurobiol Sleep Circadian Rhythms. 2018;5:68-77. https://doi.org/10.1016/j.nbscr.2018.02.003
Brady MJ, Printen JA, Mastick CC, Saltiel AR. Role of protein targeting to glycogen (PTG) in the regulation of protein phosphatase-1 activity. J Biol Chem. 1997;272(32):20198-20204. https://doi.org/10.1074/jbc.272.32.20198
Swanson RA. Physiologic coupling of glial glycogen metabolism to neuronal activity in brain. Can J Physiol Pharmacol. 1992;70(suppl):138-144. https://doi.org/10.1139/y92-255
Sorg O, Magistretti PJ. Characterization of the glycogenolysis elicited by vasoactive intestinal peptide, noradrenaline and adenosine in primary cultures of mouse cerebral cortical astrocytes. Brain Res. 1991;563(1-2):227-233. https://doi.org/10.1016/0006-8993(91)91538-c
Green AR, Aiston S, Greenberg CC, et al. The glycogenic action of protein targeting to glycogen in hepatocytes involves multiple mechanisms including phosphorylase inactivation and glycogen synthase translocation. J Biol Chem. 2004;279(45):46474-46482. https://doi.org/10.1074/jbc.M405660200
Kaufman RJ. Orchestrating the unfolded protein response in health and disease. J Clin Invest. 2002;110(10):1389-1398. https://doi.org/10.1172/JCI16886
Shen Y, Meunier L, Hendershot LM. Identification and characterization of a novel endoplasmic reticulum (ER) DnaJ homologue, which stimulates ATPase activity of BiP in vitro and is induced by ER stress. J Biol Chem. 2002;277(18):15947-15956. https://doi.org/10.1074/jbc.M112214200
Terao A, Steininger TL, Hyder K, et al. Differential increase in the expression of heat shock protein family members during sleep deprivation and during sleep. Neuroscience. 2003;116(1):187-200. https://doi.org/10.1016/s0306-4522(02)00695-4
Mackiewicz M, Shockley KR, Romer MA, et al. Macromolecule biosynthesis: a key function of sleep. Physiol Genomics. 2007;31(3):441-457. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00275.2006
Jones S, Pfister-Genskow M, Benca RM, Cirelli C. Molecular correlates of sleep and wakefulness in the brain of the white-crowned sparrow. J Neurochem. 2008;105(1):46-62. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2007.05089.x
Scharf MT, Naidoo N, Zimmerman JE, Pack AI. The energy hypothesis of sleep revisited. Prog Neurobiol. 2008;86(3):264-280. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2008.08.003
Dorner AJ, Wasley LC, Kaufman RJ. Overexpression of GRP78 mitigates stress induction of glucose regulated proteins and blocks secretion of selective proteins in Chinese hamster ovary cells. EMBO J. 1992;11(4):1563-1571. https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1992.tb05201.x
Tononi G, Cirelli C. Sleep and the Price of Plasticity: From Synaptic and Cellular Homeostasis to Memory Consolidation and Integration. Neuron. 2014;81(1):12-34. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.12.025
Acsády L, Harris KD. Synaptic scaling in sleep. Science. 2017;355(6324):457-457. https://doi.org/10.1126/science.aam7917
de Vivo L, Bellesi M, Marshall W, et al. Ultrastructural Evidence for Synaptic Scaling Across the Wake/sleep Cycle. Science. 2017;355(6324):507-510. https://doi.org/10.1126/science.aah5982
Diering GH, Nirujogi RS, Roth RH, et al. Homer1a drives homeostatic scaling-down of excitatory synapses during sleep. Science. 2017;355(6324):511-515. https://doi.org/10.1126/science.aai8355
Iliff JJ, Wang M, Liao Y, et al. A Paravascular Pathway Facilitates CSF Flow Through the Brain Parenchyma and the Clearance of Interstitial Solutes, Including Amyloid β. Sci Transl Med. 2012;4(147):34-39. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3003748
Yang L, Kress BT, Weber HJ, et al. Evaluating glymphatic pathway function utilizing clinically relevant intrathecal infusion of CSF tracer. J Transl Med. 2013;11:107. https://doi.org/10.1186/1479-5876-11-107
Jessen NA, Munk AS, Lundgaard I, Nedergaard M. The Glymphatic System: A Beginner’s Guide. Neurochem Res. 2015;40(12):2583-2599. https://doi.org/10.1007/s11064-015-1581-6
Nakada T. Virchow-Robin space and aquaporin-4: new insights on an old friend. Croat Med J. 2014;55(4):328-336. https://doi.org/10.3325/cmj.2014.55.328
Verkman AS, Mitra AK. Structure and function of aquaporin water channels. Am J Physiol Renal Physiol. 2000;278(1):13-28. https://doi.org/10.1152/ajprenal.2000.278.1.F13
Iliff JJ, Wang M, Zeppenfeld DM, et al. Cerebral arterial pulsation drives paravascular CSF-interstitial fluid exchange in the murine brain. J Neurosci. 2013;33(46):18190-18199. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1592-13.2013
Xie L, Kang H, Xu Q, et al. Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science. 2013;342(6156):10.1126/science.1241224. https://doi.org/10.1126/science.1241224

Закрыть метаданные