El sueño es un comportamiento crucial para que la mente y el cuerpo funcionen correctamente; pregúntele a cualquiera que haya pasado una noche sin dormir. Pero los complejos mecanismos neuronales que subyacen al sueño apenas están comenzando a explorarse. Como parte de esta exploración, Los neurobiólogos como el profesor de biología de Caltech, David Prober, tienen como objetivo crear un catálogo de genes que regulan el sueño.

Ahora, Los investigadores del laboratorio Prober han descubierto que dos neuropéptidos (pequeñas proteínas secretadas por neuronas) descritos anteriormente tienen funciones cruciales en la promoción del sueño. Comprender cómo estos y otros neuropéptidos promueven el sueño o la vigilia podría algún día conducir a mejores tratamientos para los trastornos del sueño.

"Los trastornos crónicos del sueño son frecuentes en nuestra sociedad, y existe una creciente evidencia de que estos trastornos están asociados con varias enfermedades comunes, incluidos algunos trastornos neurológicos. Por lo tanto, es importante desarrollar terapias para personas con trastornos del sueño, ", dice Prober." La mayoría de los medicamentos que se utilizan para tratar los trastornos del sueño, como el insomnio, actúan de forma generalizada en todo el cerebro y no son específicos para el sueño, y de hecho inducen un estado de sueño antinatural que no consiste en el patrón normal de las etapas del sueño. La esperanza es que si podemos identificar neuropéptidos que promueven la vigilia o el sueño, eventualmente, podemos diseñar medicamentos que se dirijan a sus receptores específicos para promover más específicamente la vigilia o el sueño ".

El pequeño El pez cebra translúcido es un modelo animal desarrollado recientemente para estudiar el sueño. Como humanos El pez cebra duerme principalmente por la noche y tiene un genoma bien caracterizado. Hallazgos recientes de varios laboratorios han demostrado que mecanismos similares regulan el sueño en el pez cebra y los humanos. sugiriendo que los descubrimientos hechos en el pez cebra se aplicarán a los humanos.

En un artículo que aparece en la edición del 7 de diciembre de la revista Biología actual , un equipo dirigido por el investigador postdoctoral de Caltech, Chanpreet Singh, describe un papel de promoción del sueño para una pequeña proteína neural llamada neuropéptido Y, o NPY. La molécula se encuentra en todo el cerebro y se sabe que regula la alimentación y la interacción social. pero su papel en el sueño no ha sido claro. Los investigadores razonaron que las larvas de pez cebra serían un modelo útil para estudiar el papel del NPY en el sueño porque en esta etapa de desarrollo, los animales aún no han comenzado a alimentarse o interactuar socialmente, permitiendo así un análisis únicamente del papel de NPY en el sueño. Descubrieron que la sobreproducción de NPY hacía que los animales durmieran más, mientras que los animales que carecen de NPY durmieron menos. Los investigadores también modificaron genéticamente al pez cebra para que careciera por completo de neuronas que expresen NPY y descubrieron que estos peces dormían mucho menos.

Parecía claro que NPY estaba promoviendo el sueño en estos animales, ¿pero cómo? Para descubrir cómo el NPY interactúa con otros promotores del sueño conocidos, los investigadores modificaron genéticamente el pez cebra para producir NPY en exceso, y, en esos mismos animales, eliminó otros genes que se sabe que están involucrados en el sueño. Descubrieron que el efecto del NPY sobre el sueño depende de un gen en particular que produce una sustancia química llamada noradrenalina. también conocido como norepinefrina, que se sabe que promueve la vigilia.

"Nuestras observaciones sugieren que el NPY promueve el sueño al inhibir el efecto estimulante de la noradrenalina, "dice Singh." Además, Recientemente demostramos que un neuropéptido que promueve la vigilia, hipocretina promueve la vigilia al estimular la señalización de la noradrenalina. Juntos, estos estudios sugieren que el sistema de noradrenalina integra señales que promueven el sueño y la vigilia para determinar el estado de comportamiento de un animal ".

Los procesos bioquímicos que gobiernan el sueño son complejos, y NPY no es el único neuropéptido que el equipo de Prober ha demostrado que regula el sueño. En un artículo anterior que apareció en la edición del 6 de noviembre de la revista eLife, Los investigadores de Caltech y USC describen un segundo neuropéptido llamado NPVF que también parece estar involucrado en la promoción del sueño.

Los investigadores comenzaron a investigar NPVF cuando el becario postdoctoral de Caltech Daniel Lee, el autor principal del artículo eLife, aprendido de un colega de Caltech en el laboratorio de Paul Sternberg, Bren Profesor de Biología, que un gen relacionado con NPVF promueve el sueño en el gusano redondo Caenorhabditis elegans, un invertebrado. Decidió probar si haría lo mismo en el pez cebra, que son vertebrados. En efecto, el equipo encontró que la sobreproducción genética de NPVF resultó en un aumento del sueño, mientras que la deleción genética de NPVF provocó un aumento de la vigilia.

Luego, el equipo utilizó una técnica llamada optogenética para modificar el pez cebra de modo que las neuronas que producen NPVF pudieran estimularse con luz. A diferencia de las neuronas NPY, que se encuentran en todo el cerebro, Las neuronas NPVF están localizadas en una pequeña parte de una región del cerebro llamada hipotálamo, pero estas neuronas se proyectan a muchas partes del cerebro, incluidas las regiones conocidas por regular el sueño. Los investigadores teorizaron que las neuronas que producen NPVF podrían, por tanto, regular el sueño liberando péptidos NPVF en estos conocidos centros del sueño.

Cuando los investigadores estimularon las neuronas NPVF, esto resultó en un aumento del sueño, similar al efecto de la sobreproducción de NPVF. La estimulación de estas neuronas también suprimió la actividad neuronal en todo el cerebro, produciendo niveles de actividad neuronal que eran consistentes con los observados durante el sueño normal por la noche. Adicionalmente, los investigadores encontraron que el pez cebra modificado genéticamente que carece de neuronas NPVF dormía menos, produciendo un estado similar al insomnio del trastorno del sueño humano.

"Este es el primer ejemplo de una familia de neuropéptidos que promueve el sueño tanto en invertebrados como en vertebrados, ", dice Lee. Esto sugiere que está involucrado en la regulación de una parte muy antigua del sistema del sueño y, por lo tanto, es probablemente una parte central del mecanismo de control del sueño y la vigilia".

Juntos, Los resultados de los dos artículos indican que los neuropéptidos NPY y NPVF probablemente promueven el sueño en el pez cebra y pueden comportarse de manera similar también en los mamíferos.

"Nuestro primer objetivo es descubrir neuropéptidos que regulan el sueño, pero el siguiente paso es averiguar cómo lo hacen, ", dice Prober." Ahora sabemos que NPY está hablando con las neuronas productoras de noradrenalina en el tronco del encéfalo, pero aún no sabemos cómo NPVF induce el sueño. Ahora que hemos identificado algunas piezas del rompecabezas, tenemos que averiguar cómo juntarlos ".

los eLife El artículo se titula "Regulación genética y neuronal del sueño por el neuropéptido VF". los Biología actual el artículo se titula "El neuropéptido Y regula el sueño modulando la señalización noradrenérgica".