你會犯困嗎？標記蛋白將揭開犯困原因？

SNIPP是存在于年夜腦突觸的卵白質，它能幫忙我們科學地判定理解人類為什么需要睡眠。兩年前，日本科學家發現了一只無法長時候連結清醒的老鼠。它體內存有一種名為Sik3的突變基因，是以睡眠時候也比泛泛增添了30%以上。固然它醒來時精力較著比力振奮，但它會比同類更早進入睡眠。在查抄了睡眠不足的老鼠和Sik3突變老鼠年夜腦化學當作分后，筑波年夜學國際綜合睡眠醫學研究所的第二組研究人員在80種卵白質中發現了這兩種老鼠的差別，而正常老鼠沒有這種差別。

睡眠對人類正常進修和健康至關主要，但科學家們仍不完全領會睡眠若何恢復年夜腦功能，也不清晰人類為什么會感應困倦。然而對突變小鼠的生物分子研究讓一些線索逐漸浮出水面。圖片：Camille Chew for Quanta Magazine

博科園-科學科普：科學家們認為，這一不雅察成果可能是幫忙我們從分子層面理解人類為什么需要睡眠和為什么會感應困倦的關頭。研究人員歸納綜合地描述了睡眠中年夜腦中發生的很多工作。例如神經元之間的毗連發生了轉變。在腦電圖記實中，睡眠不足年夜腦發生的慢波比歇息杰出的年夜腦得波峰更高和波谷更低。盡管睡眠讓我們天天有很年夜一部門時候無法工作，但它對人類保存不成或缺。

若是我們長時候沒有獲得歇息，我們的生命很可能走標的目的終點。睡眠事實有什么感化，以及年夜腦若何記實清醒的時候，今朝仍難以解答。據猜測，睡眠需求的內部門類機制與睡眠恢復過程有必然聯系。檢測磷酸化為研究人類睡眠供給了一些線索。磷酸化凡是會封閉或以其他體例調節卵白質活性，在這種環境下，它可能會改變卵白質功能。

1、睡眠不足，磷酸化

筑波年夜學睡眠研究員劉慶華和同事發現了一組被稱為SNIPP的突觸相關卵白，它在年夜腦睡眠醒來的周期中同步獲得和掉去磷酸基團。SNIPPS的狀況似乎與睡眠過程中恢復神顛末程有關。圖片：International Institute for Integrative Sleep Medicine, University of Tsukuba

科學家們已經起頭思疑研究Sik3基因突變小鼠的磷酸化可能有必然當作果。Sik3編碼是一種添加磷酸鹽基團的酶，而困倦的老鼠發生突變使這種酶過度活躍從而導致添磷酸鹽基團增多。這篇論文的合著者，得克薩斯年夜學西南分校和筑波年夜學傳授劉慶華說：這種困倦表白這些突變小鼠年夜腦中的磷酸化發生了某種錯誤或改變。嘗試把那些睡眠杰出或處于分歧睡眠狀況的困倦老鼠和正常老鼠作比力。研究人員發現，在睡眠不足的老鼠和Sik3突變體的年夜腦中，一個近似的磷酸化酶亞群很是活躍。

然后科學家不雅察了所有的年夜腦磷酸化卵白，固然存在著年夜致不異的卵白，但他們的標識表記標幟看起來有所分歧。困倦的老鼠和正常的老鼠之間存在較著差別，睡眠不足的老鼠和歇息杰出的老鼠也是如斯。睡眠不足的老鼠含有更多磷酸化，睡眠中的老鼠比正常老鼠含有更多磷酸化卵白，而其他老鼠含有磷酸化較少。在含有SIK3和睡眠不足的小鼠中，80種卵白對照組更具磷酸化感化。研究人員對這些“睡眠需要的磷卵白”或SNIPS進行了標識表記標幟。

圖片：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

在后續嘗試中發現，小鼠醒清醒時候越長，被磷酸化的卵白質就越多。有趣的是快要80%的卵白質（此中69種）都與突觸有關。這暗示了突觸調節和睡眠之間存有必然聯系，睡眠研究所對此進行了年夜量會商。一種被叫做突觸內情況不變假說的理論認為，清醒時經由過程進修和制造新的記憶可以形當作突觸聯系，可是睡眠可以減弱或打斷這些聯系，鞏固和增強主要記憶。一些研究表白，睡眠使突觸在清醒過程中更為活躍。基婭拉·瑟雷利是麥迪遜威斯康辛年夜學和威斯康辛睡眠與意識研究所的傳授，仍是突觸內情況不變假說創始人之一，談到這篇新論文時說：這是睡眠與突觸勾當相關的有力證據。

額外的磷酸化事實會讓年夜腦中有什么轉變，為什么老鼠在清醒時磷酸化會增添，以及磷酸化若何改變每個SNIPP，今朝還未可知。然而一個被稱為突觸卵白-1的SNIP供給了一個有趣例子，進而改變了磷酸鹽的感化。在突觸中，“上游”神經元包含很多神經遞質小泡，這些小泡在領受到旌旗燈號時會沖標的目的神經元膜，并將其內容物釋放到突觸間隙，爾后信息將會被傳遞到另一個神經元中。

突觸卵白-1位于這些囊泡概況，當囊泡接近神經元膜時，凸起卵白就會被磷酸化。哈佛醫學院睡眠研究員和臨床神經學家托馬斯·斯卡梅爾建議：正在發生的這些轉變可能與啟動神經元有關。另一種詮釋認為醒覺耗盡了接近突觸的神經遞質；在那種環境下，磷酸化既調節新供給的到來，又在某種水平上標記著年夜腦有多活躍。然而值得注重的是，沒有一種卵白質可以或許零丁為睡眠過程供給完整詮釋。

2、睡眠需求的分子詮釋

總體來說，這是一篇令人印象深刻的論文，研究人員的持久方針是尋找睡眠需要的分子詮釋。哈佛年夜學醫學院神經學傳授喬納森·利普頓說：發現某些突觸卵白旌旗燈號級聯中的這些轉變似乎與睡眠需求增添有關。年夜腦在分子和神經層面上的睡眠需求是什么？利普頓和斯卡梅爾都對把老鼠放在搖椅上讓它連結清醒的方式暗示擔憂。利用睡眠小鼠進行無壓力的比力應該有助于解決這個問題。

可是斯卡梅爾想知道，SNIPP是否會在睡眠不足小鼠中以更暖和的體例呈現，好比敲打籠子或者給它們一些玩物。若是像研究表白的那樣，磷酸化確實對跟蹤睡眠需求很主要，那么這可能只是部門原因。赫爾辛基年夜學的睡眠研究員Tarja Porkka-Heiskanen說：在睡眠不足的時辰，卵白質Homer-1底子就沒有呈現在SNIPPs中。若是Homer-1不克不及從磷酸化中獲得線索，這可能意味著有幾種分歧的生化系統可以處置睡眠需求，可能是以互補的體例。

盡管如斯，研究人員利用的方式并紛歧心猿意馬能檢測到每一種卵白的磷酸化轉變，所以Homer-1可能仍然存在一些差別。瞻望將來，研究人員打算更細心地研究SNIPPs的所作所為。在80只老鼠中，已經有12只老鼠以某種體例改變了睡眠，這80張照片只是在識別年夜腦中記實睡眠和醒覺狀況的介入者的候選名單，這些仍然需要將來的研究解決。