Бодрствование ночью и дремота днем могут быть неприятными ранними симптомами болезни Альцгеймера, но то, как болезнь нарушает наши биологические часы, вызывая эти симптомы, остается неуловимым.
Теперь ученые из Кембриджа обнаружили, что у плодовых мушек с болезнью Альцгеймера биологические часы все еще тикают, но уже не связаны с циклом сна-бодрствования, который они обычно регулируют. Результаты – опубликованы в Disease Models & Механизмы – могут помочь разработать более эффективные способы улучшения режима сна у людей с этим заболеванием.
Люди с болезнью Альцгеймера часто имеют плохие биологические ритмы, что является бременем как для пациентов, так и для тех, кто за ними ухаживает. Периоды сна становятся короче и более фрагментированными, что приводит к периодам бодрствования ночью и дремоте днем. Они также могут становиться беспокойными и возбужденными ближе к вечеру и ближе к вечеру, что называется «закатом».
Биологические часы идут рука об руку с жизнью и встречаются во всем: от одноклеточных организмов до плодовых мушек и людей. Они жизненно важны, потому что позволяют организмам синхронизировать свою биологию с дневными и ночными изменениями в окружающей их среде.
Однако до сих пор было неясно, как болезнь Альцгеймера нарушает биологические часы. По словам доктора Дамиана Кроутера из Кембриджского отделения генетики, одного из авторов исследования: "Мы хотели узнать, имеют ли люди с болезнью Альцгеймера плохой поведенческий ритм из-за того, что у них перестали тикать часы или они перестали реагировать на часы."
Команда работала с плодовыми мушками – ключевым видом для изучения болезни Альцгеймера. Данные свидетельствуют о том, что пептид A-бета, белок, по крайней мере, стоит за начальными стадиями заболевания у людей. Это было воспроизведено у плодовых мушек путем введения человеческого гена, продуцирующего этот пептид.
Взяв группу здоровых мух и группу с этой особенностью болезни Альцгеймера, исследователи изучили характер сна и бодрствования у мух и то, насколько хорошо работают их биологические часы.
Они измерили характер сна и бодрствования, поместив небольшой инфракрасный луч, похожий на датчики движения в системе охранной сигнализации, на стеклянные трубки, в которых находятся мухи. Когда мухи проснулись и двигались, они сломали луч, и эти разрывы в луче были подсчитаны и записаны.
Чтобы изучить биологические часы мух, исследователи прикрепили протеин-люциферазу – фермент, излучающий свет, – к одному из белков, составляющих часть биологических часов. Уровни протеина повышаются и понижаются днем и ночью, а светящийся протеин позволяет отслеживать внутренние часы мух.
"Это позволяет нам видеть, как мозг светится ярче ночью и меньше днем, и это биологические часы, показанные как светящийся мозг. Прекрасно иметь возможность из первых рук изучить на одном и том же организме молекулярную работу часов и соответствующее поведение," Доктор Кроутер сказал.
Они обнаружили, что здоровые мухи активны днем и спят ночью, тогда как мухи с болезнью Альцгеймера спят и просыпаются случайным образом. Однако важно отметить, что суточные характеристики белка, меченного люциферазой, были одинаковыми как у здоровых, так и у больных мух, показывая, что биологические часы все еще тикают у мух с болезнью Альцгеймера.
"До сих пор преобладало мнение, что болезнь Альцгеймера разрушила биологические часы," сказал Кроутер.
"Что мы показали на мухах с болезнью Альцгеймера, так это то, что часы все еще тикают, но игнорируются другими частями мозга и тела, которые определяют поведение. Если мы сможем это понять, это может помочь нам разработать новые методы лечения нарушений сна у людей с болезнью Альцгеймера."
Доктор Саймон Ридли, руководитель отдела исследований Alzheimer’s Research UK, который помог финансировать исследование, сказал: "Понимание биологии неприятных симптомов, таких как проблемы со сном, важно для разработки новых подходов к их управлению или лечению. Это исследование проливает больше света на то, как особенности болезни Альцгеймера могут влиять на молекулярные механизмы, контролирующие циклы сна и бодрствования у мух.
"Мы надеемся, что эти результаты могут служить ориентиром для дальнейших исследований на людях, чтобы обеспечить прогресс для полумиллиона человек в Великобритании, страдающих этим заболеванием."