Peneliti menemukan petunjuk baru tentang bagaimana tidur bekerja di otak

 

Teknolog penelitian Becky Taylor menggunakan mikroskop untuk menyortir strain genetik lalat yang dibius sebelum memasukkannya ke dalam botol untuk studi tidur. Kredit: Cori Kogan, Universitas Negeri Washington Spokane

Sel otak berbentuk bintang yang disebut astrosit tampaknya memainkan peran penting dalam tidur, sebuah studi baru oleh para ilmuwan dari Pusat Penelitian Tidur dan Kinerja Universitas Negeri Washington menegaskan. Diterbitkan hari ini di PLOS Genetics , penelitian mereka menunjukkan bahwa astrosit berkomunikasi dengan neuron untuk mengatur waktu tidur pada lalat buah dan menunjukkan hal yang sama pada mamalia, termasuk manusia.

Penelitian ini telah membuka jalan baru untuk memahami bagaimana tidur bekerja di dalam otak, yang pada akhirnya dapat membantu para ilmuwan menjawab pertanyaan yang sulit dipahami tentang mengapa kita tidur.

"Kami menghabiskan sekitar sepertiga dari hidup kami untuk tidur, namun kami tidak benar-benar tahu mengapa," kata William Vanderheyden, penulis pertama studi dan asisten profesor riset di Elson S. Floyd College of Medicine. "Pekerjaan kami menggunakan lalat buah sebagai alat untuk mengidentifikasi mekanisme pengaturan tidur yang mungkin dilestarikan di seluruh spesies — dari lalat buah hingga manusia — jadi suatu hari kami mungkin memahami fungsi dan proses tidur serta dapat mengembangkan terapi untuk mengurangi gangguan tidur. beban kurang tidur . "

Sampai saat ini, astrosit — sejenis sel glial yang mengelilingi neuron, sel-sel energik yang mengkomunikasikan sinyal saraf antara otak dan tubuh — sebagian besar diabaikan oleh para ilmuwan, yang menganggap sel glial hanya sebagai "perekat" yang menyatukan otak. . Namun, temuan baru-baru ini oleh para ilmuwan WSU dan yang lainnya menunjukkan bahwa astrosit lebih aktif daripada yang terlihat dan entah bagaimana mungkin terlibat dalam mengatur tidur.

Dalam studi mereka, tim WSU menggabungkan gagasan itu dengan pengetahuan terbaru tentang TNF-alpha, protein yang terlibat dalam peradangan yang telah terbukti memainkan peran penting dalam pengaturan tidur pada manusia dan mamalia lain. Mereka menggunakan lalat buah karena masa hidup mereka yang pendek dan susunan genetiknya — yang secara mengejutkan mirip dengan manusia — menjadikannya alat yang sangat ampuh untuk mempelajari genetika.

"Lalat buah kebetulan memiliki molekul yang sangat mirip dengan TNF-alpha yang disebut Eiger, dan reseptor yang mengikatnya disebut Wengen," kata Vanderheyden. "Apa yang kami coba identifikasi melalui penelitian ini adalah mekanisme yang dengannya Eiger dan Wengen dapat mengatur tidur pada lalat buah."

Pertama, mereka membiakkan satu generasi lalat di mana gen yang mengendalikan Eiger dimatikan. Secara keseluruhan, lalat ini kurang tidur, dan tidur mereka juga lebih terfragmentasi. Selanjutnya, mereka lebih lanjut memanipulasi lalat sehingga Eiger dimatikan dalam jenis sel otak tertentu — baik astrosit atau neuron. Mereka melihat penurunan serupa dalam tidur pada lalat dengan Eiger dimatikan pada astrosit, sedangkan durasi tidur pada lalat dengan Eiger dimatikan pada neuron tidak berubah. Ini menunjukkan bahwa Eiger berkontribusi pada pengaturan waktu tidur dengan cara yang bergantung pada sinyal astrosit, kata Vanderheyden.

Selanjutnya, mereka menyuntikkan TNF-alpha manusia pada lalat tipe liar dan mutan Eiger dan menemukan bahwa, pada kedua kelompok lalat, ia meningkatkan tidur, seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya pada mamalia.

Akhirnya, mereka melakukan eksperimen di mana mereka mematikan Wengen — reseptor Eiger — di astrosit atau neuron dan mengukur waktu tidur lalat ini setelah 12 jam kurang tidur , yang biasanya mengarah pada peningkatan tidur yang dikenal sebagai tidur rebound. Tidak ada perubahan waktu tidur pada lalat yang reseptor Wengennya dimatikan pada astrosit, dibandingkan lalat kontrol. Namun, lalat dengan Wengen yang dimatikan di neuronnya menunjukkan penurunan yang signifikan dalam rebound tidur. Terlebih lagi, menyuntikkan TNF-alpha manusia ke dalam lalat yang mematikan Wengen di neuronnya tidak meningkatkan kualitas tidur.

"Ini menunjukkan bahwa sinyal dari Eiger ini berpindah dari astrosit ke neuron untuk mendorong tidur, yang merupakan temuan baru," kata Jason Gerstner, asisten profesor riset di Elson S. Floyd College of Medicine dan penulis senior. "Ini menghasilkan hipotesis baru tentang cara kami berpikir bahwa tidur mungkin diatur pada hewan tingkat tinggi, termasuk manusia."

Selanjutnya, Vanderheyden dan Gerstner berencana untuk mengambil hipotesis mereka pada mamalia dengan mempelajari apakah jalur astrosit-ke-neuron yang sama mengatur tidur pada hewan pengerat. 

Mereka juga tertarik untuk melihat jalur ini pada model lalat buah penyakit Alzheimer, yang dikaitkan dengan gangguan tidur dan astrogliosis, peningkatan abnormal dalam jumlah astrosit yang disebabkan oleh kerusakan neuron  di dekatnya .