Усиление взаимодействия между эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями после лишения сна

Введение: Продолжительная клеточная активность может перегружать клеточную функцию, приводя к усилению синтеза белка и накоплению неправильно свернутых или несобранных белков, что вызывает стресс эндоплазматического ретикулума (ЭР) и активирует ответ на неправильно свернутые белки для восстановления нормального белкового гомеостаза. Предыдущие молекулярные исследования показали, что лишение сна приводит к стрессу ЭР в нейронах, при этом повышается экспрессия ряда ЭР-специфичных белков, поддерживающих оптимальный клеточный протеостаз. Пока неясно, какие именно клеточные процессы, запускаемые лишением сна, приводят к стрессу ЭР, однако в качестве возможных факторов рассматривают повышение клеточного метаболизма, возросшую потребность в синтезе белка и избыточное образование активных форм кислорода. Здесь мы изучили транскрипционные и ультраструктурные изменения ЭР и митохондрий, индуцируемые недосыпанием.

Результаты: С помощью анализа экспрессии генов в переднем мозге мышей мы показали, что лишение сна ассоциировано со значимыми транскрипционными изменениями генов, участвующих не только в стрессе ЭР, но и во взаимодействии ЭР и митохондрий, поддержании кальциевого гомеостаза и митохондриальной дыхательной активности. При электронной микроскопии также было показано, что лишение сна ассоциировано с общим увеличением плотности цистерн ЭР в пирамидных нейронах моторной коры. Кроме того, цистерны ЭР формировали новые участки контакта с митохондриями — так называемые мембраны, ассоциированные с митохондриями (MAM), — важные узлы переноса молекул, таких как кальций и липиды, а также модуляции продукции АТФ и окислительно-восстановительного статуса. Наконец, мы показали, что у самцов мутантных мух Drosophila (elav > linker), у которых число MAM было генетически увеличено, отмечалось уменьшение объема и консолидации сна без изменения гомеостатического ответа сна на лишение сна.

Выводы: Мы приводим данные о том, что недосыпание вызывает стресс ЭР, характеризующийся усилением перекрестной регуляции между ЭР и митохондриями. Формирование MAM при лишении сна может представлять собой ключевое явление для модуляции множественных клеточных процессов, обеспечивающих адекватный ответ на повышенный клеточный метаболизм. Кроме того, формирование MAM может участвовать в регуляции сна в базальных условиях.