Нейробиология митохондриальной динамики во сне

Цикл сна и бодрствования перестраивает нейронную активность, экспрессию генов и клеточный метаболизм мозга. Такая перестройка метаболизма мозга предполагает ключевую роль митохондрий. Митохондриальная динамика позволяет органеллам адаптировать свою морфофункцию к меняющимся метаболическим потребностям, и экспериментальные данные всё убедительнее связывают эти процессы с регуляцией цикла сон–бодрствование. У разных видов лишение сна нарушает экспрессию митохондриальных генов, повышает оксидативный стресс и дезорганизует структуру органелл, особенно в энергетически затратных областях мозга. У Drosophila нейроны, контролирующие сон и проецирующиеся в дорсальное веерообразное тело (dFBNs), демонстрируют механизм гомеостатической обратной связи, связывающий митохондриальную активность с поведенческим состоянием. По мере нарастания давления сна дофаминергическое торможение снижает возбудимость dFBNs и потребление АТФ, что запускает митохондриальное деление и накопление активных форм кислорода (ROS), биохимически подготавливающих нейроны к последующему индукции сна. После снятия торможения во время восстановительного сна dFBNs повышают активность, расходуют АТФ и подвергаются митохондриальному слиянию для восстановления энергетического баланса. Искусственная модуляция митохондриальной морфологии и продукции АТФ в этих нейронах двунаправленно изменяет сон. Повышенная экспрессия OxPhos и митохондриальный обмен в dFBNs делают их чувствительными к метаболическим сдвигам и способными кодировать внутренние состояния. Хотя dFBNs остаются единственными известными нейронами, в которых митохондриальная динамика связана с поведением сна, у других популяций, например у корковых нейронов млекопитающих или клеток Кеньона у мух, также выявляют митохондриальные изменения после лишения сна. Сон, как и другие зависящие от состояния формы поведения, включая голод и память, создаёт меняющиеся энергетические потребности в отдельных популяциях нейронов. Таким образом, митохондриальная динамика может представлять собой консервативный клеточно-автономный механизм настройки нейронной возбудимости и давления сна, обеспечивая координацию метаболического и поведенческого гомеостаза на уровне всего мозга.