Die Forschung hat bestätigt: Wenn Sie müde sind, aber nicht schlafen, wird Ihre DNA geschädigt!

Wir alle wissen, dass der Mensch ein Drittel seines Lebens mit Schlafen verbringt. Auch andere Lebewesen mit Nervensystemen, ob höhere oder niedere Tiere, und sogar wirbellose Tiere wie Quallen und Würmer brauchen Schlaf.

Doch egal ob es sich um Menschen oder andere Lebewesen handelt: Die Fähigkeit, im Schlaf Gefahren zu spüren und darauf zu reagieren, ist nahezu gleich null. Warum also brauchen sie Schlaf? Wie wird Schlaf ausgelöst?

(Quelle: Pixabay)

Kürzlich bestätigte ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Lior Appelbaum vom Multidisciplinary Brain Research Center der Fakultät für Biowissenschaften der Bar-Ilan-Universität in Israel an Zebrafischen und Säugetieren, dass die Gehirnnerven von Säugetieren im Wachzustand weiterhin DNA-Schäden ansammeln und das PARP1-Protein zur Reparatur in die Neuronen rekrutieren. Wenn sich der Schaden bis zu einem bestimmten Grad angesammelt hat, sendet das Protein PARP1 ein Signal, um das Gehirn in einen Schlafzustand zu versetzen und DNA-Reparaturproteine ​​zur Reparatur zu rekrutieren.

Professor Appelbaum sagte hierzu: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass der PARP1-Signalweg Signale an das Gehirn senden kann, um Schlaf zu induzieren und DNA-Reparaturen durchzuführen, wodurch das Gleichgewicht zwischen neuronalen DNA-Schäden und -Reparaturen reguliert wird. Diese Entdeckung kann den Zusammenhang zwischen Schlafstörungen, Alterung und neurodegenerativen Erkrankungen erklären und den Grundstein für die zukünftige Entwicklung von Medikamenten gegen Schlafstörungen legen.“

Die entsprechende Forschungsarbeit mit dem Titel „Parp1 fördert den Schlaf, was die DNA-Reparatur in Neuronen verbessert“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Molecular Cell veröffentlicht.

Warum brauchen wir Schlaf?

Obwohl sich im Schlaf oft die verletzlichste Seite von Lebewesen offenbart, brauchen alle Lebewesen mit einem Nervensystem Schlaf, aber unterschiedliche Organismen benötigen unterschiedlich viel Schlaf. Beispielsweise benötigen frei herumstreunende Elefanten nur 2 Stunden Schlaf pro Tag, Menschen benötigen 7–8 Stunden Schlaf pro Tag und Eulen etwa 17 Stunden Schlaf pro Tag.

Frühere Studien haben gezeigt, dass Schlaf auch für die normale Funktion verschiedener Organe im menschlichen Körper unerlässlich ist.

Beispielsweise wird das menschliche Gedächtnis vollständig während des Schlafs geformt und gefestigt. Wenn Menschen einschlafen, wiederholt, analysiert und speichert das Gehirn die Ereignisse des Tages und hinterlässt Gedächtnisspuren. Gleichzeitig ist das Ausmaß der neuronalen Veränderungen im Gehirn während des Schlafs doppelt so groß wie im Wachzustand. Die Signale einiger Nervenbahnen werden verstärkt und es bilden sich neue Verbindungen zwischen den Zellen, während die Signale anderer Bahnen schwächer werden und Verbindungen verlieren, wodurch die Erinnerung im Gehirn viel klarer wird, als wenn es sich in einem kontinuierlichen Arbeitszustand befindet.

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Ebenso ist der Hautstoffwechsel während des Schlafs am aktivsten. Denn wenn der Mensch einschläft, ist die Belastung der Muskeln, inneren Organe usw. reduziert und die Blutgefäße befinden sich in einem relativ engen Zustand, während die Blutgefäße der Haut vollständig geöffnet sind, sodass das Blut die Haut vollständig erreichen und sie mit Nährstoffen versorgen, sich selbst reparieren und die Zellen erneuern kann, wodurch die Hautalterung verzögert wird. Wenn Sie den „Schlaf“ verpassen, die beste Zeit, um Ihre Schönheit zu pflegen, wird Ihre Haut leicht trocken, rau, stumpf und faltig, insbesondere bilden sich dunkle Ringe um die Augen.

Darüber hinaus spielen während des Schlafs verschiedene Hormone eine aktive Rolle, die regelmäßig ausgeschüttet werden. Nehmen wir als Beispiel Wachstumshormone. Wenn Menschen für eine Stunde in den Tiefschlaf fallen, erreicht die Sekretion ihren Höhepunkt, der mehr als dreimal so hoch ist wie tagsüber. Neben der Wachstumsförderung kann dieses Hormon auch die Fettverbrennung im Körper beschleunigen. Im Gegenteil: Schlafmangel, endokrine Störungen und eine unregelmäßige Hormonausschüttung führen nicht nur zu Stimmungsschwankungen, sondern können auch eine Reihe von Erkrankungen begünstigen.

Wie werden wir müde und schlafen ein?

Zuvor wurden eine Reihe von Studien zum Schlafverhalten von Säugetieren durchgeführt und festgestellt, dass Einschlafzeit, Schlafdauer und Schlafqualität bei Menschen und anderen Säugetieren hauptsächlich durch die biologische Uhr und den Schlafdruck reguliert werden. Die Länge der Schlafzeit hängt hauptsächlich mit dem Schlafdruck zusammen. Das heißt: Je länger wir wach sind, desto mehr Schäden sammelt das Gehirn an und desto länger dauert die Erholungszeit, um sich zu erholen.

Bis heute ist jedoch unklar, durch welchen Mechanismus das Säugetiergehirn Müdigkeit wahrnimmt und den Schlafprozess steuert. Es wurden lediglich eine Reihe von Hypothesen aufgestellt, wie etwa die Ansammlung toxischer Metabolite, der erhöhte Bedarf der Neuronen an Energie und Makromolekülen, die Anzahl der Synapsen, die Reparatur neuronaler Schäden, Zellstress usw.

Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass neuronale Aktivität bei Säugetieren im Wachzustand Doppelstrangbrüche in der neuronalen DNA verursachen kann und dass die Reparatur von DNA-Schäden in Neuronen langsamer erfolgt als in sich normal teilenden Zellen, was zu einer fortschreitenden Anhäufung von Schäden führt. Schlaf reduziert das Ausmaß der DNA-Schäden.

Daher spekulieren die Forscher, dass die Anhäufung von DNA-Schäden bis zu einem bestimmten Schwellenwert der „treibende Faktor“ sein könnte, der bei Säugetieren den Schlaf auslöst. Um diese Hypothese zu überprüfen, untersuchte das von Professor Appelbaum geleitete Forschungsteam zunächst Zebrafische und induzierte bei ihnen durch Strahlung, Pharmakologie und Optogenetik neuronale DNA-Schäden. Die Wahl fiel auf Zebrafische, weil sie durchsichtig sind, ein dem Menschen ähnliches Schlafmuster aufweisen und über ein einfaches Gehirn verfügen, wodurch sie leicht zu untersuchen sind.

(Quelle: Bar-Ilan-Universität)

Die Ergebnisse zeigten, dass mit zunehmenden DNA-Schäden auch das Schlafbedürfnis der Zebrafische zunahm. Gleichzeitig stellten die Forscher auch fest, dass der Zebrafisch in einen Schlafzustand übergeht, sobald die Ansammlung von DNA-Schäden den maximalen Schwellenwert überschreitet, und dass dann die neuronalen DNA-Schäden abnehmen.

Gleichzeitig stellten die Forscher fest, dass Zebrafische mindestens 6 Stunden Schlaf benötigen, um DNA-Schäden zu reparieren. Wenn die Schlafdauer nicht ausreicht, können die DNA-Schäden nicht vollständig repariert werden und der Zebrafisch schläft auch tagsüber weiter.

Da die Anhäufung von DNA-Schäden ein Schlüsselfaktor für den Schlaf des Gehirns ist, stellt sich die Frage, wie das Gehirn in einen Schlafzustand versetzt und DNA-Schäden repariert werden können.

Das Protein PARP1 ist eine sehr wichtige Substanz bei der Reparatur von DNA-Schäden. Es kann die Stellen mit DNA-Schäden in Zellen markieren und entsprechende DNA-Reparaturproteine ​​rekrutieren, um die beschädigten Stellen zu reparieren.

Anschließend bestätigten die Forscher an Zebrafischen, dass eine Erhöhung der PARP1-Expression durch genetische oder pharmakologische Mittel den Schlaf der Zebrafische fördern und die Reparatur schlafabhängiger DNA-Schäden verbessern kann. Im Gegenteil: Durch die Hemmung der Aktivität des PARP1-Proteins wird nicht nur die Reparatur von DNA-Schäden verhindert, sondern der Zebrafisch merkt auch nicht, dass er müde ist und fällt in einen Schlafzustand, selbst wenn der DNA-Schaden in den Zebrafischneuronen den Schwellenwert überschreitet. Mit anderen Worten: Das PARP1-Protein ist ein Schlüsselfaktor für die Fähigkeit des Gehirns, DNA-Schäden zu erkennen und den Schlaf zu fördern.

Darüber hinaus testeten die Forscher die Rolle von PARP1 bei der Schlafregulation mittels Elektroenzephalografie an Mäusen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hemmung der PARP1-Aktivität ebenso wie bei Zebrafischen die Schlafdauer und -qualität der Mäuse verringerte, was die entscheidende Rolle von PARP1 für den Schlaf weiter bestätigt.

Schließlich bestätigte Professor Appelbaum durch 3D-Zeitrafferbilder, dass das PARP1-Protein während des Schlafs die Chromosomendynamik verbessern und die Reparatur von DNA-Schäden fördern kann. Dieser Vorgang ist im Wachzustand nicht möglich.

(Quelle: Pixabay)

Insgesamt beschreibt diese neueste Entdeckung detailliert den Mechanismus der Schlafauslösung auf zellulärer Ebene und legt damit den Grundstein für die Erforschung des kausalen Zusammenhangs zwischen Schlafstörungen, Alterung und neurodegenerativen Erkrankungen.

Interessanterweise sind PARP1-Inhibitoren wie Olaparib seit langem weltweit zur Behandlung von Tumorerkrankungen wie Eierstockkrebs zugelassen. Zu den häufigsten Nebenwirkungen dieser Medikamente während der klinischen Anwendung gehört chronische Müdigkeit aufgrund von Schlafmangel. Dies könnte auch indirekt die „treibende“ Rolle des PARP1-Proteins beim Schlaf bestätigen.

Quellen:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276521009333?via%3Dihub=#sec3

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211118203657.htm

Geschrieben von: Zhu Hengheng

Herausgeber: Wang Haha

Layout: Li Xuewei