Des chercheurs de Harvard aident à percer le mystère du sommeil

Dragana Rogulja est une chercheuse qui utilise des mouches des fruits et des souris pour approfondir des aspects intéressants du sommeil, explorant sa nécessité pour la survie et déconnectant le cerveau endormi du monde extérieur. Ses investigations ont révélé un lien crucial entre le cerveau et l’intestin, avec des ramifications potentielles pour les humains. Si elles sont appliquées aux humains, ses découvertes pourraient ouvrir la voie à des approches innovantes pour améliorer la qualité du sommeil et atténuer les effets négatifs de la privation de sommeil.

De nouvelles recherches sur le sommeil ont révélé des liens surprenants entre le cerveau et l’intestin.

Le sommeil est d’une importance primordiale parmi les activités humaines – même le manque d’une seule nuit peut entraver notre fonction cognitive, notre réactivité et nos performances quotidiennes globales. Malgré son rôle essentiel dans la santé et la survie, la compréhension scientifique du sommeil est encore incomplète.

Entrez Dragana Rogulja, un neuroscientifique dans sa quête pour démêler la biologie de base du sommeil.

En tant que retardataire autoproclamé de la science, Rogolja se retrouve attirée par des questions qu’elle considère comme « largement intéressantes et faciles à comprendre sur le plan humain de base ».

Une de ces questions… Que se passe-t-il quand nous dormons ?

Pour Rogolga, professeur agrégé de neurobiologie à l’Institut Blavatnik de la Harvard Medical School, un aspect intéressant du sommeil est la perte de conscience et la prise de conscience qu’elle apporte, alors que le monde extérieur disparaît et que le monde intérieur prend le dessus.

Dans une conversation avec Harvard Medicine News, Rogolja est entrée dans les détails de sa recherche sur le sommeil, qui utilise des mouches des fruits et des souris pour explorer pourquoi nous avons besoin de sommeil et comment nous nous déconnectons du monde pendant que nous dormons.

Harvard Medicine News : Qu’étudiez-vous dans le contexte du sommeil ?

Rogolja : Il y a deux questions principales que mon laboratoire a poursuivies au cours des dernières années. La première est pourquoi le sommeil est si important pour la survie. Pourquoi si vous ne dormez pas, vous mourrez littéralement peu de temps après ? L’autre question est de savoir comment votre cerveau se déconnecte de l’environnement lorsque vous vous endormez.

Comment les stimuli empêchent-ils d’atteindre votre cerveau pendant que vous dormez ? Relever le seuil d’éveil sensoriel est essentiel pour le sommeil, et nous voulons comprendre comment cette barrière se construit autour du cerveau. Le sommeil est un état unifié, mais il semble avoir plusieurs composants qui sont régulés par des mécanismes distincts. Nous voulons comprendre ces mécanismes.

HMNews : Comment vos recherches ont-elles changé votre façon de penser au sommeil ?

Rogolga : Pendant longtemps, les scientifiques ont été guidés par le principe selon lequel le sommeil est cerveau, cerveau et cerveau. En conséquence, la recherche s’est largement concentrée sur le cerveau en termes de recherche des raisons pour lesquelles le sommeil est nécessaire à la survie. Cependant, nous réalisons maintenant que si le sommeil peut être pour le cerveau, ce n’est pas seulement pour le cerveau. Le sommeil est un comportement très ancien dont on pense qu’il trouve son origine chez les premiers animaux. Ces animaux n’avaient pas de cerveau. Ils avaient juste un système nerveux très simple.

Puis, à mesure que les animaux sont devenus plus sophistiqués, les objets de sommeil associés au cerveau ont également évolué. Cependant, des chercheurs ont examiné le cerveau d’animaux privés de sommeil pour tenter de trouver la cause de leur mort, et ils n’ont rien trouvé. D’autre part, les données cliniques montrent que la privation de sommeil chez l’homme entraîne toutes sortes de maladies dans le corps. Pour nous, cela suggère vraiment que le sommeil ne concerne pas seulement le cerveau.

Nos recherches nous indiquent que nous devons cesser de penser au cerveau séparément du corps lorsqu’il s’agit de dormir. Je suis toujours frappé par la mesure dans laquelle les neuroscientifiques ont tendance à penser que le cerveau est supérieur au corps et au sommet de la hiérarchie. Pour résoudre les plus grands mystères des neurosciences, nous devons adopter une approche plus intégrée, ce que mon laboratoire essaie de faire pour le sommeil.

Nous avons constaté que nous devons vraiment penser à tout le corps pour comprendre le sommeil. Et cela a du sens. Lorsque vous vous endormez, vos muscles se détendent et votre circulation sanguine change. Bien sûr, cela concerne tout le corps.

HMNews : Quels outils utilisez-vous pour étudier le sommeil ?

Rogulja : Historiquement, de nombreuses recherches sur le sommeil ont été menées chez l’homme, mais ces expériences ont tendance à être limitées et descriptives, car vous ne pouvez pas vraiment faire d’expériences humaines. Cependant, au cours des deux dernières décennies et demie, les scientifiques ont réalisé que les mouches des fruits dormaient. Et récemment, nous avons découvert que les gènes qui régulent le sommeil chez les mouches sont conservés chez les souris.

Quand j’ai commencé mon laboratoire, nous n’utilisions que les mouches des fruits comme système modèle pour étudier le sommeil, mais depuis, nous avons également pu créer un modèle de souris. Les mouches des fruits nous permettent de tester rapidement de nombreuses hypothèses et de faire de grands tests génétiques impartiaux, puis nous pouvons tester ce que nous avons découvert chez les mouches des souris, qui sont très similaires aux humains.

HMNews : Sur votre 2020 cellule papier, vous avez abordé la question de savoir pourquoi le sommeil est si important pour la survie. quelle est la réponse?

Nous avons constaté que les mouches des fruits qui dormaient moins avaient une durée de vie plus courte : nous avons vu une corrélation où plus les mouches perdaient de sommeil, plus elles mouraient rapidement. Fait intéressant, le schéma de privation de sommeil n’était pas significatif. Ce qui compte, c’est la quantité de sommeil perdue. Il semble y avoir un point d’inflexion où le manque de sommeil a été lié à la mort, nous indiquant qu’il peut y avoir quelque chose de spécifique qui se passe dans le corps par opposition à l’usure générale.

Pour approfondir cette question, nous avons coloré différents organes chez des mouches privées de sommeil à la recherche de marqueurs de dommages cellulaires. Nous avons constaté que dans l’intestin, il y avait une augmentation des molécules redox, et le pic redox est en corrélation avec le point d’inflexion où les mouches ont commencé à mourir. Nous avons confirmé cette découverte chez des souris privées de sommeil. Mais lorsque nous avons donné des antioxydants aux mouches privées de sommeil ou activé des gènes producteurs d’antioxydants dans l’intestin, nous avons découvert que les mouches pouvaient survivre avec peu ou pas de sommeil, ce qui indique que l’intestin est une cible très importante pour le sommeil.

HMNews : Y a-t-il des applications potentielles pour les humains ?

Nos résultats suggèrent que si nous pouvons prévenir le stress oxydatif dans l’intestin, nous pourrons peut-être contrecarrer l’impact de la perte de sommeil. Ceci est important car de nombreuses maladies sont associées à un dysfonctionnement intestinal, et bon nombre des maladies qui surviennent lorsque vous ne dormez pas suffisamment peuvent en fait être le résultat de lésions intestinales. Nous commençons maintenant à réfléchir à la manière dont nous diagnostiquons le stress oxydatif intestinal dû au manque de sommeil chez l’homme. Nous voulons concevoir des « comprimés à avaler » – des comprimés ou des comprimés que vous pouvez avaler et signaler l’état redox dans votre intestin, par exemple en changeant la couleur de vos selles.

Nous recherchons également des biomarqueurs : des molécules déjà en circulation dans le corps qui indiquent un mauvais sommeil et une oxydation intestinale. J’ai des cliniciens dans mon laboratoire qui caractérisent des souris privées de sommeil pour rechercher de tels biomarqueurs. Nous avons déjà certaines molécules qui sont des marqueurs prometteurs d’antioxydants et elles semblent diminuer avec les thérapies antioxydantes. En fin de compte, il peut être possible de concevoir des suppléments nutritionnels oraux pour inverser l’oxydation intestinale due au manque de sommeil.

HMNews : Vous venez de publier un nouvel article de recherche dans cellule Explore comment le cerveau se déconnecte de l’environnement pendant le sommeil. Dis nous en plus.

Jusqu’à présent, nous n’en savions presque rien. Il n’était pas clair s’il y avait un endroit dans le cerveau où toutes les informations sensorielles sont atténuées pendant le sommeil, ou s’il y avait plusieurs de ces endroits. Par exemple, le toucher et la température sont-ils traités de la même manière pendant le sommeil ? Iris Titos, chercheuse postdoctorale dans mon laboratoire, a construit un système capable de fournir des niveaux de vibration légers, moyens ou élevés aux mouches des fruits.

Normalement, lorsque vous utilisez des vibrations de faible intensité, très peu de mouches se réveillent, et lorsque vous utilisez des vibrations de haute intensité, presque toutes les mouches réagissent. Ensuite, nous avons fait un criblage à grande échelle pour identifier les gènes qui contrôlent la facilité avec laquelle les mouches se réveillent – les gènes qui facilitent le réveil des mouches et les gènes qui permettent essentiellement aux mouches de dormir pendant un tremblement de terre.

HMNews : Qu’est-ce que le dépistage génétique a montré ?

Les résultats de l’écran étaient très intéressants. Nous avons identifié un gène qui code pour une molécule appelée CCHa1. Lorsque nous avons épuisé le CCHa1 chez les mouches, elles se sont réveillées très facilement – donc au lieu de 20 % se réveillant à un certain niveau de vibration, 90 % se sont réveillés.

Cependant, bien que CCHa1 soit présent à la fois dans le système nerveux et dans l’intestin, ce n’est que lorsque nous l’avons épuisé dans l’intestin que les mouches ont été plus facilement réveillées. Les cellules de l’intestin qui produisent CCHa1 sont appelées cellules entéroendocrines, et en fait elles partagent de nombreuses propriétés avec les neurones et peuvent même se connecter et communiquer avec les neurones. Ces cellules font face à l’intérieur de l’intestin et elles « goûtent » en quelque sorte le contenu de l’intestin.

Nous avons constaté que plus la concentration de protéines dans l’alimentation était élevée, plus les cellules intestinales CCHa1 étaient produites. Cette molécule voyage ensuite de l’intestin au cerveau, où elle envoie des signaux à un petit groupe de neurones dopaminergiques qui reçoivent également des informations sur les vibrations.

Ces neurones produisent de la dopamine, qui améliore normalement l’excitation, mais dans ce cas, supprime l’excitation. Les vibrations amortissent l’activité des neurones dopaminergiques, ce qui permet aux mouches de se réveiller plus facilement. Le CCHa1 produit par l’intestin protège essentiellement les neurones dopaminergiques contre les vibrations, permettant aux mouches d’être plus ignorantes de l’environnement et de dormir plus profondément.

Nous avons également constaté que la voie CCHa1, bien qu’importante dans la transmission d’informations mécanosensorielles, n’a aucun effet sur la facilité avec laquelle les mouches se réveillent lorsqu’elles sont exposées à la chaleur, ce qui suggère que différentes modalités sensorielles telles que les vibrations et la température peuvent être discrètes. Enfin, nous avons montré qu’un régime riche en protéines améliorait également la qualité du sommeil chez les souris, les rendant plus résistantes aux perturbations mécaniques. Nous testons actuellement si une voie de signalisation similaire est impliquée chez la souris.

HMNews : Que vous disent ces résultats ?

Eh bien, nous savons par d’autres recherches que lorsque les animaux meurent de faim, ils suppriment le sommeil pour se nourrir. En revanche, lorsqu’ils sont rassasiés, et surtout lorsqu’ils sont rassasiés de protéines, ils ont tendance à dormir davantage. Maintenant, nous avons montré que lorsqu’il y a plus de protéines dans l’alimentation, les animaux dorment aussi plus profondément et deviennent moins réactifs. Cela suggère que si les animaux n’ont pas besoin de se nourrir, ils peuvent se séparer de l’environnement et se cacher quelque part pour dormir, ce qui peut être plus sûr. Plus largement, notre étude suggère que les choix alimentaires influencent la qualité du sommeil. Nous pouvons maintenant explorer ce lien chez l’homme pour comprendre comment l’alimentation peut être manipulée pour améliorer le sommeil.

HMNews : Y a-t-il quelque chose à propos du sommeil que vous pensez que les gens comprennent souvent mal ?

Rogolja : Une chose que je pense que les gens doivent réaliser, c’est que ce que nous ressentons et ce qui se passe dans notre corps ne doivent pas nécessairement être les mêmes. Dans nos recherches, nous avons découvert qu’il est possible de séparer la sensation de somnolence du besoin de sommeil – certains animaux privés de sommeil ne se sentent pas nécessairement somnolents, ce que nous pouvons dire parce qu’ils n’ont pas dormi plus afin pour rattraper le sommeil après. La privation cessa, mais ces animaux moururent par manque de sommeil.

Cela signifie que même si nous pouvons nous tromper pour ne pas avoir sommeil, le manque de sommeil peut toujours avoir des effets négatifs sur notre corps – par exemple, si vous ingérez une substance qui vous réveille, la même quantité d’oxydation se produira dans votre intestin. .

Les gens peuvent dire qu’ils sont d’accord avec seulement quelques heures de sommeil par nuit, mais cela signifie seulement qu’ils peuvent passer la journée. Leurs corps enregistrent encore un manque de sommeil. Nous ne pouvons pas vraiment savoir ce qui se passe dans notre corps à cause du manque de sommeil, et nous avons probablement besoin de plus de sommeil que nous ne le pensons.

Références : « Le peptide sécrété dans l’intestin empêche l’excitation du sommeil » par Iris Titus, Aline Yoginovich, Alexandra Vaccaro, Keshi Nambara, Pavel Gorelik, Ofer Mazur et Dragana Rogolja, 22 mars 2023, disponible ici. cellule.
DOI : 10.1016/j.cell.2023.02.022

Référence : « Le manque de sommeil peut entraîner la mort par accumulation d’espèces réactives de l’oxygène dans l’intestin » par Alexandra Vaccaro, Yusuf Kaplan-Durr, Keshi Nambara et Elizabeth A. Paulina, Cindy Lane et Michael E. cellule.
DOI : 10.1016/j.cell.2020.04.049

Parmi les autres auteurs de l’article de Cell 2023 figurent Alen Juginović, Alexandra Vaccaro, Keishi Nambara, Pavel Gorelik et Ofer Mazor du HMS.

La recherche a été soutenue par la New York Stem Cell Foundation Instituts nationaux de la santéProgramme Pew Scholars en sciences biomédicales.