Por que passamos um terço de nossas vidas dormindo? Por que os animais dormem mesmo com predadores à espreita?

Ao longo da evolução, o sono sempre foi essencial, seja para moscas, vermes ou até águas-vivas. Qualquer ser que tenha um sistema nervoso rudimentar, precisa dormir.

Mas como o sono beneficia o cérebro e as células continua sendo um mistério.

Um novo estudo, publicado dia 18 na revista Molecular Cell, descobriu uma nova peça do quebra-cabeça: uma proteína envolvida no reparo do DNA sinaliza ao cérebro quando é hora de dormir.

Nesse estudo, conduzido pelo Prof. Lior Appelbaum, da Goodman Faculty of Life Sciences da Bar-Ilan University e pelo pesquisador de pós-doutorado Dr. David Zada, foi dado um passo à frente para resolver esse mistério ao descobrir o mecanismo de sono no peixe-zebra, com algumas evidências apoiadas em ratos.

Cansaço que aumenta ao longo do dia

Todos nós estamos familiarizados com esse ciclo diário: acordamos revigorados (se tivermos uma boa noite de sono), e, com o passar do dia, o cansaço vai aumentando até que simplesmente não conseguimos fazer mais nada, a não ser dormir. E quanto mais tempo ficamos acordados, mais forte essa necessidade se torna. Esse cansaço é conhecido tecnicamente como pressão homeostática do sono.

Quando estamos acordados, a pressão homeostática (cansaço) aumenta no corpo. Essa pressão aumenta quanto mais tempo permanecermos acordados e diminui durante o sono, atingindo um nível mínimo após uma tranquila e reparadora noite de sono.

Mas o que faz com que a pressão homeostática aumente a ponto de sentirmos que devemos dormir, e o que acontece durante à noite que reduz essa pressão para que estejamos prontos para começar um novo dia?

Durante as horas de vigília (tempo que estamos acordados), o dano ao DNA se acumula nos neurônios. Esse dano pode ser causado por vários fatores, como luz ultravioleta, atividade neuronal, radiação, estresse oxidativo e erros inatos do metabolismo (EIM). Durante as horas de sono e de vigília, os sistemas de reparo dentro de cada célula corrigem as quebras de DNA. No entanto, o dano ao DNA nos neurônios continua se acumulando durante a vigília, e o dano excessivo ao DNA no cérebro pode atingir níveis perigosos que precisam ser reduzidos.

Em uma série de experimentos, os pesquisadores procuraram determinar se o acúmulo de danos no DNA poderia ser o “driver” que aciona a pressão homeostática e o subsequente estado de sono. Usando irradiação, farmacologia e optogenética, eles induziram danos ao DNA no peixe-zebra, examinando como isso afeta seu sono. Com um cérebro simples semelhante ao dos humanos, o peixe-zebra é um organismo perfeito para estudar esse fenômeno.

À medida que o dano ao DNA aumentava, a necessidade de dormir também aumentava. O experimento sugeriu que em um determinado ponto o acúmulo de danos ao DNA atinge um limite máximo e aumenta a pressão do sono (homeostática) a tal ponto que o desejo de dormir é acionado e os peixes dormem. O sono então facilita o reparo do DNA, diminuindo os danos.

Quantas horas de sono são suficientes?

Depois de constatar que o dano acumulado no DNA é a força que impulsiona o processo de sono, os pesquisadores estavam ansiosos para saber se seria possível determinar o tempo mínimo que o peixe-zebra precisaria dormir para reduzir a pressão do sono e os danos ao DNA.

Uma vez que, como os humanos, o peixe-zebra é sensível à interrupção da luz, os pesquisadores diminuíram gradualmente o período no escuro durante a noite. Depois de medir os danos ao DNA e o sono, foi constatado que seis horas de sono por noite são suficientes para reduzir os danos ao DNA. Com menos de seis horas de sono, o dano ao DNA não foi reduzido adequadamente e o peixe-zebra continuou a dormir mesmo durante o dia.

PARP1 é uma “antena” que sinaliza que é hora de dormir

O mecanismo no cérebro que nos diz que precisamos dormir para um reparo eficiente do DNA é a proteína PARP1. Ela marca os locais de dano ao DNA nas células e recruta todos os sistemas relevantes para “corrigir” esse dano. Dependendo do dano ao DNA, o agrupamento de PARP1 em locais de quebra de DNA aumenta durante a vigília e diminui durante o sono.

Por meio de manipulação genética e farmacológica pelos pesquisadores, a superexpressão e inibição (knockdown) da PARP1 revelaram não apenas que o aumento de PARP1 induz o sono, mas também aumenta o reparo no sono. Por outro lado, a inibição da PARP1 bloqueia o sinal para o reparo de danos no DNA. Como resultado, os peixes não ficaram totalmente cientes de que estavam cansados, não adormeceram e não houve reparo de danos no DNA.

Para dar robustez às descobertas sobre o peixe-zebra, o papel do PARP1 na regulação do sono também foi testado em ratos, com a colaboração do Prof. Yuval Nir, da Universidade de Tel Aviv. Assim como com o peixe-zebra, a inibição da atividade da PARP1 reduziu a duração e a qualidade do sono e dos movimentos oculares não rápidos (NREM).

“As PARP1 são capazes de sinalizar ao cérebro que ele precisa dormir para que o reparo do DNA ocorra” – Prof. Lior Appelbaum Appelbaum.

Resolvendo o quebra-cabeça

Em um estudo anterior, Prof. Appelbaum e sua equipe usaram imagens 3D em time-lapse para determinar como o sono aumentava a dinâmica dos cromossomos. Adicionando agora a nova peça ao quebra-cabeça, PARP1 aumenta o sono e a dinâmica dos cromossomos, o que facilita um reparo eficiente de danos ao DNA acumulados durante as horas de vigília.

Essas descobertas nos oferecem uma descrição detalhada da “cadeia de eventos” que explica o sono no nível de uma única célula. Esse mecanismo pode explicar a ligação entre distúrbios do sono, envelhecimento e doenças neurodegenerativas, como Parkinson e Alzheimer. O professor Appelbaum acredita que pesquisas futuras ajudarão a aplicar essa função do sono a outros animais e até em humanos.

Ilustração da capa: Donna Grethen