Uyku ile Uyanıklılık Mekanizması ve Dopamin

Uyku tüm insanlar için bir ihtiyaç olması ile beraber bir günümüzün yaklaşık üçte birlik kısmını kapsayan bir faaliyetimiz. Peki biz uykumuzun geldiğine nasıl karar veriyoruz? Uyku halinde olduğumuzda vücudumuzda ne gibi değişiklikler oluyor? Uyku ile uyanıklılık arasındaki ince çizgiyi sinirlerimiz nasıl ayırt ediyor?

Pimentel ve arkadaşlarının yakın bir zamanda Nature dergisinde yayınlanan bir çalışması da tam üzerinde duracak olacağımız konu üzerinde. Pimentel ve arkadaşları bu çalışmaları için meyve sineklerini tercih etmişler. Bu hayvanları seçmelerinin nedenlerinden biri de meyve sineklerinin genetik olarak manipüle edilmeye en yatkın model organizmalar olmalarıdır. Şimdi bu çalışmaya ve seçilen organizmadaki uyku-uyanıklılık ilişkisine biraz göz atalım.

Meyve sineklerinin beyinlerinde bulunan dopamin moleküllerinin bu canlılardaki uyku oluşturucu sinirleri, iki farklı potasyum kanalı üzerine etkisi ile bu sinirleri pasifize ettiği bilinmektedir. Pimentel ve arkadaşları uyku oluşturucu bu sinir grubunun, uyanıklık oluşturucu sinirlerin ürettikleri özel moleküllerle nasıl pasifize (elektrik sinyallerinin hiperpolarize olması) ettiklerini gördüler. Bu saptama ile birlikte bir bireyde uykunun nasıl düzenlendiği bulunabilir, uykuyla ilişkili hastalıkların tedavisinde yeni yöntemler bulunabilir.

Dilerseniz uyku-uyanıklılık ilişkisini daha iyi anlamak için çalışmanın geri kalanından bahsedelim. Çoğu bilim insanı insan beyninde bulunan uyku-uyanıklılık sinirlerinin merkezi sinir sistemi üzerinde bulunduğunu ve bunların sinirler üzerinde baskılayıcı roller üstlendiği fikrine sahip. Bu ve benzeri mekanizmaların meyve sinekleri için de geçerli olduğunu düşünmekteler. Bu nedenle çalışmanın geri kalanında Pimentel ve arkadaşları meyve sineklerinde merkezi sinir sistemi üzerine odaklanmışlardır.

Şimdi de meyve sineklerinin beynindeki uykunun merkezleri üzerinde duralım. Meyve sineklerinde belki de en önemli uyku merkezi beyinlerinde bulunan dorsal fon-shapped body(dFB) olarak adlandırılan bölgedir. Öte yandan uyanıklılık oluşturucu sinirler (dopaminergic sinirler) dopamin molekülü salgılayarak sineklerin uyanık periyotta kalmasını sağlar. Pimentel ve arkadaşları çalışmada uyku-uyanıklılık dengesini anlayabilmek için dopaminergic sinirleri optogenetik yollar ile aktive ederek bu sinirler tarafından ortama dopamin salgılanmasını ve eş zamanlı olarak aktif olarak dFB sinirlerinin dopamine karşı tepkisini anlama şansını yakalamışlardır.

Çalışmada uyku halindeki sineklerde dFB sinirlerinin son derece aktif olduğu ortamda dopamin molekülüne rastlanmadığı saptanmıştır. Pimentel ve arkadaşları bu durumu “sleep ON” evresi olarak tanımlamışlar. Ancak ne zaman ki dopaminergic sinirler ışıkla aktive edildiklerinde ve ortama bu sinirlerden dopamin salgılandığında dFB sinirlerinin yüzeylerinde bulunan ‘dop1R2’ reseptörleri dopamini algılayarak hücreler arası ortama ‘shaker’ kanalı aracılığıyla potasyum iyonu salgılanmasını sağlayarak dFB sinirlerini pasifize ettikleri ve bu duruma bağlı olarak sineklerin anında uyanıklık fazına geçtiği tespit edilmiş. Bir sonraki adımda araştırmacılar dFB sinirlerini sürekli olarak dopamine maruz bıraktıklarında sitoplazmada bulunan ve “Sandman” olarak adlandırılan potasyum kanalları yüzeyine entegre olarak dFB sinirlerinin uzun süre pasifize kalmasına yol açtığını anlamışlar. Uzun süre dopamine maruz kalan dFB sinirlerinin uykusuzluk hastalığı olan “insomnia” hastalığına neden olduğunu anlıyorlar.

Bu çalışma sinir grubunun uyku-uyanıklılık dengesinde nasıl rol oynadığının anlaşılması açısından oldukça önemlidir. Bununla beraber kompleks organizmalarda benzeri sistemlerin çalışılması açısından da bir dayanak noktasıdır.

Biz de bu çalışmaya dayanarak uyku durumumuzun belirlenmesinde belirleyici molekülleri ve sinirleri anlamaya çalıştık. İleride belki bizim için de bir referans olacak  bu çalışmadan yepyeni yüzlerce yeni çalışmanın yapılmasını diliyorum. Unutmayın uykusunu tam olarak alamamış bir vücut kendi içinde de sinir çatışmaları barındırabilir.

Konuk Yazar: Kılıçkalkan

1)bilim.org

2)Nature , Pimentel, D. et al. Nature, doi : 10.1038/nature18918