Waarom ‘verspillen’ we zo’n groot deel van onze dag met slapen? Onderzoekers van de Bar-Ilan universiteit in Israël komen in Nature Communications met een verrassende verklaring. Ze stellen dat slaap nodig is om DNA-schade die overdag optreedt te herstellen.
Gedurende de dag stapelen foutjes in het DNA zich op, zoals breuken in beide strengen van het DNA: de zogeheten dubbelstrengsbreuken. Deze fouten ontstaan door straling, stress, of simpelweg doordat de zenuwcellen hun werk doen. Onderzoeksleider Lior Appelbaum noemt het ‘de kosten van het wakker zijn’.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Slaap is nodig om de fouten die overdag in het DNA sluipen recht te zetten. Appelbaum vergelijkt het met kuilen in de weg. ‘Overdag beschadigen wegen door druk gebruik, vooral in de spits. De beste tijd om de weg te repareren is ’s nachts, wanneer er weinig verkeer is.’
Informatieverwerking
De voornaamste taak van een zenuwcel is het verwerken en doorgeven van informatie. Zenuwcellen zijn aan elkaar gekoppeld in netwerken en sturen zo lichamelijke processen aan. Net als vrijwel alle lichaamscellen bevatten zenuwcellen DNA, waar fouten in kunnen ontstaan. Als dubbelstrengsbreuken niet worden hersteld, leidt dat tot een opeenstapeling van dit soort fouten, met mogelijke celdood tot gevolg.
Zowel het doorgeven van signalen als het repareren van DNA kost veel energie. Hierdoor is het niet gunstig voor een zenuwcel om overdag de DNA-schade te repareren, omdat dit mogelijk de informatieverwerking in de weg staat. Bovendien is het belangrijk dat aan elkaar gekoppelde zenuwcellen op hetzelfde moment rust nemen. Op deze manier kunnen de zenuwcellen tegelijk hun repareerwerkzaamheden doen, zonder dat dit de informatieverwerking en daarmee het functioneren van het lichaam belemmert.
Doorzichtig
De onderzoekers deden hun ontdekking door live 3D-opnames te maken van de celkernen van zebravissen. Deze dieren zijn doorzichtig, wat het makkelijk maakt om hun celkernen en het DNA dat zich daarin bevindt te bestuderen. Chromosomen zijn dragers van stukken van DNA. Door een fluorescerend label aan de chromosomen te plakken, konden de wetenschappers met een microscoop heel precies zien wat er met de chromosomen gebeurde als het dier wakker was of juist sliep.
Ze zagen dat chromosomale mobiliteit overdag laag was en ’s nachts, als het dier sliep, omhoog ging. Tegelijkertijd zagen ze het aantal dubbelstrengsbreuken verminderen. De onderzoekers vermoeden daarom dat er een correlatie is tussen tot een verhoogde chromosomale mobiliteit en de activiteit van de DNA-herstelmechanismen.
Nadat onderzoekers opzettelijk dubbelstrengsbreuken toedienden aan de vissen, nam de chromosomale mobiliteit toe en sliepen de zebravissen bovendien langer. ‘Dat zou suggereren dat we slaperig worden van DNA-schade in onze zenuwcellen. Een intrigerend idee’, vindt Marcel Schaaf, hoogleraar moleculaire celbiologie in Leiden.
Van vis naar mens
Is slaap in vissen wel vergelijkbaar met slaap van andere dieren, zoals mensen? Schaaf vindt dat we de overeenkomsten tussen vissen en gewervelde zoogdieren niet moeten onderschatten. ‘De dieren slapen ook, en hun slaap lijkt veel op die van ons. Vissen zijn evolutionair de oudste gewervelde dieren. Als slaap in vissen de functie heeft om DNA in zenuwcellen te repareren, dan is deze fundamentele functie van slaap waarschijnlijk geconserveerd in zoogdieren.’
‘Een punt van kritiek is wel dat in deze studie gekeken is naar het brein van zebravislarven van zes en zeven dagen oud, en niet van volwassen vissen. De studie kijkt dus in feite naar zenuwcellen van brein dat in ontwikkeling is. Of slaap bij larven dezelfde functie heeft als bij volwassenen, is de vraag.’
