Stress macht Würmer schläfrig

Es gibt mehrere Wege zum Schlaf, aber nur einer davon sichert das Überleben – so könnte man zusammenfassen, was Forscher herausgefunden haben, die Hirnzellen von Fadenwürmern untersucht haben.

Die Augen fallen zu, die Bewegungen verlangsamen sich und hören schließlich ganz auf – wir schlafen. „Schlaf ist lebenswichtig“, konstatiert der Biologe Prof. Henrik Bringmann von der Philipps-Universität, der die Forschungsarbeit leitete. Als Modell wählte er den Fadenwurm Caenorhabditis elegans, ein beliebtes Forschungsobjekt in der Entwicklungsbiologie. „Dass ein Fadenwurm schläft, hat vermutlich dieselben Gründe wie beim Menschen“, sagt Bringmann, „der Fadenwurm lässt sich aber viel einfacher untersuchen.“

Der Wurm besitzt mehrere Typen von Hirnzellen, die beim Schlafen aktiv sind: RIS- und ALA-Neuronen. Von ALA-Zellen ist bekannt, dass sie durch Stress aktiviert werden und dann zu Schlaf führen. Aber welche Aufgabe übernehmen RIS-Neuronen?

Um das herauszufinden, analysierte die Forschungsgruppe, welche Gene in den RIS-Neuronen aktiv sind. Das Ergebnis: RIS-Neuronen enthalten Moleküle, die bei vielen Tieren Schlaf hervorrufen, nämlich die Glieder der EGFR-Signalkette. Um deren Wirkung zu studieren, führten die Wissenschaftler Verhaltensexperimente durch: Sie erzeugten Würmer, bei denen einzelne Gene durch Mutation verändert sind, und beobachteten die Effekte. „Wir erhielten sechs Gene, die auf die Dauer des Schlafs einwirken“, berichtet Koautor Jan Konietzka, der seine Doktorarbeit in Bringmanns Arbeitsgruppe anfertigt.

Eine Überraschung erlebten die Wissenschaftler, als sie ALA-Neuronen künstlich anschalteten: Dies führte auch zur Aktivierung von RIS. Bringmann und sein Team beschreiben dies als Zusammenhang von Schlaf und Schläfrigkeit: Zunächst geht die Aktivität der ALA-Zellen mit Trägheit und Müdigkeit einher; wird das Schlafbedürfnis größer, so wirken die ALA- auf die RIS-Neuronen ein, die dann zu kurzen Schlafschüben führen.

Erleidet der Organismus Stress, ist er auf die ALA-Aktivität angewiesen, um sich zu erholen. Das fand die Forschungsgruppe heraus, indem sie die Würmer einem Hitzeschock aussetzte. Schalteten sie die ALA-Neuronen aus, so verminderte sich die Überlebensrate der betroffenen Würmer nach dem Hitzeschock um etwa ein Drittel. RIS-Neuronen hatten keinen vergleichbaren Effekt. „Offenbar ist die ALA-abhängige Schläfrigkeit wichtiger, um sich von Stress zu erholen, als RIS-bedingte Schlafschübe“, folgern die AutorInnen.

Originalveröffentlichung:
Konietzka J et al.: Epidermal Growth Factor signaling promotes sleep through a combined series and parallel neural circuit.
Current Biology, 12. Dezember 2019