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# Biologie# Verhalten und Kognition von Tieren

Die Verbindung zwischen Schlaf und Darmgesundheit

Untersuchen, wie die Gesundheit des Darms Schlafmuster und die Genesung während Krankheiten beeinflusst.

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Die Verbindung zwischenDie Verbindung zwischenDarmgesundheit und SchlafSchlaf und Erholung beeinflusst.Erforschen, wie die Darmgesundheit
Inhaltsverzeichnis

Schlaf ist super wichtig für unsere körperliche Gesundheit und unser seelisches Wohlbefinden. Er hilft dem Körper, das Gleichgewicht zu halten, sich von Krankheiten zu erholen und mit Stress umzugehen. Tiere haben normalerweise Wach- und Schlafzyklen, aber wenn sie krank sind, schlafen sie oft mehr. Dieses Verhalten hilft dem Körper, Energie zu sparen und sich auf die Bekämpfung von Infektionen und die Heilung von Schäden zu konzentrieren.

Wie Schlafmuster gesteuert werden

Schlaf wird von komplexen Netzwerken im Gehirn geregelt. Verschiedene Teile des Gehirns, zusammen mit verschiedenen Chemikalien und Signalen, arbeiten zusammen, um zu steuern, wann wir aufwachen und wann wir schlafen. Um die Schlafmuster bei Krankheit zu ändern, müssen die Organe des Körpers und die Schlafregulationssysteme des Gehirns kommunizieren. Aber wie diese Signale funktionieren und wie sie den Schlaf während der Gesundheit und Krankheit beeinflussen, ist immer noch nicht gut verstanden.

Die Rolle der Zytokine

Zytokine sind Signalmoleküle, die eine grosse Rolle im Immunsystem und bei Entzündungen spielen. Bestimmte Zytokine, wie Interleukin 1 (IL-1) und Tumornekrosefaktor Alpha (TNFα), findet man im Gehirn gesunder Tiere in Bereichen, die den Schlaf steuern. Ihre Werte ändern sich, je nachdem, ob das Tier wach oder schläft, und erreichen normalerweise ihre Spitze während der Schlafenszeiten. Interessanterweise kann die Menge dieser Zytokine den Schlaf auf unterschiedliche Weise beeinflussen; niedrige Werte können den Schlaf fördern, während hohe Werte ihn reduzieren können. Das legt nahe, dass das Immunsystem während einer Krankheit Zytokine freisetzen kann, die helfen, den Schlaf zu induzieren, um die Genesung zu unterstützen.

Der Darm und seine Verbindung zum Schlaf

Der Darm spielt auch eine wichtige Rolle bei den Schlafmustern. Störungen im Magen-Darm-Trakt können zu Schlafproblemen führen, und viele psychische Probleme hängen mit diesen Darmproblemen zusammen. Krankheiten wie Depressionen und Angstzustände sind oft bei Menschen mit Darmentzündungen zu finden. Das Mikrobiom des Darms, das aus den Tausenden von Bakterien besteht, die in unseren Eingeweiden leben, wurde ebenfalls mit der Schlafqualität und der psychischen Gesundheit in Verbindung gebracht. Damit der Darm den Schlaf beeinflussen kann, muss er seinen Zustand wahrnehmen und Signale aussenden, die die Funktionsweise von Zellen im Gehirn verändern können.

Hormone und Schlafmuster

Bei Fliegen, wie bei uns Menschen, produziert der Darm verschiedene Hormone, die den Schlaf beeinflussen können. Während einer Darminfektion oder -verletzung gibt der Darm Substanzen ab, die an das Gehirn signalisiert werden und helfen, die Schlafmuster zu steuern. Zum Beispiel produziert der Darm unter Stress reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und andere entzündliche Zytokine, die helfen können, den Darm zu reparieren, aber auch den Schlaf beeinflussen. Diese Signale, die dem Gehirn übermittelt werden, können je nach Situation Wachsamkeit oder Schlaf fördern.

Der Einfluss von Entzündungen auf den Schlaf

Wenn der Darm entzündet oder infiziert ist, kann das die Schlafmuster erheblich beeinflussen. Erhöhte entzündliche Signale können zu einem grösseren Schlafbedarf führen, während der Körper versucht, sich zu erholen. Forschungen haben eine starke Verbindung zwischen der Darmgesundheit und dem Schlaf gezeigt; Veränderungen im Zustand des Darms können zu spürbaren Veränderungen im Schlafverhalten führen.

Experimente zu Schlaf und Darmsignalen

Um zu untersuchen, wie Darmsignale den Schlaf beeinflussen, schauten sich Wissenschaftler die Rolle von zwei wichtigen Zytokinen, Upd2 und Upd3, in Fruchtfliegen an. Diese Zytokine werden in speziellen Zellen im Darm, den enteroendokrinen Zellen (EECs), produziert. Indem sie die Gene, die diese Zytokine produzieren, zum Schweigen brachten, fanden die Forscher heraus, dass die Fliegen mehr schliefen, besonders zu Zeiten, in denen sie normalerweise aktiv sind. Das deutet darauf hin, dass diese darmstammenden Signale einen direkten Einfluss auf die Schlafregulation haben.

Die Kommunikation zwischen Gehirn und Darm

Weitere Studien zeigen, dass die Signalübertragung vom Darm zum Gehirn auch andere wichtige Faktoren beinhaltet. Ein solcher Faktor ist der JAK-STAT-Signalweg, der in Gliazellen (Unterstützungszellen im Gehirn) als Reaktion auf Darmsignale aktiviert wird. Wenn dieser Weg aktiv ist, beeinflusst er den Schlaf. Wenn diese Signalübertragung in Gliazellen beeinträchtigt ist, führt das zu einer erhöhten Schlafdauer.

Schlaf und seine Verbindung zur Darmgesundheit

Einen gesunden Darm zu halten, ist wichtig für die Regulierung des Schlafs. Wenn der Darm gesund ist, kann er effektiv mit dem Gehirn kommunizieren, um angemessene Schlafmuster zu fördern. Ist der Darm jedoch entzündet oder beeinträchtigt, kann diese Signalübertragung gestört werden, was zu Schlafstörungen führt. Die Beziehung zwischen der Darmgesundheit und dem Schlaf ist komplex und umfasst viele verschiedene Faktoren, einschliesslich Hormonen und verschiedenen Signalwegen.

Die Rolle von Allatostatin A (AstA)

AstA ist ein weiteres wichtiges Hormon, das eine Rolle bei der Regulierung des Schlafs spielt. Es wird sowohl im Darm als auch im Gehirn produziert und ist dafür bekannt, Wachsamkeit zu fördern. In Situationen, in denen der Darm unter Stress steht, können die Signale vom Darm die AstA-Signalübertragung im Gehirn hemmen, was den Schlaf fördert. Das zeigt, wie verschiedene Signale miteinander interagieren und die Schlafmuster beeinflussen können.

Erholungs Schlaf nach Stress

Nach einem stressigen Zeitraum benötigt der Körper oft zusätzlichen Schlaf zur Erholung. Dieser Erholungsschlaf ist entscheidend für die Wiederherstellung der Gesundheit. Anzeichen der Genesung können beobachtet werden, nachdem der Stress nachgelassen hat, oft angezeigt durch längere Schlafphasen. Die Signalwege vom Darm zum Gehirn spielen eine wichtige Rolle in diesem Genesungsprozess.

Wie Krankheiten den Schlaf beeinflussen

Verschiedene Krankheiten, die den Darm betreffen, können zu Schlafproblemen führen. Die Verbindungen zwischen dem Darm, dem Immunsystem und dem Nervensystem sind entscheidend, um zu verstehen, wie die Gesundheit des Darms den Schlaf beeinflussen kann. Zustände wie entzündliche Darmerkrankungen, die Entzündungen im Darm verursachen, werden oft mit Schlafstörungen in Verbindung gebracht. Das hebt die Bedeutung der Erhaltung der Darmgesundheit für das allgemeine Wohlbefinden hervor.

Fazit

Schlaf ist ein komplexes Verhalten, das von vielen Faktoren beeinflusst wird, einschliesslich der Darmgesundheit. Darmstammende Signale, insbesondere Zytokine, spielen eine entscheidende Rolle bei der Schlafregulation, besonders während Krankheiten. Diese Zusammenhänge zu verstehen, kann helfen, bessere Strategien zur Bewältigung von Schlafstörungen im Zusammenhang mit Darmgesundheitsproblemen zu entwickeln. Die komplexe Kommunikation zwischen Darm und Gehirn macht deutlich, dass mehr Forschung in diesem Bereich nötig ist, um die vollständigen Auswirkungen von Darmzuständen auf den Schlaf und die allgemeine Gesundheit zu entdecken.

Originalquelle

Titel: Glia-mediated gut-brain cytokine signaling couples sleep to intestinal inflammation

Zusammenfassung: Sickness-induced sleep is a behavior conserved across species that promotes recovery from illness, yet the underlying mechanisms are poorly understood. Here, we show that interleukin-6-like cytokine signaling from the Drosophila gut to brain glial cells regulates sleep. Under healthy conditions, this pathway promotes wakefulness. However, elevated gut cytokine signaling in response to oxidative stress - triggered by immune and inflammatory responses in the intestine - induces sleep. The cytokines Unpaired 2 and -3 are upregulated by oxidative stress in enteroendocrine cells and activate JAK-STAT signaling in glial cells, including those of the blood-brain barrier (BBB). This activity maintains elevated sleep during oxidative-stress-induced intestinal disturbances, suggesting that the JAK-STAT pathway in glia inhibits wake-promoting signaling to facilitate sleep-dependent restoration under these conditions. We find that the enteric peptide Allatostatin A (AstA) enhances wakefulness, and during intestinal oxidative stress, gut-derived Unpaired 2/3 inhibits AstA receptor expression in BBB glia, thereby sustaining an elevated sleep state during gut inflammation or illness. Taken together, our work identifies a gut-to-glial communication pathway that couples sleep with intestinal homeostasis and disease, enhancing sleep during intestinal sickness, and contributes to our understanding of how sleep disturbances arise from gastrointestinal disturbances.

Autoren: Alina Malita, Olga Kubrak, Xiaokang Chen, Takashi Koyama, Elizabeth C. Connolly, Nadja Ahrentløv, Ditte S. Andersen, Michael J. Texada, Kenneth V. Halberg, Kim Rewitz

Letzte Aktualisierung: 2024-06-30 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.25.600726

Quell-PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.25.600726.full.pdf

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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