Ακόμα και μόνο μία νύχτα απώλειας ύπνου θα μπορούσε να οδηγήσει σε επιγενετικές αλλαγές με μικροαλλαγες του μεταβολισμού μας και τη ρύθμιση της έκφρασης γονιδίων. Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα διαπίστωσαν ότι μία νύχτα χωρίς ύπνο συνδέεται με την αλλοίωση του ανθρώπινου επιγονιδιώματος, την αύξηση του σωματικού βάρους και την απώλεια μυϊκής μάζας.

Προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ότι η παραβίαση του ύπνου μειώνει τα προστατευτικά αντιοξειδωτικά επίπεδα του σώματος και οδηγεί σε επιγενετικές αλλαγές. Η στέρηση του ύπνου μπορεί επίσης να επηρεάσει τις τροποποιήσεις της ιστόνης και να βλάψει τη μνήμη.Η έλλειψη ύπνου στον άνθρωπο έχει συνδεθεί με την αύξηση του σωματικού βάρους, τη μείωση της άλιπης μυϊκής μάζας και τον αυξημένο κίνδυνο για μεταβολικό σύνδρομο και διαβήτη, «Ακόμα και οι μικρές εβδομαδιαίες μετατοπίσεις του χρόνου του ύπνου, ή τουλάχιστον πέντε διαδοχικές νύχτες σύντομου ύπνου, έχουν συσχετιστεί με αυξημένο κίνδυνο αύξησης του σωματικού βάρους σε υγιείς ανθρώπους». Οι μηχανισμοί πίσω από αυτή τη διαδικασία, ωστόσο, δεν είναι καλά κατανοητοί.

Η έρευνα διεξήχθη από τον Jonathan Cedernaes, PhD και συνεργάτες του Πανεπιστημίου της Ουψάλα στο Πανεπιστήμιο Karolinska, μαζί με διεθνείς συνεργάτες. Στη μελέτη, 15 υγιείς άνθρωποι παρατηρήθηκαν για δύο συνεδρίες στις οποίες είχαν κανονική νύχτα ύπνου ή διατηρήθηκαν ξύπνιοι καθ 'όλη τη διάρκεια της νύχτας. Δείγματα υποδόριου λίπους και σκελετικού μυός, καθώς και δείγματα αίματος, λήφθηκαν το πρωί μετά από κάθε συνεδρία."Η ερευνητική μας ομάδα ήταν η πρώτη που έδειξε ότι η οξεία απώλεια ύπνου οδηγεί σε επιγενετικές αλλαγές στα λεγόμενα clock genes (γονίδια ρολογιών) που σε κάθε ιστό ρυθμίζουν τον κιρκαδικό ρυθμό της", σημειώνει ο ερευνητής που ηγήθηκε της μελέτης, ο Δρ Cedernaes.Τελικά, οι ερευνητές βρήκαν μια ειδική προσαρμογή στα επίπεδα μεθυλιώσεως του DNA, έναν κοινό επιγενετικό μηχανισμό που ρυθμίζει την έκφραση γονιδίων, που συχνά στρέφουν τα γονίδια "εκτός". Η μεθυλίωση του DNA συνεπάγεται την προσθήκη μίας ομάδας μεθυλίου στην κυτοσίνη του DNA και επηρεάζεται από κληρονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της σωματικής άσκησης.

"Τα νέα μας ευρήματα δείχνουν ότι η απώλεια ύπνου προκαλεί ειδικές μεταβολές στον βαθμό μεθυλιώσεως του DNA στα γονίδια που διαδίδονται σε όλο το ανθρώπινο γονιδίωμα. Η παράλληλη ανάλυση τόσο του μυϊκού όσο και του λιπώδους ιστού μας επέτρεψε να αποκαλύψουμε ότι η μεθυλίωση του DNA δεν ρυθμίζεται παρομοίως σε αυτούς τους ιστούς σε απόκριση της οξείας απώλειας ύπνου », δήλωσε ο Cedernaes.Είναι ενδιαφέρον ότι η ομάδα είδε αλλαγές στη μεθυλίωση του DNA μόνο στον λιπώδη ιστό. Η αλλοίωση ήταν συγκεκριμένη για τα γονίδια που έχουν αποδειχθεί προηγουμένως ότι έχουν σημαντικά διαφορετικά επίπεδα μεθυλίωσης του DNA που υπάρχουν σε μεταβολικές καταστάσεις όπως ο διαβήτης τύπου 2 και η παχυσαρκία. Επιγενετικές τροποποιήσεις έχουν αποδειχθεί ότι προσδίδουν μεταβολική "μνήμη" που ρυθμίζει μακροχρόνιες μεταβολικές διεργασίες.

Οι Cedernaes και η ομάδα του πιστεύουν ότι οι μεταβολές μεθυλίωσης του DNA που παρατηρήθηκαν μπορεί να αποτελέσουν ένα πρόσθετο κομμάτι του παζλ για το πώς ο ύπνος και η διαταραχή του κιρκαδικού ρυθμού μπορούν να επηρεάσουν τον κίνδυνο ενός ατόμου να αναπτύξει ασθένειες όπως η παχυσαρκία.Πολλοί εργαζόμενοι σε βάρδιες, οι οποίοι εργάζονται το βράδυ, εκτίθενται σε αυτή την περίοδο ολονύκτιας εγρήγορσης. Επιπρόσθετες επιγενετικές μελέτες που αξιολόγησαν το εργασιακό περιβάλλον ενός ατόμου έχουν δημοσιευθεί στο παρελθόν, συμπεριλαμβανομένης της επιγενετικής διαφοράς που διαπιστώθηκε μεταξύ των εργαζομένων γραφείου και των εργαζομένων τήξης νικελίου.Η τρέχουσα έρευνα, ωστόσο, εξετάζει μόνο το αποτέλεσμα μιας νύχτας που χάνει τον ύπνο και οι ερευνητές δεν είναι βέβαιοι για το πώς άλλες χρόνιες διαταραχές του ύπνου ή αλλαγές στον κιρκαδικό ρυθμό θα επηρέαζαν τον μεταβολισμό των ιστών ή την έκφραση γονιδίων."Στην παρούσα μελέτη παρατηρήσαμε μοριακές υπογραφές αυξημένης φλεγμονής σε ιστούς σε απόκριση απώλειας ύπνου. Ωστόσο, παρατηρήσαμε επίσης συγκεκριμένες μοριακές υπογραφές που δείχνουν ότι ο λιπώδης ιστός προσπαθεί να αυξήσει την ικανότητά του να αποθηκεύει λίπος μετά την απώλεια ύπνου, ενώ παρατηρήσαμε σημεία που δείχνουν ταυτόχρονη διάσπαση πρωτεϊνών σκελετικών μυών στον σκελετικό μυ, σε αυτό που είναι επίσης γνωστό ως καταβολισμός , Εξήγησε ο Δρ Cedernaes. 

Η ομάδα παρατήρησε επίσης τις αλλαγές στα επίπεδα των σκελετικών μυών των πρωτεϊνών που εμπλέκονται στη διαχείριση της γλυκόζης στο αίμα, γεγονός που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η ευαισθησία της γλυκόζης των συμμετεχόντων μειώθηκε μετά την απώλεια ύπνου.«Από κοινού, αυτές οι παρατηρήσεις μπορούν να παρέχουν τουλάχιστον μερική μηχανιστική αντίληψη για το γιατί η χρόνια απώλεια ύπνου και η εργασία με βάρδιες μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο δυσμενούς αύξησης του βάρους καθώς και τον κίνδυνο διαβήτη τύπου 2», δήλωσε ο Cedernaes.Είναι ενδιαφέρον ότι η άσκηση και η δίαιτα έχουν αποδειχθεί ότι αλλάζουν τη μεθυλίωση του DNA η οποία θα μπορούσε ενδεχομένως να εξουδετερώνει την αρνητική μεταβολική επίδραση της απώλειας ύπνου.

Source: Cedernaes, J. et al. (2018). Acute sleep loss results in tissue-specific alterations in genome-wide DNA methylation state and metabolic fuel utilization in humans. Science Advances, 4(8).
Reference: Koffmar, L. How sleep loss may contribute to adverse weight gain. Uppsala Universitet Press Releases. 23 Aug 2018. Web

Previous research has shown that skipping sleep lowers the body’s protective antioxidant levels and leads to epigenetic changes. Sleep deprivation can also impact histone modifications and impair memory. Now, a recent studied published in Science Advances sheds light on the molecular mechanisms connected to the disruption of our circadian clock, which is connected to an increase in fat and metabolic issues.Lack of sleep in humans has been linked with weight gain, a reduction of lean muscle mass, and an increased risk for metabolic syndrome and diabetes, the authors mentioned. “Even minor weekly shifts in sleep timing, or as few as five consecutive nights of short sleep, have been associated with an increased risk of weight gain in healthy humans.” The mechanisms behind this process, however, aren’t well understood.The research was conducted by Jonathan Cedernaes, PhD and colleagues at Uppsala University, Karolinska University, along with international collaborators. In the study, 15 healthy people were observed for two sessions in which they had a normal night of sleep or were kept awake throughout the entire night. Subcutaneous fat and skeletal muscle samples, as well as blood samples, were taken the morning after each session.

“Our research group was the first to demonstrate that acute sleep loss in and of itself results in epigenetic changes in the so-called clock genes that within each tissue regulate its circadian rhythm,” noted the researcher who led the study, Dr. Cedernaes.Ultimately, the researchers found a tissue-specific adjustment to the levels of DNA methylation, a common epigenetic mechanism that regulates the expression of genes, often turning genes “off”. DNA methylation involves the addition of a methyl group to cytosine of DNA and is influenced by hereditary and environmental factors, including physical exercise. “Our new findings indicate that sleep loss causes tissue-specific changes to the degree of DNA methylation in genes spread throughout the human genome. Our parallel analysis of both muscle and adipose tissue further enabled us to reveal that DNA methylation is not regulated similarly in these tissues in response to acute sleep loss,” said Cedernaes.Interestingly, the group saw changes in DNA methylation only in adipose tissue. The alteration was specific to genes that have been previously shown to have significantly different DNA methylation levels present in metabolic conditions like type 2 diabetes and obesity. Epigenetic modifications have been shown to impart a metabolic “memory” that regulates long-term metabolic processes.

Cedernaes and his team believe that the DNA methylation changes they observed may constitute an additional piece of the puzzle of how sleep and circadian rhythm disruption can influence a person’s risk of developing diseases like obesity.Many shift workers who are assigned to work in the evening are exposed to this period of overnight wakefulness. Additional epigenetic studies that assessed a person’s work environment have been published in the past, including the epigenetic difference found between office workers and nickel smelting workers.The current research, however, only looks at the result of one night of losing sleep and the researchers aren’t certain of how other chronic sleep disruptions or changes to the circadian rhythm would influence someone’s tissue metabolism or gene expression.

“In the present study we observed molecular signatures of increased inflammation across tissues in response to sleep loss. However, we also saw specific molecular signatures that indicate that the adipose tissue is attempting to increase its capacity to store fat following sleep loss, whereas we instead observed signs indicating concomitant breakdown of skeletal muscle proteins in the skeletal muscle, in what’s also known as catabolism,” explained Dr. Cedernaes.The team also noticed changes in skeletal muscle levels of proteins involved in handling blood glucose, which could help explain why the participants’ glucose sensitivity was impaired after sleep loss.“Taken together, these observations may provide at least partial mechanistic insight as to why chronic sleep loss and shift work can increase the risk of adverse weight gain as well as the risk of type 2 diabetes,” said Cedernaes.

Future research might touch upon sleep recovery, or how many days of typical sleep might normalize the metabolic and epigenetic changes that occurred as a result of sleep deprivation. Interestingly, exercise and diet have been shown to alter DNA methylation which could potentially counteract the negative metabolic impact of sleep loss.Source: Cedernaes, J. et al. (2018). Acute sleep loss results in tissue-specific alterations in genome-wide DNA methylation state and metabolic fuel utilization in humans. Science Advances, 4(8).

Reference: Koffmar, L. How sleep loss may contribute to adverse weight gain. Uppsala Universitet Press Releases. 23 Aug 2018. Web.