孩子，别熬夜了，伤DNA

明敏 2021-11-25 16:17:20 来源：量子位

明敏 博雯 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

你可能听说过，DNA损伤得不到修复，就很有可能引发基因突变甚至癌变。

但当看完这句话的时候，你体内的DNA已经至少损失上万次了。

没错，DNA损伤其实每时每刻都在发生。

而且在清醒状态下，这种损伤还会越积越多。

不过先别慌，因为这也不是不能解决的事——

只要睡一觉就可以了。

Cell子刊《Molecular Cell》的一项最新研究表明：包括人在内的多种生物平时积累的DNA损伤，会在睡眠状态下被加速修复。

换句话说，当我们睡着以后，身体里的细胞会赶紧出工，把白天“饱经风霜”的DNA修修补补，让它回归到正常状态。

甚至我们为什么会犯困，也和这个有关系。

当DNA损伤到达上限后，大脑会赶紧发出信号喊我们来睡觉。

所以，想睡觉这事儿，还真不是我们自愿的。

这不网友就说：

终于找到不加班的理由了，不然我断开的DNA无法修复。

大脑喊你睡觉了

其实DNA发生损伤是一种无法避免的生命现象。

当白天大家需要工作、学习、活动时，紫外线、X射线等因素都会对DNA造成影响。

甚至大脑有时为了加速学习，还会主动让神经元中的DNA自断双链，让所需的基因快速表达。

但是这些小损伤背后可能带来的确实大隐患，基因突变、癌变都可能是由它所引起的。

因此，修复这些损伤就变成了至关重要的事情。

尤其是大脑中的神经元细胞，这种细胞在人类成年后就几乎不再更新了，所以出现损伤后，就只能依靠细胞自身能力来小修小补。

但这种自修自补的方法，比普通细胞用分裂的方式修复要慢。

所以，神经元在修复DNA时，往往很难“雨露均沾”。

今年4月份《Science》上的一项研究就表明，神经细胞的修复能力有限，它们往往只能先集中力量优先修复重要的区域。

△标亮处为集中修复位点

具体什么时候来修复这些损伤呢？

睡觉的时候。

此前，科学家们已经证明，人类睡眠不足会导致血细胞中的DNA损伤增加，同时还会降低修复基因的表达。

但问题的关键是，我们人自己并不知道不睡觉这事儿的严重性。

不然那么多熬夜修仙党是怎么来的（doge）？

所以，为了让我们如此关键的DNA能够及时被修复，大脑想了个办法：

喊你睡觉。

没错，即便没有妈妈催你睡觉，某种程度上你自己也会催自己。

而发挥作用的关键，就是大脑中的PARP1蛋白。

当神经元中的DNA发生损伤时，PARP1蛋白是损伤修复系统中反应最快的蛋白之一，它能生物清醒时就到达损伤的位置进行标记，同时还会让大脑发出催促生物睡觉的指示。

而当生物进入睡眠后，染色体的活动会相应加快。

PARP1蛋白会在损伤位置召集一组可以修复DNA的蛋白Rad52和Ku80，让它们赶紧修复好损伤。

睡眠增加修复蛋白活性

那么科学家是如何证明出来这一论点的呢？

他们在斑马鱼身上做了实验，因为这种动物和哺乳动物的神经系统存在一定相似性。

通过控制睡眠时长等方式，研究人员先诱导了斑马鱼体内的DNA损伤，然后监测指标变化。

下图中，亮点表示发生断裂的DNA，ZT4为斑马鱼刚刚睡醒时DNA的断裂情况，ZT14则是在清醒一天后的情况。

可以看出二者的对比非常明显，清醒一天后的损伤量大增。

与此同时，研究人员还检测了修复蛋白Rad52和Ku80的变化。

他们对斑马鱼体内的Ku80-EGFP病灶的数量进行了成像和量化：

△幼体在白天（ZT4）和夜间（ZT18）神经元中的代表图像

可以看到，在白天，Ku80-EGFP病灶数量少，而在夜间，病灶数量增加。

睡眠不足的幼体体内的Ku80-EGFP病灶数量较之对照组较低，而在第二天增加睡眠后，达到了对照组幼体的正常夜间水平。

Rad52蛋白也和Ku80蛋白一样，DsRed-Rad52病灶的数量在白天很低，在夜间增加了约2倍：

△SD指睡眠剥夺（sleep deprivation）

最后，研究人员还进一步论证了睡眠所引起的染色体活动，是否真的会影响DNA损伤修复。

团队设置了对照实验来观察修复蛋白Rad52的含量。

实验组不做处理，对照组则添加一种蛋白来抑制染色体的活动。

两组斑马鱼都经历DNA损伤再修复过程。

△上图为实验组，下图为对照组，粉色标亮处为Rad52蛋白

从图中可以看到，当染色体活动被抑制时，修复蛋白Rad52的含量明显降低。

而对照组在去除掉抑制条件后，修复蛋白含量立即增加1.4倍，到处理后2小时达到2倍的增长。

因此可以说，对染色体动态的抑制阻碍了Rad52蛋白修复系统的有效功能。

而之前也有研究表明，睡眠期间染色体活跃程度和DNA受损部位的可及性都有所增加。

因此，睡眠带来的染色体动态的增加能够使得修复活动更加有效。

研究团队在最后表示：

这些发现在细胞层面详细描述了睡眠机制，这种机制可以解释睡眠障碍、衰老和神经退行性疾病之间的联系，如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。

团队介绍

这次的实验基本都在斑马鱼和小鼠身上进行，论文也在最后表示，实验得到的睡眠机制未来也将能扩展到成年哺乳动物和人类身上。

今后我们还将在其他类型的细胞和脑区中进行实验，以进一步从分子层面解析睡眠这一机制。

论文的通讯作者Lior Appelbaum教授这样表示。

他是巴伊兰大学的教授，同样也是巴伊兰大学生命科学与多学科脑研究实验室的负责人。

这一实验室的主要研究领域是大脑的遗传学问题和细胞功能，方向是神经发育和神经内分泌学，尤其关注睡眠方面的问题。

一作David Zada为巴伊兰大学生命科学学院的博士后，同样也是这一实验室的成员。

论文：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1097276521009333?via%3Dihub

参考链接：
[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211118203657.htm