孩子，別熬夜了，傷DNA

明敏 2021-11-25 16:17:20 來源：量子位

明敏 博雯 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

你可能聽說過，DNA損傷得不到修復，就很有可能引發基因突變甚至癌變。

但當看完這句話的時候，你體內的DNA已經至少損失上萬次了。

沒錯，DNA損傷其實每時每刻都在發生。

而且在清醒狀態下，這種損傷還會越積越多。

不過先別慌，因為這也不是不能解決的事——

只要睡一覺就可以了。

Cell子刊《Molecular Cell》的一項最新研究表明：包括人在內的多種生物平時積累的DNA損傷，會在睡眠狀態下被加速修復。

換句話說，當我們睡著以后，身體里的細胞會趕緊出工，把白天“飽經風霜”的DNA修修補補，讓它回歸到正常狀態。

甚至我們為什么會犯困，也和這個有關系。

當DNA損傷到達上限后，大腦會趕緊發出信號喊我們來睡覺。

所以，想睡覺這事兒，還真不是我們自愿的。

這不網友就說：

終于找到不加班的理由了，不然我斷開的DNA無法修復。

大腦喊你睡覺了

其實DNA發生損傷是一種無法避免的生命現象。

當白天大家需要工作、學習、活動時，紫外線、X射線等因素都會對DNA造成影響。

甚至大腦有時為了加速學習，還會主動讓神經元中的DNA自斷雙鏈，讓所需的基因快速表達。

但是這些小損傷背后可能帶來的確實大隱患，基因突變、癌變都可能是由它所引起的。

因此，修復這些損傷就變成了至關重要的事情。

尤其是大腦中的神經元細胞，這種細胞在人類成年后就幾乎不再更新了，所以出現損傷后，就只能依靠細胞自身能力來小修小補。

但這種自修自補的方法，比普通細胞用分裂的方式修復要慢。

所以，神經元在修復DNA時，往往很難“雨露均沾”。

今年4月份《Science》上的一項研究就表明，神經細胞的修復能力有限，它們往往只能先集中力量優先修復重要的區域。

△標亮處為集中修復位點

具體什么時候來修復這些損傷呢？

睡覺的時候。

此前，科學家們已經證明，人類睡眠不足會導致血細胞中的DNA損傷增加，同時還會降低修復基因的表達。

但問題的關鍵是，我們人自己并不知道不睡覺這事兒的嚴重性。

不然那么多熬夜修仙黨是怎么來的（doge）？

所以，為了讓我們如此關鍵的DNA能夠及時被修復，大腦想了個辦法：

喊你睡覺。

沒錯，即便沒有媽媽催你睡覺，某種程度上你自己也會催自己。

而發揮作用的關鍵，就是大腦中的PARP1蛋白。

當神經元中的DNA發生損傷時，PARP1蛋白是損傷修復系統中反應最快的蛋白之一，它能生物清醒時就到達損傷的位置進行標記，同時還會讓大腦發出催促生物睡覺的指示。

而當生物進入睡眠后，染色體的活動會相應加快。

PARP1蛋白會在損傷位置召集一組可以修復DNA的蛋白Rad52和Ku80，讓它們趕緊修復好損傷。

睡眠增加修復蛋白活性

那么科學家是如何證明出來這一論點的呢？

他們在斑馬魚身上做了實驗，因為這種動物和哺乳動物的神經系統存在一定相似性。

通過控制睡眠時長等方式，研究人員先誘導了斑馬魚體內的DNA損傷，然后監測指標變化。

下圖中，亮點表示發生斷裂的DNA，ZT4為斑馬魚剛剛睡醒時DNA的斷裂情況，ZT14則是在清醒一天后的情況。

可以看出二者的對比非常明顯，清醒一天后的損傷量大增。

與此同時，研究人員還檢測了修復蛋白Rad52和Ku80的變化。

他們對斑馬魚體內的Ku80-EGFP病灶的數量進行了成像和量化：

△幼體在白天（ZT4）和夜間（ZT18）神經元中的代表圖像

可以看到，在白天，Ku80-EGFP病灶數量少，而在夜間，病灶數量增加。

睡眠不足的幼體體內的Ku80-EGFP病灶數量較之對照組較低，而在第二天增加睡眠后，達到了對照組幼體的正常夜間水平。

Rad52蛋白也和Ku80蛋白一樣，DsRed-Rad52病灶的數量在白天很低，在夜間增加了約2倍：

△SD指睡眠剝奪（sleep deprivation）

最后，研究人員還進一步論證了睡眠所引起的染色體活動，是否真的會影響DNA損傷修復。

團隊設置了對照實驗來觀察修復蛋白Rad52的含量。

實驗組不做處理，對照組則添加一種蛋白來抑制染色體的活動。

兩組斑馬魚都經歷DNA損傷再修復過程。

△上圖為實驗組，下圖為對照組，粉色標亮處為Rad52蛋白

從圖中可以看到，當染色體活動被抑制時，修復蛋白Rad52的含量明顯降低。

而對照組在去除掉抑制條件后，修復蛋白含量立即增加1.4倍，到處理后2小時達到2倍的增長。

因此可以說，對染色體動態的抑制阻礙了Rad52蛋白修復系統的有效功能。

而之前也有研究表明，睡眠期間染色體活躍程度和DNA受損部位的可及性都有所增加。

因此，睡眠帶來的染色體動態的增加能夠使得修復活動更加有效。

研究團隊在最后表示：

這些發現在細胞層面詳細描述了睡眠機制，這種機制可以解釋睡眠障礙、衰老和神經退行性疾病之間的聯系，如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥。

團隊介紹

這次的實驗基本都在斑馬魚和小鼠身上進行，論文也在最后表示，實驗得到的睡眠機制未來也將能擴展到成年哺乳動物和人類身上。

今后我們還將在其他類型的細胞和腦區中進行實驗，以進一步從分子層面解析睡眠這一機制。

論文的通訊作者Lior Appelbaum教授這樣表示。

他是巴伊蘭大學的教授，同樣也是巴伊蘭大學生命科學與多學科腦研究實驗室的負責人。

這一實驗室的主要研究領域是大腦的遺傳學問題和細胞功能，方向是神經發育和神經內分泌學，尤其關注睡眠方面的問題。

一作David Zada為巴伊蘭大學生命科學學院的博士后，同樣也是這一實驗室的成員。

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

參考鏈接：
[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211118203657.htm