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(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI

你可能聽說過，DNA損傷得不到修復(fù)，就很有可能引發(fā)基因突變甚至癌變。

但當(dāng)看完這句話的時(shí)候，你體內(nèi)的DNA已經(jīng)至少損失上萬次了。

沒錯(cuò)，DNA損傷其實(shí)每時(shí)每刻都在發(fā)生。

而且在清醒狀態(tài)下，這種損傷還會(huì)越積越多。

不過先別慌，因?yàn)檫@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(xiàng)最新研究表明：包括人在內(nèi)的多種生物平時(shí)積累的DNA損傷，會(huì)在睡眠狀態(tài)下被加速修復(fù)。

換句話說，當(dāng)我們睡著以后，身體里的細(xì)胞會(huì)趕緊出工，把白天“飽經(jīng)風(fēng)霜”的DNA修修補(bǔ)補(bǔ)，讓它回歸到正常狀態(tài)。

甚至我們?yōu)槭裁磿?huì)犯困，也和這個(gè)有關(guān)系。

當(dāng)DNA損傷到達(dá)上限后，大腦會(huì)趕緊發(fā)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(wǎng)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(fù)。

大腦喊你睡覺了

其實(shí)DNA發(fā)生損傷是一種無法避免的生命現(xiàn)象。

當(dāng)白天大家需要工作、學(xué)習(xí)、活動(dòng)時(shí)，紫外線、X射線等因素都會(huì)對DNA造成影響。

甚至大腦有時(shí)為了加速學(xué)習(xí)，還會(huì)主動(dòng)讓神經(jīng)元中的DNA自斷雙鏈，讓所需的基因快速表達(dá)。

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

因此，修復(fù)這些損傷就變成了至關(guān)重要的事情。

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

但這種自修自補(bǔ)的方法，比普通細(xì)胞用分裂的方式修復(fù)要慢。

所以，神經(jīng)元在修復(fù)DNA時(shí)，往往很難“雨露均沾”。

今年4月份《Science》上的一項(xiàng)研究就表明，神經(jīng)細(xì)胞的修復(fù)能力有限，它們往往只能先集中力量優(yōu)先修復(fù)重要的區(qū)域。

△標(biāo)亮處為集中修復(fù)位點(diǎn)

具體什么時(shí)候來修復(fù)這些損傷呢？

睡覺的時(shí)候。

此前，科學(xué)家們已經(jīng)證明，人類睡眠不足會(huì)導(dǎo)致血細(xì)胞中的DNA損傷增加，同時(shí)還會(huì)降低修復(fù)基因的表達(dá)。

但問題的關(guān)鍵是，我們?nèi)俗约翰⒉恢啦凰X這事兒的嚴(yán)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?nèi)绱岁P(guān)鍵的DNA能夠及時(shí)被修復(fù)，大腦想了個(gè)辦法：

喊你睡覺。

沒錯(cuò)，即便沒有媽媽催你睡覺，某種程度上你自己也會(huì)催自己。

而發(fā)揮作用的關(guān)鍵，就是大腦中的PARP1蛋白。

當(dāng)神經(jīng)元中的DNA發(fā)生損傷時(shí)，PARP1蛋白是損傷修復(fù)系統(tǒng)中反應(yīng)最快的蛋白之一，它能生物清醒時(shí)就到達(dá)損傷的位置進(jìn)行標(biāo)記，同時(shí)還會(huì)讓大腦發(fā)出催促生物睡覺的指示。

而當(dāng)生物進(jìn)入睡眠后，染色體的活動(dòng)會(huì)相應(yīng)加快。

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

睡眠增加修復(fù)蛋白活性

那么科學(xué)家是如何證明出來這一論點(diǎn)的呢？

他們在斑馬魚身上做了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@種動(dòng)物和哺乳動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)存在一定相似性。

通過控制睡眠時(shí)長等方式，研究人員先誘導(dǎo)了斑馬魚體內(nèi)的DNA損傷，然后監(jiān)測指標(biāo)變化。

下圖中，亮點(diǎn)表示發(fā)生斷裂的DNA，ZT4為斑馬魚剛剛睡醒時(shí)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(shí)，研究人員還檢測了修復(fù)蛋白Rad52和Ku80的變化。

他們對斑馬魚體內(nèi)的Ku80-EGFP病灶的數(shù)量進(jìn)行了成像和量化：

△幼體在白天（ZT4）和夜間（ZT18）神經(jīng)元中的代表圖像

可以看到，在白天，Ku80-EGFP病灶數(shù)量少，而在夜間，病灶數(shù)量增加。

睡眠不足的幼體體內(nèi)的Ku80-EGFP病灶數(shù)量較之對照組較低，而在第二天增加睡眠后，達(dá)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(shù)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(jìn)一步論證了睡眠所引起的染色體活動(dòng)，是否真的會(huì)影響DNA損傷修復(fù)。

團(tuán)隊(duì)設(shè)置了對照實(shí)驗(yàn)來觀察修復(fù)蛋白Rad52的含量。

實(shí)驗(yàn)組不做處理，對照組則添加一種蛋白來抑制染色體的活動(dòng)。

兩組斑馬魚都經(jīng)歷DNA損傷再修復(fù)過程。

△上圖為實(shí)驗(yàn)組，下圖為對照組，粉色標(biāo)亮處為Rad52蛋白

從圖中可以看到，當(dāng)染色體活動(dòng)被抑制時(shí)，修復(fù)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(fù)蛋白含量立即增加1.4倍，到處理后2小時(shí)達(dá)到2倍的增長。

因此可以說，對染色體動(dòng)態(tài)的抑制阻礙了Rad52蛋白修復(fù)系統(tǒng)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(dòng)態(tài)的增加能夠使得修復(fù)活動(dòng)更加有效。

研究團(tuán)隊(duì)在最后表示：

這些發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞層面詳細(xì)描述了睡眠機(jī)制，這種機(jī)制可以解釋睡眠障礙、衰老和神經(jīng)退行性疾病之間的聯(lián)系，如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥。

團(tuán)隊(duì)介紹

這次的實(shí)驗(yàn)基本都在斑馬魚和小鼠身上進(jìn)行，論文也在最后表示，實(shí)驗(yàn)得到的睡眠機(jī)制未來也將能擴(kuò)展到成年哺乳動(dòng)物和人類身上。

今后我們還將在其他類型的細(xì)胞和腦區(qū)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步從分子層面解析睡眠這一機(jī)制。

論文的通訊作者Lior Appelbaum教授這樣表示。

他是巴伊蘭大學(xué)的教授，同樣也是巴伊蘭大學(xué)生命科學(xué)與多學(xué)科腦研究實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。

這一實(shí)驗(yàn)室的主要研究領(lǐng)域是大腦的遺傳學(xué)問題和細(xì)胞功能，方向是神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)，尤其關(guān)注睡眠方面的問題。

一作David Zada為巴伊蘭大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的博士后，同樣也是這一實(shí)驗(yàn)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