你熬过的夜，都体现在断裂的DNA上

2022-4-26 16:39| 编辑: 归去来兮| 查看: 1604| 评论: 0|来源: 生物探索

摘要: 熬夜行为势必会打乱正常睡眠周期，影响睡眠时长，由此留给DNA修复的时间大幅减少，而DNA断裂却不会止步不前。

导语：人的一生看似漫长，但三分之一的时间都在睡觉。其实，不止人类，自然界中的万物几乎都有规律性睡眠现象。睡眠现象背后的深层次原因，不仅你我好奇，科学家们也很好奇。生命科学的研究，归根结底都绕不开基因，这条研究路径同样适用于解答睡眠与基因的关系。

近期研究发现，人类需要睡眠或许是为了修复时时刻刻都在断裂的DNA。熬夜行为势必会打乱正常睡眠周期，影响睡眠时长，由此留给DNA修复的时间大幅减少，而DNA断裂却不会止步不前。

睡眠期间的DNA修复

是如何调控的？

2021年11月18日，以色列巴伊兰大学生命科学学院和多学科脑研究中心科研团队在Molecular Cell发表了一篇题为“Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons”的研究（图1）[1]。此项研究发现DNA损伤是睡眠的稳态驱动因素，而Parp1通路感知细胞压力并促进睡眠和DNA修复活动。

图1 研究成果（图源：[1]）

此项研究选用斑马鱼和小鼠为研究对象，通过紫外线辐射、药物干预和光遗传学处理，诱导DNA损伤，并在单个神经元水平上分析睡眠在恢复核稳态中的作用。斑马鱼是科研常用的成熟睡眠模型，因为斑马鱼大脑透明、简单且具有与人类相似的夜间睡眠模式，其大脑的结构和功能，以及DNA损伤和修复系统，在哺乳动物中是保守的（图2）。研究结果如下：

图2 透明斑马鱼（图源：牛津大学）

累积的DNA损伤是斑马鱼睡眠的原因

随着DNA损伤的增加，斑马鱼对睡眠的需求也显著增加。睡眠会增加神经元中Rad52和Ku80修复蛋白的聚集，从而使斑马鱼DNA损伤水平正常化。神经元DNA损伤水平与总睡眠时间之间存在很强的正相关（R=0.76），表明DNA损伤的数量可以预测修复所需的总睡眠时间。斑马鱼睡眠时神经细胞中的染色体移动速度是清醒时的两倍，这种运动使得受损的DNA能够自我重组和修复，如果斑马鱼的睡眠时间不足6小时，DNA损伤就并没有充分减少，在白天也会继续睡觉。

Parp1调控清除神经元DNA损伤

Parp1是DNA损伤修复系统的一部分，对单链和双链DNA断裂有反应，是一种DNA损伤检测器，可用于DNA修复反应。Parp1在DNA断裂位点的聚集，在斑马鱼清醒时增加，睡眠时减少。Parp1可以感知到清醒时不断增加的DNA损伤，如果损伤达到某个阈值，它就向大脑发出信号，促进睡眠和DNA修复，从而减少DNA断裂。相反，如果抑制了Parp1，斑马鱼就不会去睡觉，DNA修复也不会发生。即使在强烈的睡眠压力下，Parp1敲除消除了DNA损伤诱导的睡眠、染色体动力学和修复（图3）。

图3 Parp1调控清除神经元DNA损伤的过程（图源：[1]）

注：作为细胞“天线”，Parp1蛋白（黄色）感知和标记细胞中的DNA断裂，驱动睡眠，并招募修复系统（绿色和蓝色）。在睡眠期间，DNA修复系统会修复受损DNA。

Parp1的敲除影响睡眠质量

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