別熬夜了!白天工作學習裂開的DNA,只有睡眠才能修復

為什麼人類一生1/3的時間都在床上度過? 在進化過程中,睡眠對於所有具有神經系統的生物來説都是普遍且必不可少的。但問題是,睡眠會導致更容易被獵殺。

為什麼人類一生1/3的時間都在床上度過?

在進化過程中,睡眠對於所有具有神經系統的生物來説都是普遍且必不可少的。但問題是,睡眠會導致更容易被獵殺。為什麼動物會在捕食者的持續威脅下仍然要睡覺,以及睡眠如何影響我們的大腦,至今仍然是個謎。

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圖源:www.pexels.com

我們普遍的感覺是,睡眠是一件不可抗拒的事情,即便通過咖啡等飲品獲得更長時間的清醒,但睏倦感卻會越來越重。因此睡眠不可能輕易通過藥物來剝奪,這也暗示著睡眠本身就有維繫生存的必要性。

為了解釋睡眠的必要性,很多研究都從不同角度給出了答案:睡眠可以維持正常的激素分泌節律,可以降低心腦血管疾病的風險,甚至還可以維持我們皮膚的水潤光滑。但這些理由還不足以讓生物冒著被獵殺的風險也要睡覺,背後的根本原因依然撲朔迷離。

曾有研究顯示,當我們清醒時,體內的睡眠壓力會積聚。我們保持清醒的時間越長,這種壓力就會增加,而在睡眠期間會下降,在一夜好眠後會降至最低。

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圖源:搜狐網

是什麼導致體內的睡眠壓力增加到我們覺得必須睡覺的水準,晚上會發生什麼將這種壓力降低到我們準備開始新的一天的程度?或者説,睡眠壓力的本質是什麼?

科學家將目光投向了生命的核心——DNA。但DNA時時刻刻面臨著斷裂的危險,在我們白天辛勤學習或工作的時候,DNA就會出現大量的斷裂,某些藥物如奧沙利鉑等也會通過誘導DNA斷裂來促使細胞死亡。

但是學習和工作誘導的DNA斷裂並不是毫無意義。由於DNA實在太過繁複,為了更加高效地讓需要的基因快速表達,DNA會在特定位點斷開,這樣使得學習和工作需要的蛋白得以迅速合成。

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圖源:www.eurekalert.org

研究發現,工作學習的時間越長,注意力越是長時間集中,一天下來斷裂的DNA就會越多。雖然它們保證了高效的運轉,但是這樣的機制顯然遺害無窮。斷裂的DNA就像是一顆定時炸彈,隨時可能導致細胞死亡或者發生癌變。

近期Molecular Cell雜誌上發表了一項新研究, 以色列的研究人員通過研究斑馬魚的睡眠機制發現,這些斷裂的DNA會在睡眠過程中被修復,從而朝著解開睡眠謎團邁出新的一步。

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圖源:doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

研究團隊發現,神經元中的DNA損傷在清醒期間會持續累積。當你沉迷于“996”時,大腦中過度的DNA損傷已經達到必須要降低的危險水準。

為了製造更多的DNA斷裂,研究人員使用輻射等手段在斑馬魚中誘導了DNA損傷,以檢查它如何影響睡眠。斑馬魚具有夜間睡眠的特性,也有與人類相似的簡單大腦,是研究這種現象的最佳模式生物。

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圖源:doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

實驗表明,在某個時刻DNA損傷的積累達到了最大閾值,並且睡眠壓力增加到一定程度,以至於觸發了睡眠的衝動,魚就會進入睡眠狀態。隨後的睡眠促進了DNA修復,從而減少了DNA損傷。

在證實累積的DNA損傷是驅動睡眠的因素後,研究人員渴望了解是否有可能確定斑馬魚需要睡眠的最短時間。他們發現,每晚6小時的睡眠足以減少DNA損傷。如果睡眠不足6小時,DNA損傷就不會充分減少,斑馬魚即使在白天也會繼續睡眠。

接下來,研究人員需要弄清楚大腦中告訴我們需要睡眠以促進DNA修復的分子是什麼?他們發現PARP1蛋白在其中至關重要。

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圖源:doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

PARP1是DNA損傷修復系統的一部分,是最早做出反應的蛋白質之一。PARP1會標記細胞中的DNA損傷位點,並招募其他分子一起來修復DNA損傷。

通過分子生物學實驗,研究人員發現增加PARP1不僅可以促進睡眠,還可以增加睡眠中DNA的修復。相反,減少PARP1會讓斑馬魚意識不到自己需要睡覺,也沒有發生DNA損傷修復。

進一步的研究使用腦電圖在小鼠身上進行測試。就像斑馬魚一樣,PARP1活性的抑制降低了非快速眼動睡眠的持續時間和品質。這説明PARP1能夠告訴大腦它需要睡眠,否則它將面臨危險。

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圖源:doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

文章的通訊作者表示,接下來的任務是研究PARP1感知損傷閾值的具體機制。他們的發現很可能可以用於解釋睡眠障礙和神經退行性疾病之間的潛在聯繫。

而對我們來説,又多了一個上班打盹的藉口了。辛勤工作的超人們,今晚還繼續加班嗎?

參考文獻:

[1] David Zada, et al. Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons. Mol Cell. 2021 Nov 12;S1097-2765(21)00933-3. doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026.

撰文 | 官水木

編輯 | Swagpp

來源|梅斯醫學

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