子科生物報道：捕捉一些睡眠可以修復(fù)一天對神經(jīng)元DNA的損傷，至少斑馬魚是這樣。根據(jù)今天(11月18日)發(fā)表在《分子細(xì)胞》雜志上的一項研究，當(dāng)魚醒著的時候，DNA損傷會積累，通過DNA修復(fù)蛋白Parp1的積累，從而觸發(fā)睡眠。

細(xì)胞通常會面臨壓力，比如暴露在輻射中，這會導(dǎo)致它們的DNA受損。因此，細(xì)胞有一個修復(fù)蛋白質(zhì)庫來修復(fù)DNA，如果無法修復(fù)，就會引發(fā)細(xì)胞死亡。以色列巴伊蘭大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Lior Appelbaum和他的團隊此前發(fā)現(xiàn)，DNA損傷在白天增加，在晚上減少，這表明睡眠可以幫助修復(fù)這種損傷。在這項新研究中，他們調(diào)查了DNA損傷是否是斑馬魚——進(jìn)而可能是其他動物——睡覺的原因。當(dāng)博士后大衛(wèi)·扎達(dá)(David Zada)和其他作者通過誘導(dǎo)神經(jīng)元活動或紫外線輻射，誘導(dǎo)斑馬魚幼體神經(jīng)元的DNA損傷時，這條魚就睡得更長了?！斑@會讓魚感到疲勞，”Appelbaum說。

通過用熒光標(biāo)記標(biāo)記活斑馬魚幼體中的修復(fù)蛋白，并使用實時成像技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在睡眠期間，修復(fù)蛋白會被招募到背側(cè)大腦皮層神經(jīng)元的DNA損傷部位。背側(cè)大腦皮層相當(dāng)于斑馬魚的大腦新皮層。阿佩爾鮑姆說，與清醒時相比，“睡眠增加了DNA損傷修復(fù)蛋白的聚集，誘導(dǎo)修復(fù)變得更有效?！?/p>

接下來，研究人員想更好地了解DNA損傷和睡眠之間的聯(lián)系。Parp1檢測DNA損傷，并吸收修復(fù)蛋白質(zhì)來修復(fù)斷裂，因此Appelbaum推測它可能充當(dāng)觸發(fā)睡眠的傳感器。事實上，研究人員觀察到大腦中染色質(zhì)上的Parp1聚集在白天增加，晚上結(jié)束時降低到基線水平。當(dāng)他們在斑馬魚幼蟲體內(nèi)增加Parp1的水平時，它們的睡眠時間變長了，但是當(dāng)Parp1被抑制時，它們的睡眠時間變短了——盡管一旦抑制物被取消，它們就會恢復(fù)失去的睡眠。在被Parp1抑制劑處理過的幼蟲中，白天和夜晚積累的DNA損傷都比Parp1正常作用的幼蟲多。當(dāng)藥物在處理過的胚胎中停用后，它們恢復(fù)睡眠，DNA損傷恢復(fù)到正常水平，這表明Parp1減少了神經(jīng)元中的DNA損傷，即使DNA嚴(yán)重受損，Parp1沒有功能的幼蟲也感覺不到睡眠的需要。

這是該研究發(fā)現(xiàn)的一個例證，在清醒的時間里(上圖)，神經(jīng)元中DNA損傷的累積增加了疲勞。Parp1蛋白(黃色頭盔)感知和標(biāo)記細(xì)胞中的DNA斷裂，驅(qū)動睡眠，并招募修復(fù)系統(tǒng)(綠色和藍(lán)色頭盔，底部)。在睡眠期間，DNA修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)中斷。在背景中，紅色是體細(xì)胞，藍(lán)色是核仁，綠色是DNA損傷部位。

總之，這些數(shù)據(jù)表明，DNA損傷、Parp1和生理上的睡眠欲望在白天都會增加，阿佩爾鮑姆說。然后，“Parp1，在一個特定的閾值，驅(qū)動睡眠，并對大腦說:你必須睡覺。否則，我們會有太多的DNA損傷，細(xì)胞可能會開始退化。”在睡眠期間，受損的DNA修復(fù)比魚清醒時更有效。阿佩爾鮑姆補充說，Parp1是如何發(fā)出睡眠需求的信號的，這是該集團下一步要解決的問題。

斯坦福大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家Philippe Mourrain說:“我們已經(jīng)知道睡眠對DNA修復(fù)很重要，但我們不知道分子的作用。”他研究了斑馬魚睡眠的神經(jīng)信號，但沒有參與這項研究。他說:“他們表明，Parp1是必要的，但也是足夠的。如果你阻斷了Parp1，你就阻斷了DNA修復(fù)和睡眠。如果你過度表達(dá)Parp1，你會導(dǎo)致更多的睡眠和更多的DNA修復(fù)?！?/p>

研究人員還發(fā)現(xiàn)，抑制Parp1會減少成年小鼠的非快速眼動睡眠時間，這表明在這些哺乳動物中，DNA損傷、Parp1和睡眠之間可能存在相同的機制。

Mourrain指出:“他們證明了魚的睡眠對DNA修復(fù)很重要，并且證實了他們在老鼠身上的發(fā)現(xiàn)，表明Parp1誘導(dǎo)了非快速眼動睡眠?！彼€補充說，在老鼠身上的結(jié)果表明這種機制在人類身上也一定存在。他說，特別是在我們的生活中，神經(jīng)元不會被替換，睡眠中修復(fù)DNA損傷可能是保護神經(jīng)元健康的一種機制?！吧窠?jīng)元需要嚴(yán)格的維護程序，而睡眠似乎是其中的一部分。睡眠對于修復(fù)清醒時產(chǎn)生的損傷至關(guān)重要。”Appelbaum說，在未來的研究中，他希望找出這些關(guān)于睡眠和DNA損傷的見解是否以及如何與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，這些疾病可能伴有睡眠障礙。

“盡管這項研究是在斑馬魚的幼蟲上進(jìn)行的，并在小鼠(而不是人類)身上進(jìn)行了驗證，但它提供了明確的證據(jù)，表明睡眠與DNA損傷和修復(fù)有內(nèi)在聯(lián)系，DNA損傷感知酶PARP1參與睡眠壓力的事實證實，睡眠調(diào)節(jié)DNA修復(fù)機制，充足和高質(zhì)量的睡眠對大腦健康至關(guān)重要。”