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你的DNA時刻都在斷裂，只有睡夠了才能修復它( 二 )


雖然DNA雙鏈斷裂是神經活動中一個關鍵且正常的過程 ， 但如果不及時修復 ， 這會帶來很嚴重的后果 。 這種損傷也稱為DNA雙鏈斷裂 ， 是最具有細胞毒性的一種DNA損傷 ， 通常發生在癌癥、神經退化和衰老等過程中 。 不過 ， DNA雙鏈斷裂的修復過程十分復雜 ， 需要激活多條信號通路、募集多種酶和蛋白復合體 ， 因而需要較長的時間 。
在白天 ， 機體的活動增加 ， DNA的損傷也會累積 ， 避免這些損傷的危害的唯一辦法就是修復它們 。 但細胞在白天是沒有時間的 ， 需要將更多的資源用在其他生命活動上 ， 最后修復工作就拖到了晚上 。 研究人員發現 ， 為了能讓細胞按時進行修復 ， 隨著神經元DNA損傷累積 ， 睡眠壓力（也稱為恒定睡眠驅力 ， homeostaticsleepdrive）會逐漸增加 ， 強迫人去睡覺 。 在睡眠中 ， 這種壓力水平會逐漸下降、回到一個低谷 ， 讓我們醒來時感覺全身放松 ， 充滿活力 。
斑馬魚也要睡覺
睡眠壓力的來源有很多 。 如上文所述 ， 當免疫系統、神經元和體細胞工作一段時間后 ， 人體內有毒的代謝物和神經系統損傷都會增加 ， 導致睡眠壓力增加 。 在新的研究中 ， 科學家研究了斑馬魚的睡眠活動 ， 證實了斑馬魚在清醒時 ， DNA雙鏈斷裂數量會逐漸增加 。
他們發現 ， 在經過一天的活動后 ， 斑馬魚單個神經元中DNA雙鏈斷裂位點的數量會翻倍 。 隨后 ， 他們給斑馬魚喂食了一種神經驚厥劑——戊四唑（可以導致神經元異常興奮） 。 僅3個小時之后 ， 斑馬魚DNA的斷裂位點數量就增加到了活動一天后的水平——也就是說 ， 神經元越容易興奮 ， 就越容易感覺到累 。
你的DNA時刻都在斷裂，只有睡夠了才能修復它
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研究人員發現與剛睡醒時（ZT4）相比 ， 斑馬魚活動一天后（ZT14）的γH2AX位點數明顯增多 ， 也就是說DNA雙鏈斷裂數量增多 。 圖片來自原論文 。
正常情況下 ， 在休息10小時后 ， 斷裂位點數才會降到較低的水平 。 暴露在戊四唑中后 ， 這些斑馬魚需要的睡眠時間會增加 。 除了清醒時間更長和神經活動更興奮外 ， 當斑馬魚暴露在紫外線（可以損傷DNA）下時 ， 它們也會需要更多的睡眠 。
相比之下 ， 如果只休息2個小時或者4個小時 ， 斑馬魚DNA上的斷裂位點數只會略微降低 。 在這種睡眠被剝奪的情況下 ， 不僅DNA的損傷會增加 ， DNA損傷也會無法修復 ， 也就是說DNA結構的潰敗會越來越嚴重 。
在沉睡中修復
生物想要繼續生存下去 ， DNA的修復過程是必不可少的 。 但面對千瘡百孔的DNA ， 修復過程從哪里開始呢？這時 ， DNA在斷裂位點留下的標記就發揮了作用 。 在染色體中 ， DNA雙鏈纏繞在組蛋白上 ， 在每一次雙鏈斷裂時 ， 一種組蛋白——H2AFX——都會被磷酸化 ， 變成γH2AX 。 通過觀察γH2AX ， 科學家就能知道斑馬魚DNA的斷裂情況 ， 也可以依此來判斷修復情況 。
他們進一步探究了DNA修復過程的細節 ， 發現在夜晚 ， 當斑馬魚睡覺時 ， 參與DNA雙鏈斷裂修復的兩種蛋白（Rad52和Ku80）才會明顯增加 ， 開始緊鑼密鼓地修復DNA 。 除此之外 ， 為了更好地修復DNA ， 染色體的活動也會增加 。 如果染色體活動被抑制 ， DNA損傷得不到及時修復 ， 斑馬魚的睡眠時間就會延長 ， 而且整個睡眠周期都會發生改變 。
你的DNA時刻都在斷裂，只有睡夠了才能修復它
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清醒和睡眠的循環：白天神經元的DNA損傷增加 ， 留下標記 ， 導致睡眠壓力增加 。 晚上 ， 染色體活動增加 ， Parp蛋白募集修復蛋白 ， 促進DNA修復 。 圖片來源：原論文