解说科研项目 2022-05-08 21:57
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。
1 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。
2 Parp1调控清除神经元DNA损伤
Parp1是DNA损伤修复系统的一部分，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。
熬夜打乱睡眠规律影响DNA损伤修复
熬夜对他们的健康有什么影响呢？2019年1月23日，香港大学在Anaesthesia发表题为“The effect of sleep deprivation and disruption on DNA damage and health of doctors”的研究成果[2]。该项研究是人类首批针对睡眠不足对基因的影响研究。
图4 研究成果（图源：Association of Anaesthetists）
此项研究调查了来自当地两家公立医院的49名健康的全职医生。其中，24人需要通宵接听现场电话，大部分人每月需要接听五到六个电话。剩余的25名医生不需要接听此类电话。通过对调查对象血液样本分析，总结了睡眠不足对基因的影响。
研究结果
1、与正常工作时间的医生相比，通宵接诊的普通医生的DNA断裂要高出30%；
2、经过一夜的急性睡眠剥夺后，这种DNA损伤进一步增加了25%以上。睡眠不足的医生与DNA修复相关的基因活性水平较低。
参考资料：
[1]Zada D, Sela Y, Matosevich N, et al. Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons. Mol Cell. 2021 Dec16;81(24):4979-4993.e7. doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026. Epub 2021 Nov 18.PMID: 34798058; PMCID: PMC8688325.
[2] Cheung V, Yuen VM, Wong GTC, et al. The effect of sleep deprivation and disruption on DNA damage and health of doctors. Anaesthesia.2019 Apr;74(4):434-440. doi: 10.1111/anae.14533. Epub 2018 Sep 25. PMID:30675716.
本文转自生物探索
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