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Cell子刊：动物为什么要睡觉？因为DNA损伤了｜生物世界
2021年11月18日，以色列巴伊兰大学的研究人员在 Cell 子刊 Molecular Cell 上发表了题为：Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons 的研究论文。
该研究从单细胞水平对为什么需要睡眠进行了详细解释：在清醒状态下，神经元中DNA损伤的积聚会增加睡眠压力，而一种名为Parp1的蛋白质感知到这种不断增加的DNA损伤压力，并发出睡眠信号。在睡眠期间，细胞内进行了有效的DNA修复，降低了驱动睡眠需求的细胞稳态压力。
此前的研究表明，在清醒的时候，DNA损伤会在神经元中积累。巴伊兰大学研究小组表示，他们在小鼠和果蝇身上观察到，清醒和神经元活动会诱导DNA双链断裂（DSB）的发生。
科学家们首先将斑马鱼作为动物模型，他们可以利用斑马鱼来尝试识别细胞睡眠驱动因素，并理解睡眠在恢复单个神经元水平的核稳态中的作用。
利用紫外线辐射、药理学干预和光遗传学，研究人员诱导斑马鱼的DNA损伤，以检查它如何影响它们的睡眠。结果表明，随着DNA损伤的增加，睡眠的需求也会增加，在某一时刻，DNA损伤的积累达到了一个最大阈值，并增加了睡眠压力，以至于触发了睡眠的冲动，斑马鱼就去睡觉了。随后的睡眠促进了DNA修复，从而减少了DNA损伤。
作者表示：“我们的实验表明，睡眠增加了神经元中Rad52和Ku80修复蛋白的聚集，这使得DNA损伤水平正常化。”
研究结果表明，每晚六小时的睡眠足以减少斑马鱼的DNA损伤。而且，令人惊讶的是，在睡眠时间不足6小时后，DNA损伤并没有充分减少，斑马鱼甚至在白天也继续睡觉。研究小组进一步指出——神经元DNA损伤水平与总睡眠时间之间存在很强的正相关，这表明DNA损伤的程度可以预测修复所需的总睡眠时间。
Parp1促发大脑睡眠
如果睡眠是为了修复DNA损伤，那么又引出一个问题——大脑中的什么机制告诉我们需要睡眠才能促进高效的DNA修复？
对此，研究小组指出，睡眠促进DNA损伤修复（DDR）信号通路的活动，该通路包括修复所需的DNA损伤传感器、信号转导器和效应蛋白。DDR蛋白的激活可能会向生物体发出睡眠信号，以增加染色体的动态，并使修复蛋白的有效组装成为可能。
研究人员将目光聚焦于一种名为Parp1的蛋白质，它是DNA损伤修复系统的一部分，对单链和双链DNA断裂做出反应。Parp1标记细胞中的DNA损伤位点，并召集所有相关系统清除DNA损伤。
研究小组发现，Parp1在DNA断裂位点的聚集性在清醒时增加，在睡眠时减少。通过基因和药理学操纵，Parp1基因的过表达和敲低显示，Parp1过表达会促进睡眠，也增加睡眠依赖性修复。相反，Parp1的敲低阻断了DNA损伤修复的信号，这造成了一个十分有趣的结果：这些斑马鱼并没有完全意识到自己累了，就没有去睡觉，也没有进行DNA损伤修复。
为了增强研究的说服力，研究团队进一步在小鼠中进行了相似的实验——利用脑电图进一步测试Parp1在调节小鼠睡眠中的作用。研究结果表明，正如他们在斑马鱼身上所看到的，Parp1基因敲低的小鼠的非快速眼动睡眠（NREM）的持续时间和质量都降低了
结语
总而言之，这项研究通过细胞和核标记成像，加上斑马鱼和小鼠的行为监测，证实了神经元DNA损伤可能是导致睡眠的重要原因——即大脑需要睡眠来促进DNA修复活动，在这个过程中，Parp1是一种重要的睡眠计时器，它会在DNA损伤到达一定程度时，对大脑发出睡眠的指令，促进睡眠过程的发生。 https://t.cn/R2WxjvI
2021年11月18日，以色列巴伊兰大学的研究人员在 Cell 子刊 Molecular Cell 上发表了题为：Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons 的研究论文。
该研究从单细胞水平对为什么需要睡眠进行了详细解释：在清醒状态下，神经元中DNA损伤的积聚会增加睡眠压力，而一种名为Parp1的蛋白质感知到这种不断增加的DNA损伤压力，并发出睡眠信号。在睡眠期间，细胞内进行了有效的DNA修复，降低了驱动睡眠需求的细胞稳态压力。
此前的研究表明，在清醒的时候，DNA损伤会在神经元中积累。巴伊兰大学研究小组表示，他们在小鼠和果蝇身上观察到，清醒和神经元活动会诱导DNA双链断裂（DSB）的发生。
科学家们首先将斑马鱼作为动物模型，他们可以利用斑马鱼来尝试识别细胞睡眠驱动因素，并理解睡眠在恢复单个神经元水平的核稳态中的作用。
利用紫外线辐射、药理学干预和光遗传学，研究人员诱导斑马鱼的DNA损伤，以检查它如何影响它们的睡眠。结果表明，随着DNA损伤的增加，睡眠的需求也会增加，在某一时刻，DNA损伤的积累达到了一个最大阈值，并增加了睡眠压力，以至于触发了睡眠的冲动，斑马鱼就去睡觉了。随后的睡眠促进了DNA修复，从而减少了DNA损伤。
作者表示：“我们的实验表明，睡眠增加了神经元中Rad52和Ku80修复蛋白的聚集，这使得DNA损伤水平正常化。”
研究结果表明，每晚六小时的睡眠足以减少斑马鱼的DNA损伤。而且，令人惊讶的是，在睡眠时间不足6小时后，DNA损伤并没有充分减少，斑马鱼甚至在白天也继续睡觉。研究小组进一步指出——神经元DNA损伤水平与总睡眠时间之间存在很强的正相关，这表明DNA损伤的程度可以预测修复所需的总睡眠时间。
Parp1促发大脑睡眠
如果睡眠是为了修复DNA损伤，那么又引出一个问题——大脑中的什么机制告诉我们需要睡眠才能促进高效的DNA修复？
对此，研究小组指出，睡眠促进DNA损伤修复（DDR）信号通路的活动，该通路包括修复所需的DNA损伤传感器、信号转导器和效应蛋白。DDR蛋白的激活可能会向生物体发出睡眠信号，以增加染色体的动态，并使修复蛋白的有效组装成为可能。
研究人员将目光聚焦于一种名为Parp1的蛋白质，它是DNA损伤修复系统的一部分，对单链和双链DNA断裂做出反应。Parp1标记细胞中的DNA损伤位点，并召集所有相关系统清除DNA损伤。
研究小组发现，Parp1在DNA断裂位点的聚集性在清醒时增加，在睡眠时减少。通过基因和药理学操纵，Parp1基因的过表达和敲低显示，Parp1过表达会促进睡眠，也增加睡眠依赖性修复。相反，Parp1的敲低阻断了DNA损伤修复的信号，这造成了一个十分有趣的结果：这些斑马鱼并没有完全意识到自己累了，就没有去睡觉，也没有进行DNA损伤修复。
为了增强研究的说服力，研究团队进一步在小鼠中进行了相似的实验——利用脑电图进一步测试Parp1在调节小鼠睡眠中的作用。研究结果表明，正如他们在斑马鱼身上所看到的，Parp1基因敲低的小鼠的非快速眼动睡眠（NREM）的持续时间和质量都降低了
结语
总而言之，这项研究通过细胞和核标记成像，加上斑马鱼和小鼠的行为监测，证实了神经元DNA损伤可能是导致睡眠的重要原因——即大脑需要睡眠来促进DNA修复活动，在这个过程中，Parp1是一种重要的睡眠计时器，它会在DNA损伤到达一定程度时，对大脑发出睡眠的指令，促进睡眠过程的发生。 https://t.cn/R2WxjvI
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