大脑利用睡眠减少DNA损伤

动物为什么要睡觉?为什么人类第三次“浪费”睡眠?在整个进化过程中，睡眠对于所有具有神经系统的生物(包括无脊椎动物，如苍蝇，蠕虫，甚至是水母)仍然是普遍且必不可少的。但是，尽管掠食者不断受到威胁，动物睡眠的原因仍然是一个谜，并且被认为是生命科学中最大的未解决问题之一。

在今天(2019年3月5日)发表在《自然通讯》杂志上的一项新研究中，以色列巴伊兰大学的研究人员揭示了一种新颖而出乎意料的睡眠功能，他们认为这可以解释睡眠和睡眠障碍如何影响大脑的机能，衰老和各种脑部疾病。

使用活斑马鱼的3D延时成像技术，研究人员能够以单个染色体分辨率定义睡眠，并首次显示单个神经元需要睡眠才能执行核维持。

DNA损伤可能由许多过程引起，包括辐射，氧化应激甚至神经元活动。每个细胞内的DNA修复系统可以纠正这种损害。当前的工作表明，在觉醒期间，当染色体动力学较低时，DNA损伤会不断累积并达到不安全的水平。

睡眠的作用是增加染色体动力学，并使每个神经元的DNA损伤水平正常化。显然，这种DNA维护过程在在线觉醒期间效率不高，并且需要脱机睡眠阶段并减少对大脑的输入才能发生。这项研究的负责人，来自Bar-Ilan大学的Mina和Everard Goodman生命科学学院的Lior Appelbaum教授，以及冈达(Goldschmied)多学科大脑研究中心说：“这就像道路上的坑洼。”“道路上会累积磨损，尤其是在白天的高峰时段。在交通繁忙的夜晚，修复它们是最方便，最有效的方法。”

Appelbaum称DNA损伤的积累是“觉醒的代价”。他和他的博士生大卫·扎达(David Zada)是该研究的第一作者，以及合著者塔利·勒勒·戈尔德施泰因(Tali Lerer-Goldshtein)博士，伊琳娜·布隆施泰因(Irina Bronshtein)博士和尤瓦尔·加里尼(Yuval Garini)教授均假设睡眠可以巩固并同步单个神经元内的核维持，并开始确认这一理论。

他们的发现归功于斑马鱼模型的特征。斑马鱼具有绝对的透明性，其大脑与人的大脑非常相似，是在生理条件下研究活体动物体内单个细胞的理想生物。使用高分辨率显微镜，可以在鱼醒着和睡着的时候观察到细胞内DNA和核蛋白的运动。研究人员特别惊奇地发现，染色体在夜间处于静止状态时更加活跃，但是这种增加的活性使得修复DNA损伤的效率得以提高。

结果建立了染色体动力学作为定义单个睡眠细胞的潜在标记，并提出睡眠的恢复功能是核维持。Appelbaum教授说：“我们发现睡眠，染色体动力学，神经元活动以及DNA损伤和修复与整个生物体具有直接的生理相关性之间存在因果关系。”“睡眠使人们有机会减少清醒时大脑中积累的DNA损伤。”

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