虽然DNA双链断裂是神经活动中一个关键且正常的过程 ， 但如果不及时修复 ， 这会带来很严重的后果 。 这种损伤也称为DNA双链断裂 ， 是最具有细胞毒性的一种DNA损伤 ， 通常发生在癌症、神经退化和衰老等过程中 。 不过 ， DNA双链断裂的修复过程十分复杂 ， 需要激活多条信号通路、募集多种酶和蛋白复合体 ， 因而需要较长的时间 。
在白天 ， 机体的活动增加 ， DNA的损伤也会累积 ， 避免这些损伤的危害的唯一办法就是修复它们 。 但细胞在白天是没有时间的 ， 需要将更多的资源用在其他生命活动上 ， 最后修复工作就拖到了晚上 。 研究人员发现 ， 为了能让细胞按时进行修复 ， 随着神经元DNA损伤累积 ， 睡眠压力（也称为恒定睡眠驱力 ， homeostatic sleep drive）会逐渐增加 ， 强迫人去睡觉 。 在睡眠中 ， 这种压力水平会逐渐下降、回到一个低谷 ， 让我们醒来时感觉全身放松 ， 充满活力 。
斑马鱼也要睡觉
睡眠压力的来源有很多 。 如上文所述 ， 当免疫系统、神经元和体细胞工作一段时间后 ， 人体内有毒的代谢物和神经系统损伤都会增加 ， 导致睡眠压力增加 。 在新的研究中 ， 科学家研究了斑马鱼的睡眠活动 ， 证实了斑马鱼在清醒时 ， DNA双链断裂数量会逐渐增加 。
他们发现 ， 在经过一天的活动后 ， 斑马鱼单个神经元中DNA双链断裂位点的数量会翻倍 。 随后 ， 他们给斑马鱼喂食了一种神经惊厥剂——戊四唑（可以导致神经元异常兴奋） 。 仅3个小时之后 ， 斑马鱼DNA的断裂位点数量就增加到了活动一天后的水平——也就是说 ， 神经元越容易兴奋 ， 就越容易感觉到累 。

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正常情况下 ， 在休息10小时后 ， 断裂位点数才会降到较低的水平 。 暴露在戊四唑中后 ， 这些斑马鱼需要的睡眠时间会增加 。 除了清醒时间更长和神经活动更兴奋外 ， 当斑马鱼暴露在紫外线（可以损伤DNA）下时 ， 它们也会需要更多的睡眠 。
相比之下 ， 如果只休息2个小时或者4个小时 ， 斑马鱼DNA上的断裂位点数只会略微降低 。 在这种睡眠被剥夺的情况下 ， 不仅DNA的损伤会增加 ， DNA损伤也会无法修复 ， 也就是说DNA结构的溃败会越来越严重 。
在沉睡中修复
生物想要继续生存下去 ， DNA的修复过程是必不可少的 。 但面对千疮百孔的DNA ， 修复过程从哪里开始呢？这时 ， DNA在断裂位点留下的标记就发挥了作用 。 在染色体中 ， DNA双链缠绕在组蛋白上 ， 在每一次双链断裂时 ， 一种组蛋白——H2AFX——都会被磷酸化 ， 变成γH2AX 。 通过观察γH2AX ， 科学家就能知道斑马鱼DNA的断裂情况 ， 也可以依此来判断修复情况 。
他们进一步探究了DNA修复过程的细节 ， 发现在夜晚 ， 当斑马鱼睡觉时 ， 参与DNA双链断裂修复的两种蛋白（Rad52和Ku80）才会明显增加 ， 开始紧锣密鼓地修复DNA 。 除此之外 ， 为了更好地修复DNA ， 染色体的活动也会增加 。 如果染色体活动被抑制 ， DNA损伤得不到及时修复 ， 斑马鱼的睡眠时间就会延长 ， 而且整个睡眠周期都会发生改变 。


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这些生理过程都与一种DNA损伤检测因子——PARP-1——有关 ， 这个分子在多种生物体内高度保守 。 它是DNA结构稳定的维护者 ， 能促进受损的DNA单链或双链的修复 ， 保障细胞的生存 。 根据研究人员的观察 ， 在白天 ， 表达该分子的parp1基因会大量转录 ， 增加睡眠压力 。 由PARP-1控制的信号通路会在白天不停地给大脑发信息 ， 提醒它休息 。 到晚上 ， 你开始休息后 ， parp1转录产生的mRNA会大量表达PARP-1 ， 这些分子会通过募集修复蛋白的方式 ， 促进DNA修复 。 当抑制parp1表达时 ， 生物需要的休息时间会更少 ， 但与此同时 ， DNA修复过程和染色体活动都会减少 。