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为了陪你久一点,神经细胞有多努力?

时间: 2021年04月07日 | 作者: Admin | 来源: ​学术经纬
你脑子里的每一个神经细胞都算是老寿星。它们陪你活上好几十年,就为了维持自己的功能,好让你有一个清醒的大脑。

人类神经细胞的再生能力非常有限,一旦成年,就很难再产生新的细胞。所以你脑子里的每一个神经细胞都算是老寿星。它们陪你活上好几十年,就为了维持自己的功能,好让你有一个清醒的大脑,也让你记得这一辈子发生的喜怒哀乐。


但神经细胞的超长待机,给它们留下了健康隐患。由于无法分裂成新的细胞,它们难以通过细胞分裂来修复DNA出现的损伤,因此只能依靠自己的能力来对DNA进行小修小补。在过去,科学家们对这种修补机制了解不多,但近日发表在《科学》杂志上的一篇论文,解开了这个谜题。


在这项研究里,来自Salk研究所的科学家们开发了一种新的技术。首先,他们将胚胎干细胞诱导成了神经元,然后给它们提供一些人工合成的核苷酸。这些核苷酸会成为修复DNA损伤的“材料”,哪里的DNA被修复了,哪里就能发现它们的踪迹。此外,研究人员们还能通过测序或是成像的方法,了解这些核苷酸在基因组上的具体位置。


令人惊讶的是,这些核苷酸并非“雨露均沾”,而是集中在一些区域之中。研究人员们发现了将近65000个修复的热点,而它们只占神经元基因组的2%左右。这也说明在有限的能力下,神经细胞会集中力量办大事,优先处理它们觉得比较重要的区域。


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在这个神经元的细胞核中,亮点显示的是集中修复的位点(Credit:Salk Institute/Waitt Advanced Biophotonics Center)


后续的研究也支持了这个观点。对这些修复热点的分析发现,其位点附近所产生的蛋白和神经退行性疾病,或是衰老有着关联。因此,神经细胞优先修复的,是那些涉及到自身功能和身份的基因组部分。演化上看,这些区域也是人类基因组中比较保守的部分。


研究人员们也指出,随着年龄的增长,神经细胞的修复能力终究会出现下降,这可能会影响到这些区域的完整性,也能够解释为啥年纪一大,就可能出现阿尔茨海默病,帕金森病,或是其它衰老有关的痴呆症。


 “本研究首次发现,神经元在进行修复时,对基因组的不同部分有着优先级区别,”本研究的负责人Rusty Gage教授说道,“这些发现有潜力改变我们对于许多衰老相关疾病的认知,也有可能探索出治疗性的DNA修复手段,这让我们感到振奋。”


“我们颠覆了范式,没有去寻找DNA损伤,而是去找DNA修复,这也让我们找到了这些热点,”本研究的共同第一作者Dylan Reid博士说道,“这也表明新的生物学能如何最终改变我们对神经元的认知。我们了解得越多,越能开发解决神经相关疾病的疗法。”


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本研究的通讯作者Rusty Gage教授(左)和共同一作Dylan Reid博士(右)(Credit:Salk Institute, Dylan Reid)


综合来看,由于不能通过细胞分裂来修复DNA的损伤,神经细胞只能依靠自己有限的能力,优先修复那些对自己功能至关重要的基因组区域,好让我们免于各种神经疾病的困扰。陪伴我们数十年,它们一直在默默守护着我们的认知能力和记忆力,让我们成为最好的自己。


参考资料:

[1] Dylan A. Reid et al., (2021), Incorporation of a nucleoside analog maps genome repair sites in postmitotic human neurons, Science, DOI: 10.1126/science.abb9032

[2] How brain cells repair their DNA reveals “hot spots” of aging and disease, Retrieved April 1, 2021, from https://www.salk.edu/news-release/how-brain-cells-repair-their-dna-reveals-hot-spots-of-aging-and-disease/