心疼:為了陪你久一點,神經細胞有多努力你們知道嗎?

人類神經細胞的再生能力非常有限,一旦成年,就很難再產生新的細胞。所以你腦子里的每一個神經細胞都算是老壽星。它們陪你活上好幾十年,就為了維持自己的功能,好讓你有一個清醒的大腦,也讓你記得這一輩子發生的喜怒哀樂。

但神經細胞的超長待機,給它們留下了健康隱患。由於無法分裂成新的細胞,它們難以通過細胞分裂來修復DNA出現的損傷,因此只能依靠自己的能力來對DNA進行小修小補。在過去,科學家們對這種修補機制了解不多,但今日發表在《科學》雜志上的一篇論文,解開了這個謎題。

心疼:為了陪你久一點,神經細胞有多努力你們知道嗎?

  在這項研究里,來自Salk研究所的科學家們開發了一種新的技術。首先,他們將胚胎干細胞誘導成了神經元,然後給它們提供一些人工合成的核苷酸。這些核苷酸會成為修復DNA損傷的「材料」,哪里的DNA被修復了,哪里就能發現它們的蹤跡。此外,研究人員們還能通過測序或是成像的方法,了解這些核苷酸在基因組上的具體位置。

令人驚訝的是,這些核苷酸並非「雨露均沾」,而是集中在一些區域之中。研究人員們發現了將近65000個修復的熱點,而它們只占神經元基因組的2%左右。這也說明在有限的能力下,神經細胞會集中力量辦大事,優先處理它們覺得比較重要的區域。

心疼:為了陪你久一點,神經細胞有多努力你們知道嗎?

在這個神經元的細胞核中,亮點顯示的是集中修復的位點(Credit:Salk Institute/Waitt Advanced Biophotonics Center)

  後續的研究也支持了這個觀點。對這些修復熱點的分析發現,其位點附近所產生的蛋白和神經退行性疾病,或是衰老有着關聯。因此,神經細胞優先修復的,是那些涉及到自身功能和身份的基因組部分。演化上看,這些區域也是人類基因組中比較保守的部分。

研究人員們也指出,隨着年齡的增長,神經細胞的修復能力終究會出現下降,這可能會影響到這些區域的完整性,也能夠解釋為什麼年紀一大,就可能出現阿爾茨海默病,帕金森病,或是其它衰老有關的痴呆症。

   「本研究首次發現,神經元在進行修復時,對基因組的不同部分有着優先級區別,」本研究的負責人Rusty Gage教授說道,「這些發現有潛力改變我們對於許多衰老相關疾病的認知,也有可能探索出治療性的DNA修復手段,這讓我們感到振奮。」

  「我們顛覆了範式,沒有去尋找DNA損傷,而是去找DNA修復,這也讓我們找到了這些熱點,」本研究的共同第一作者Dylan Reid博士說道,「這也表明新的生物學能如何最終改變我們對神經元的認知。我們了解得越多,越能開發解決神經相關疾病的療法。」

心疼:為了陪你久一點,神經細胞有多努力你們知道嗎?

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

  綜合來看,由於不能通過細胞分裂來修復DNA的損傷,神經細胞只能依靠自己有限的能力,優先修復那些對自己功能至關重要的基因組區域,好讓我們免於各種神經疾病的困擾。陪伴我們數十年,它們一直在默默守護着我們的認知能力和記憶力,讓我們成為最好的自己。

參考資料:

[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/

來源:cnBeta