研究:DNA雙螺旋斷裂有助於學習和記憶

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【大紀元2021年09月28日訊】(大紀元記者李少維編譯報導)科學家知道DNA雙螺旋鏈的斷裂與癌症和老化相關。新研究發現,大腦在學習和努力形成記憶的過程中,腦細胞有意地造成多處細胞內DNA雙鏈斷裂以迅速產生有助於學習的基因。

研究人員在實驗室內把小鼠分成兩組,分別讓它們進入一個盒子。但是一組小鼠在進入盒子的時候腳部遭到電擊,即刺激它們對盒子形成恐懼的記憶;另一組不會遭到電擊。之後,研究人員用多種方法探查這些小鼠大腦裡面DNA雙鏈斷裂的情況。

結果發現,兩組小鼠的腦細胞都出現不同程度的DNA雙鏈斷裂。不過與沒有遭電擊的一組小鼠相比,遭電擊組小鼠的海馬體和前額葉皮層區域內DNA雙鏈斷裂的數量是沒有遭電擊組小鼠的兩倍。每個區域共有300多個基因出現雙鏈斷裂。海馬體和前額葉皮層是科學家已知的與儲存恐懼記憶相關的區域。

這項發現很令人意外。因為DNA雙鏈斷裂是基因受損中最嚴重的一種形式,與癌症、身體老化和神經功能退化等疾病相關。科學家以前以為,DNA雙鏈斷裂是某些機制出錯造成的損害,而這份研究意味著,大腦的某些機能就會造成這種損害,而且,這時刻都在發生著,也就是DNA雙鏈斷裂是大腦中普遍發生的情形。

研究人員認為,在這種情況下DNA的雙鏈斷裂,釋放特定轉錄酶,迅速促進了十幾個與學習和記憶相關基因的表達。也就是說,這種機制是促進大腦學習功能的一個重要環節。這份研究7月1日發表於《公共科學圖書館·綜合》(PLOS ONE)期刊。

以前的認知是,DNA雙鏈斷裂比其它損害更難修復,因為雙鏈斷裂後,不再留有一個完整「模版」引導DNA怎樣重新接上。如果在日常的生活中,DNA雙鏈斷裂是如此普遍的現象,細胞如何能夠快速修復?

另一份2019年發表在《神經科學期刊》(Journal of Neuroscience)上的研究發現了類似的現象。他們發現,DNA雙鏈斷裂後,將觸發兩波基因轉錄潮,一波是立即發生,另一波在幾小時後發生。

研究者之一澳大利亞昆士蘭大學的馬歇爾(Paul Marshall)認為,這是一個有兩個步驟的機制。當DNA斷裂的時候,一些生物酶被釋放出來用於促進基因轉錄,而與此同時,斷裂處立刻被打上標記。第二個步驟是,當修復開始的時候,這個標記將會被清除,而這個時候,又會釋放更多的轉錄酶,開始第二回和的轉錄。

「(這種機制下)雙鏈斷裂不僅作為一個觸發因素,」馬歇爾說,「它還具有記號功能,在修復的階段引導修復機制來到斷裂的位置。」

馬歇爾說,這些發現告訴我們,既然DNA雙鏈斷裂對於記憶和學習功能具有如此重要的作用,一味地防止DNA雙鏈斷裂不是防禦疾病的正確方法。後續的研究不應該只考慮基因受損的情形,而應該提高視野,更全面地考量更多的基因活動機制,才有可能正確探究基因與人體正常功能、或是疾病之間複雜的關係。◇

責任編輯:朱涵儒

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