导读：虽然使用脑细胞有助于在一生中保持记忆和其他认知功能，但科学家们发现，相关的活动也会损伤神经元，因为它会引起更多的DNA断裂。

近日，哈佛医学院的研究人员在Nature上发表了题为“A NPAS4–NuA4 complex couples synaptic activity to DNA repair”的研究。该研究发现了一种发生在神经元中的新的DNA修复机制，解释了为什么神经元在高强度重复工作的情况下仍能持续工作。

具体来说，研究结果表明，一种名为NPAS4-NuA4的蛋白质复合物启动了修复神经元活动诱导的DNA断裂的途径。研究人员表示，如果这一发现在进一步的动物研究和人类中得到证实，它们可以帮助科学家了解大脑神经元在衰老或神经退行性疾病中分解的精确过程。

https://doi.org/10.1186/s12916-022-02712-7


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生物学矛盾

在人体大量的细胞类型中，神经元是与众不同的。它们与大多数细胞不同，不会再生或复制。日复一日，年复一年，他们不知疲倦地工作，根据环境线索重塑自己，确保大脑能够适应并运行一生。

这种重塑的过程部分是通过激活大脑中基因转录的新程序来完成的。神经元利用这些程序将DNA转化为组装蛋白质的指令。但神经元中的这种活跃转录有一个严重的代价：它使得DNA容易断裂，破坏了制造蛋白质所需的遗传指令，而蛋白质对细胞功能至关重要。

研究人员想了解大脑如何平衡神经元活动。第一作者Elizabeth Pollina表示：“我们想知道，神经元是否采用了特定的机制来减轻这种损伤，使得我们在几十年的生命中能够思考、学习和记忆。”


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发现关键因子

他们将注意力转向了一种转录因子——NPAS4。Michael Greenberg的实验室在2008年发现了NPAS4的功能。NPAS4是一种已知对神经元高度特异性的蛋白质，它调节活动依赖基因的表达，以控制兴奋性神经元对外界刺激的反应抑制。

研究人员在小鼠身上进行了一系列生化和基因组实验。首先，他们确定NPAS4是由21种不同蛋白质组成的复合体的一部分，称为NPAS4 - NuA4。然后，他们发现这种复合物与神经元DNA上有大量损伤的位点结合，并绘制了这些位点的位置。当复合物的组分被灭活时，更多的DNA断裂发生，更少的修复因子被招募。此外，存在复合物的位点比没有复合物的位点积累突变的速度更慢。最后，神经元中缺乏NPAS4-NuA4复合物的小鼠寿命显著缩短。

Pollina表示，这种因子在启动一种新的DNA修复途径中起着关键作用，而这种DNA修复途径可以防止被激活的神经元转录过程中出现的断裂。


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研究意义

现在研究人员已经确定了NPAS4-NuA4复合体，并列出了它的基本功能。这一发现如果在人类身上得到证实，可能会让我们深入了解，随着年龄的增长，神经元是如何以及为什么会分解的，以及我们何时会患上阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病。它还可以帮助科学家制定策略，保护神经元基因组中容易受损的其他区域，或治疗神经元DNA修复出错的疾病。


参考资料：

https://www.news-medical.net/news/20230215/Researchers-identify-a-novel-mechanism-of-DNA-repair-that-occurs-in-neurons.aspx

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05711-7