DNA斷裂示意圖。
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裏面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，而這份研究意味着，大腦的某些機能就會造成這種損害，而且，這時刻都在發生着，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。◇
