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后天形成特质也会透过基因遗传,关键 RNA 揭祕

  日期:2018-03-12  来源:科技新报



过去理解的基因就是单纯携带蛋白质编码,但目前发现,许多基因并未包含蛋白质编码,功能则在掌控哪些蛋白质会制造出来,这些新发现的基因就是源自 RNA 的微小片段──微 RNA。


什么是基因?基因是 DNA 的一部分,包含我们每个人的独特人体密码,根据这些特定蛋白质结构编码制造出来的蛋白质,组成了我们身体的一切结构。


基因从何而来?基因经由精卵携带并传递至下一代,因此,基因往往与“先天”、“遗传”等词汇联结,但基因只遗传了来自父母的“先天”特征吗?新的研究可能颠覆传统的基因中心教条──“后天”形成的特征也有可能遗传给下一代。


“后天遗传”的关键角色“微 RNA”(micro-RNAs)


过去理解的基因就是单纯携带蛋白质编码,但目前发现,许多基因并未包含蛋白质编码,功能则在掌控哪些蛋白质会制造出来,这些新发现的基因就是源自 RNA 的微小片段──微 RNA。


RNA 是在 DNA 被一种称作 RNA 聚合酶的酵素读取时产生,如果将 DNA 比喻为携带蛋白质编码的基因,那么 RNA 就像讯息传递者,把这些关于蛋白质的计划内容,带到制造蛋白质的地方去执行,“微 RNA”在这里扮演调控角色,借由与信使 RNA 结合而抑制蛋白质制造。


一般来说,微 RNA 的调节表现受后天环境刺激影响,像是压力产生时,微 RNA 就会启动作用,抑制蛋白质生成。


最常引用的例子为二次大战结束后遭受饥荒的荷兰人,饥饿的母亲生出的孩童,体型如预期中较娇小,但这些娇小体格繁衍的后代,却发现延续了娇小身形的特征。也就是说,像这样后天对压力的反应,遗传到了后代,这项发现同时也在动物实验得到验证。


像这样的遗传现象,称之为世代间的外遗传(intergenerational epigenesis),是由进入受精卵、源自父母的“微 RNA”造成的结果。


微 RNA 如何进入遗传链?


就细胞结构来说,微 RNA 可能存在卵子中,但至今微 RNA 究竟如何进入卵子还是一个谜。对大小相对小得多的精子,可能连置放微 RNA 的空间都没有,那么微 RNA 是如何进入遗传过程的?


今年 2 月的美国科学促进年会(American Association for the Advancement of Science),宾州大学研究员 Jennifer Chan 带来了突破性发现,这项发现显示,微 RNA 不需进入精子,可借由附在精子上,达到进入受精卵的目标。Chan 将研究重点放在雄性生殖管道,发现副睾(精子成熟的地方)内的囊泡含有大量微 RNA。


接着 Jennifer Chan 在小鼠身上进行试验,小鼠很容易感到压力,就连放置新物件到小鼠居住的环境中,也会引发小鼠压力而改变体内贺尔蒙浓度。试验对雄性小鼠施加压力,研究结果发现其后代对压力的反应会较一般小鼠来得低。接下来,研究者将副睾采样的微 RNA 注射至老鼠卵中,果然产下的小鼠成年后也有较少的压力反应。这项研究告诉我们什么?受到压力的雄鼠,后代发现了较高的抗压力。


除了小鼠试验,以 Tracy Bale 为首的研究团队目前也在进行一项以人为对象的研究。25 位男性学生定期提供精液样本,定期追踪其中的微 RNA,再将这些微 RNA 与压力源进行对比分析,目前研究尚在进行。


微 RNA 与人格异常的关联


微 RNA 影响的不止是对压力的反应,目前亦有许多微 RNA 与精神分裂症(schizophrenia)、双重人格(bipolar)相关的研究假设。


Paul Kenny 的假设来自精神分裂患者尸体解剖后的结果,研究发现这些患者脑中的 3 种微 RNA(MiR206、MiR132 及 MiR133b)含量较高,Kenny 及 Molly Heyer 进一步检视这些微 RNA 对调控脑细胞的小白蛋白中间神经元(parvalbumin interneurons)会有什么影响,这些神经元认为与精神分裂症相关。


研究团队选定了其中一种微 RNA──MiR206 进行深入研究,他们首先培养关闭小白蛋白中间神经元中 MiR206 基因品系的小鼠,然后进行一系列试验观察这些小鼠的行为反应,这项试验的假设是:关闭此种微 RNA 的表现,能够保护小鼠免于发展出精神分裂症状。然而,试验结果与预期完全相反。


第一个试验是让小鼠承受突然的巨大声响,这样的噪音不论对人或任何动物都会造成惊吓。一般人如果在这种巨大噪音前先听到较轻微的声响,之后对巨大噪音的反应就会较小,而这样的反应不会发生在精神分裂患者;然而出乎意料之外,对噪音的适应未发生在去除 MiR206 的小鼠身上。


精神分裂患者经常会有过度反应的惊吓恐惧程度,在 Kenny 及 Heyer 的第二个试验中,观察结果再次超出预期,去除 MiR206 的小鼠有不寻常的恐惧反应。


研究团队准备一个箱子,里面装有两盏灯,每盏灯下有一个开关,一开始,其中一个灯会先闪一下,经过一段停顿后,两盏灯都会打开并持续明亮,如果小鼠按下不是一开始闪烁的灯下开关,就会获得一些食物,研究发现去除 MiR206 的小鼠较正常小鼠获得较少食物,这样的结果并不是因为它们按错开关,而是大部分时间都躲在没有灯的角落,显得异常恐惧。


目前我们还无法完全了解这些研究背后的意义,或许针对另外两种微 RNA 的试验能带来更多解释,不论如何,Kenny 及 Chan 的研究都揭露我们对基因未知的一面,并往前跨进了一步。



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