跳跃基因(跳跃子-转座子)-它的原理与基因治疗之应用


跳跃基因(transposons, transposable elements, TE),是一段可以从染色体DNA上单独複製或断裂下来,其环化后再插入另一位点,因而影响插入位点上的基因调控。根据其机制不同分成两类:「複製-贴上」的第一型跳跃基因(“copy and paste”, class I TEs),与「剪下-贴上」的第二型跳跃基因(“cut and paste”, class II TEs)。

跳跃基因(跳跃子/转座子)-它的原理与基因治疗之应用

芭芭拉.麦克林托克(Barbara McClintock)

第一个被发现的跳跃基因来自玉米(Zea mays),是由芭芭拉.麦克林托克(Barbara McClintock)于1948年发现的,并以此研究于1983年获得诺贝尔奖。她观察到玉米基因体上的DNA序列Ds与Ac,能造成染色体DNA的插入(insertion)、删除(deletion)与转位(translocation),这些基因体上的改变会造成玉米粒的颜色变化,该机制被称为Ac/Ds系统(Ac/Ds system),是属第二型跳跃基因。

这些能够进行自我複製,并能在生物染色体间移动的遗传物质,具有扰乱被介入基因的组成结构之潜能,被认为是导致生物基因发生渐变(或是突变),最终促使生物进化的原因之一。像酵母菌这样的生物约有几十种跳跃基因,而哺乳类动物体内含有几十万种的跳跃基因,因此很难判断细胞内是否发生了基因跳跃,更难推论发生在何时、何处。

有关跳跃基因的演化来源,也是科学家们很感兴趣的话题。究竟它是单一起源然后横向传播到其他的物种中,还是在地球生物史上曾多次地崛起,目前没有定论。儘管一些跳跃基因对宿主是有益的,但多数仍被视为是自私的「DNA寄生虫」,它的生物特性与病毒有些相像,为数不少的病毒与跳跃基因的核酸结构和生化特性有许多相似之处,使得不少研究认为这两者存在着演化上的关联,可能有共同的祖先。

大部分的时间,人类的跳跃基因处于沉寂状态,是由于其所包含的跳跃指令很难被细胞所接受。因此,研究人员把这些跳跃基因的指令换成一些细胞较容易接收的指令,从而製造出一种非常活跃的人造跳跃基因。研究发现,哺乳动物的细胞很容易接受这种人造跳跃基因,其跳跃的次数是自然跳跃基因的200倍。

基因治疗是能让新技术闯出名号的领域。目前,在美国大约进行着140项基因治疗试验,多数项目是针对致死性疾病,如癌症。要想将一个基因从A位点转移到B位点,研究人员和基因治疗专家目前只有两个选择:一是使用一种能有效地将特定基因送到细胞中的病毒;另一是质粒,一种经加工的DNA环,可以达到一样的效果。两个选择各有其缺点:病毒是感染性的,而且某些类型的病毒会于偶然下激活致癌基因,因而增加罹癌风险;质粒虽然不会有这种风险,但其却不能在细胞中有效率地複製。

随着跳跃基因的深入研究,利用跳跃基因这种全新的、非病毒性的基因传递系统,可提供我们比病毒更安全、比质粒更有效的替代技术。经研究证实,以跳跃基因为载体的技术能够将特定基因插入没有致癌基因的基因组区域;与质粒相比,跳跃基因技术能够更有效地将特定基因引入动物细胞,且该特定基因能稳定的表现。


参考资料

上一篇:
下一篇: