尼安德塔人和現代人之間的基因差異,讓現代人較易出現自閉症

作者 | 發布日期 2016 年 08 月 14 日 0:00 | 分類 科技教育 follow us in feedly

以來自華盛頓大學醫學院基因科學家 Evan Eichler 為首組成的跨國研究團隊,近日發表於科學期刊 Nature 的研究指出,現代人與尼安德塔人(Neanderthals) 基因之間最知名的結構差異處和自閉症竟然有關係,這項差異也使得現代人比較容易產生自閉症。



這個基因結構差異包含了 28 個基因,位於人類 DNA 的第 16 條染色體上。中間的基因片段被兩側不斷重複的 DNA 序列夾在中間,而這種重複的 DNA 序列被稱為拷貝數變異(copy number variants, CNV),在人類基因體上很常見,雖然大多數的 CNV 對人類健康不會造成不良影響,但有些 CNV 卻會導致疾病。

研究團隊所關注的這段 DNA 的兩側都帶有特定的重複序列,也就代表了這些序列重複次數的差異性很大。就像要求某人朗讀一份段落內某個詞重複很多次的文章,過程中很容易忘記自己念到哪裡,進而出現念錯或跳行的狀況,因此,這些重複序列會讓細胞在分裂的過程中序列更容易出現刪減等變異。因為序列出現錯誤而產生的變異,進而造成這個片段中的 28 個基因缺失,就可能導致自閉症。

研究團隊將這個位於第 16 條染色體的基因結構稱為 16p11.2,而 16p11.2 的歷史最早可追溯到 28 萬年前,也就是現代人剛要出現之前。由於這段基因沒有在黑猩猩、大猩猩或紅毛猩猩等靈長類動物體內出現,甚至在現代人的近親尼安德塔人及丹尼索瓦人(Denisovans)體內也不存在,因此推論這個基因是現代人出現之後才產生的基因變異。不過儘管 16p11.2 是一段相對較新的基因序列,但在世界各地的人類基因中都能找到。

 

快速演化增加基因變異次數

研究團隊中身為基因科學教授以及霍華德休斯醫學研究所研究者的共同作者 Evan Eichler 表示,人類基因組中大多數的基因都已經存在數百萬年之久,但 16p11.2 這段結構改變的速度很快。由於 CNV 片段大範圍的分布在 16p11.2 基因中,這些重複的段落在帶來優勢的同時,也伴隨著基因缺失風險的增加,使得人類的後代患有自閉症的機率越來越高。

儘管如此,這些 CNV 片段在人類進化過程中仍扮演著重要的角色,因為其實人類基因比其他物種相對來得穩定,且具有較高的一致性,但 CNV 片段能夠使人類的演化速度加快。如果我們隨機找來兩隻黑猩猩以及兩個人類,比對他們的基因之後就會發現,兩隻黑猩猩之間的基因差異大約是兩個人類之間差異的兩倍之多;如果再找兩隻紅毛猩猩做一樣的實驗,兩隻紅毛猩猩之間的基因差異更多,大約是人類的 3 倍。

而人類基因中含有的 CNV 結構能夠使得人類有辦法在相對短的時間內重塑我們的基因組,在一般狀況下,基因要經歷這些改變所需的時間很長,但人類的基因組能在短時間內經歷其他狀況下大約需要數億年才能達到的改變程度。在快速演化的同時,也會增加基因變異及各種錯誤出現的次數,使得人類患有自閉症等神經精神(neuropsychiatric)失調所導致的相關疾病。

CNV 中的重複序列能夠產生突變,還能此得到新的有益功能。在這項研究中的另一個重要角色是一段位於 16p11.2 的 CNV 序列中,被稱為 BOLA2 的基因,這段序列在 16p11.2 兩側都重複很多次。BOLA2 基因所轉譯出的蛋白質會和另一個叫做 glutaredoxin 3(谷氧還蛋白的一種,屬於氧化還原酶)的蛋白質互相結合,在更早之前的研究中就指出,這兩種蛋白質的結合,能讓細胞更有效率的捕捉鐵離子,並且讓需要鐵離子的其他蛋白質得以使用。

早期人類以這些特殊基因結構獲得演化上的優勢,縱使這樣的優勢伴隨著後代帶有自閉症風險增加,演化快速的優勢仍然大過於缺點。BOLA2 基因的 CNV 特性使它容易產生出新的蛋白質,譬如兩段 BOLA2 基因和另一個其他基因結合就能產生具有其他特性的新蛋白質,而這些新蛋白質可能就是現代人基因和尼安德塔人等其他古人種開始產生基因分歧的全新基因。這些新蛋白質真正的功能與角色還有待研究,Evan Eichler 表示,雖然研究團隊目前對此還沒有太多線索,但他們之後將會和其他研究團隊合作,致力於找出這些蛋白質真正的功能。

(首圖來源:達志影像)

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