後天形成特質也會透過基因遺傳,關鍵 RNA 揭祕

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 11 日 12:00 | 分類 生物科技 follow us in feedly

什麼是基因?基因是 DNA 的一部分,包含我們每個人的獨特人體密碼,根據這些特定蛋白質結構編碼製造出來的蛋白質,組成了我們身體的一切結構。



基因從何而來?基因經由精卵攜帶並傳遞至下一代,因此,基因往往與「先天」、「遺傳」等詞彙聯結,但基因只遺傳了來自父母的「先天」特徵嗎?新的研究可能顛覆傳統的基因中心教條──「後天」形成的特徵也有可能遺傳給下一代。

「後天遺傳」的關鍵角色「微 RNA」(micro-RNAs

過去理解的基因就是單純攜帶蛋白質編碼,但目前發現,許多基因並未包含蛋白質編碼,功能則在掌控哪些蛋白質會製造出來,這些新發現的基因就是源自 RNA 的微小片段──微 RNA

RNA 是在 DNA 被一種稱作 RNA 聚合酶的酵素讀取時產生,如果將 DNA 比喻為攜帶蛋白質編碼的基因,那麼 RNA 就像訊息傳遞者,把這些關於蛋白質的計劃內容,帶到製造蛋白質的地方去執行,「微 RNA」在這裡扮演調控角色,藉由與信使 RNA 結合而抑制蛋白質製造。

一般來說,微 RNA 的調節表現受後天環境刺激影響,像是壓力產生時,微 RNA 就會啟動作用,抑制蛋白質生成。

最常引用的例子為二次大戰結束後遭受饑荒的荷蘭人,饑餓的母親生出的孩童,體型如預期中較嬌小,但這些嬌小體格繁衍的後代,卻發現延續了嬌小身形的特徵。也就是說,像這樣後天對壓力的反應,遺傳到了後代,這項發現同時也在動物實驗得到驗證。

像這樣的遺傳現象,稱之為世代間的外遺傳(intergenerational epigenesis),是由進入受精卵、源自父母的「微 RNA」造成的結果。

微 RNA 如何進入遺傳鏈?

就細胞結構來說,微 RNA 可能存在卵子中,但至今微 RNA 究竟如何進入卵子還是一個謎。對大小相對小得多的精子,可能連置放微 RNA 的空間都沒有,那麼微 RNA 是如何進入遺傳過程的?

今年 2 月的美國科學促進年會(American Association for the Advancement of Science),賓州大學研究員 Jennifer Chan 帶來了突破性發現,這項發現顯示,微 RNA 不需進入精子,可藉由附在精子上,達到進入受精卵的目標。Chan 將研究重點放在雄性生殖管道,發現副睪(精子成熟的地方)內的囊泡含有大量微 RNA

接著 Jennifer Chan 在小鼠身上進行試驗,小鼠很容易感到壓力,就連放置新物件到小鼠居住的環境中,也會引發小鼠壓力而改變體內賀爾蒙濃度。試驗對雄性小鼠施加壓力,研究結果發現其後代對壓力的反應會較一般小鼠來得低。接下來,研究者將副睪採樣的微 RNA 注射至老鼠卵中,果然產下的小鼠成年後也有較少的壓力反應。這項研究告訴我們什麼?受到壓力的雄鼠,後代發現了較高的抗壓力。

除了小鼠試驗,以 Tracy Bale 為首的研究團隊目前也在進行一項以人為對象的研究。25 位男性學生定期提供精液樣本,定期追蹤其中的微 RNA,再將這些微 RNA 與壓力源進行對比分析,目前研究尚在進行。

微 RNA 與人格異常的關聯

微 RNA 影響的不止是對壓力的反應,目前亦有許多微 RNA 與精神分裂症(schizophrenia)、雙重人格(bipolar)相關的研究假設。

Paul Kenny 的假設來自精神分裂患者屍體解剖後的結果,研究發現這些患者腦中的 3 種微 RNAMiR206MiR132 及 MiR133b)含量較高,Kenny 及 Molly Heyer 進一步檢視這些微 RNA 對調控腦細胞的小白蛋白中間神經元(parvalbumin interneurons)會有什麼影響,這些神經元認為與精神分裂症相關。

研究團隊選定了其中一種微 RNA──MiR206 進行深入研究,他們首先培養關閉小白蛋白中間神經元中 MiR206 基因品系的小鼠,然後進行一系列試驗觀察這些小鼠的行為反應,這項試驗的假設是:關閉此種微 RNA 的表現,能夠保護小鼠免於發展出精神分裂症狀。然而,試驗結果與預期完全相反。

第一個試驗是讓小鼠承受突然的巨大聲響,這樣的噪音不論對人或任何動物都會造成驚嚇。一般人如果在這種巨大噪音前先聽到較輕微的聲響,之後對巨大噪音的反應就會較小,而這樣的反應不會發生在精神分裂患者;然而出乎意料之外,對噪音的適應未發生在去除 MiR206 的小鼠身上。

精神分裂患者經常會有過度反應的驚嚇恐懼程度,在 Kenny 及 Heyer 的第二個試驗中,觀察結果再次超出預期,去除 MiR206 的小鼠有不尋常的恐懼反應。

研究團隊準備一個箱子,裡面裝有兩盞燈,每盞燈下有一個開關,一開始,其中一個燈會先閃一下,經過一段停頓後,兩盞燈都會打開並持續明亮,如果小鼠按下不是一開始閃爍的燈下開關,就會獲得一些食物,研究發現去除 MiR206 的小鼠較正常小鼠獲得較少食物,這樣的結果並不是因為牠們按錯開關,而是大部分時間都躲在沒有燈的角落,顯得異常恐懼。

目前我們還無法完全了解這些研究背後的意義,或許針對另外兩種微 RNA 的試驗能帶來更多解釋,不論如何,Kenny 及 Chan 的研究都揭露我們對基因未知的一面,並往前跨進了一步。

(首圖來源:NHGRI