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腦細胞修改 DNA 機制或致腦退化

2018/11/25 — 9:00

資料圖片,圖片來源:John Paine 片段截圖

資料圖片,圖片來源:John Paine 片段截圖

腦神經細胞與其他細胞不同,擁有自行修改基因的能力。不過,這種自行修改基因卻可能與腦退化症有關。研究已刊於《自然》。

早於 1970 年代,科學家就發現部份細胞能改組和修改 DNA 能力,或稱為體細胞重組 (Somatic Recombination) 。其中,免疫細胞就能將蛋白質部份基因「切割」,由此將不同基因拼合成不同蛋白質。人體的 B 免疫細胞就能以此方法,製作出萬億種抗體。另一種引起科學家注意的,就是腦部神經元。腦部神經元之間差異可相距甚遠,部份腦神經細胞可能有更多 DNA 或者不同的基因排序。不過,神經科學家一直未清楚實際引致基因差異是否真確。

桑福德—伯納姆普利比斯醫學研究院 (Sanford Burnham Prebys Medical Discover Institute) 神經科學家 Jerold Chun 的研究隊伍,就分別析了 6 位生前身體健康的老年人,以及 7 位患有非遺傳腦退化症病人的腦部樣本。研究人員測試細胞內,有沒有帶有不同種類的前類澱粉蛋白質 (Amyloid Precursor Protein) 基因。現時研究一般認為類澱粉蛋白斑是引致腦退化的原因之一,而這種前類澱粉蛋白質則有機會是產生這類蛋白斑的原因。研究人員認為,如果這種基因存在數量比一般情況多,就可能是由體細胞重組引起的現象。

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果然,研究人員發現腦神經細胞帶有過千種的 APP 基因,而且影響基因程度各有不同,包括單影響單一基因座、縮短大量基因,或者將其餘基因纏繞一起。另外,研究人員亦觀察到腦退化症病人比一般人擁有多 6 倍的 APP 基因種類。另外,比起沒有患病的腦部樣本,患者腦部擁有。

Chun 估計,人體腦神胞基因並不是一生不變,而是有機會改變。研究人員認為,此種改變可令腦神經產生到不同種類的 APP 基因,以增加學習、記憶、或其他腦部功能。不過,此機制卻同時會製造出不同的病變基因,增加腦退化風險。研究人員又估計,這種基因重組機制,可能是與一種名為逆轉錄酶 (reverse transcriptase) 的酵素有關。

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腦神經元的逆轉錄酶能利用 APP 基因的 RNA 結構時,產生新的 DNA 複製本。問題是,在此過程中逆轉錄酶可能會出錯,並重新複製一次 RNA 分子,多製造了一個 APP 基因的 DNA 複製品,並返回基因譜中。這個新製作而成的基因就可能已經與原本基因有差別,由此形成新基因種類。因此, Chun 等人亦相信,現時治療 HIV 的雞尾酒療法藥物,可能有助阻止逆轉錄酶活動,控制腦退化症病情。

未有參與研究的波士頓塔夫斯大學病毒學家 John Coffin 接受《科學》訪問時表示,現時尚需更多證據,確認逆轉錄酶與新種類 APP 基因有關。另一位西北大學病毒學家 Steven Wolinsky 亦認為現時仍未有足夠證據顯示,抗 HIV 藥物可助治療腦退化症。

現時 Chun 的團隊未在其他器官的細胞中,發現類似的體細胞重組現象,相信未來需要更多研究,以肯定腦神經是否有體細胞重組機制,而此機制又會不會增加腦退化風險。 

來源:
Science, ‘Landmark study’ shows brain cells revamp their DNA, perhaps sparking Alzheimer’s disease, 21 November 2018

報告:
Lee, M., Siddoway, B., Kaeser., G.E., Segota, I., Rivera, R., Romanow, W.J., ... & Chun, J. (2018). Somatic APP gene recombination in Alzheimer’s disease and normal neurons. Nature, Published Online. DOI: 10.1038/s41586-018-0718-6

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

 

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