科學家終於揪出殺手基因
 
殺手基因 執行死亡任務
 

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藝文村
☉吳益群副教授(國立台灣大學分子與細胞生物學研究所)
細胞「死亡戰爭」揭密
2005.8.22 中國時報

死亡戰爭最終回:科學家終於揪出殺手基因

  令人興奮的是,這些重要的研究結果雖然出自線蟲,卻也可以應用在人類的疾病及醫學上,對人類有了不起的貢獻。因為線蟲和人類基因體之間存有相似性,因此科學家利用先前在線蟲的研究,陸續揪出人類細胞死亡的殺手基因、保鑣基因和收屍基因。這些基因如果出現問題,則是導致一些癌症或退化症的元凶,而我們對這些基因的研究越多,就越能掌握這些疾病的預防、控制與治療。

  看似不起眼的線蟲卻在細胞死亡的領域立下大功,並提供人類醫學研究重要的線索,實在跌破不少人的眼鏡!正如許多的基礎研究,雖不具有立竿見影的應用性或經濟價值,卻在少數人長期的堅持與用心耕耘下大放異彩。

「計畫性細胞死亡」的程式是以基因語言所寫成的。當殺手基因的活性高過保鑣基因,會導致細胞死亡,接著收屍基因開始作用,造成吞噬細胞把死細胞吞入、分解,而將細胞屍體滅跡。

《學者絕地大反攻》線蟲開啟研究細胞死亡大門

人們對計畫性細胞死亡機制的了解必須感謝一種肉眼勉強可見的小蟲-線蟲,學名為Caenorhabditis elegans。因為生物學家布萊納(S ydney Brenner)的慧眼識英雄,才使得線蟲成為研究細胞死亡的利器。

活體證據 驗證基因語言

  在1960年代布萊納被線蟲的簡單之美所吸引,首創使用線蟲研究發育生物學的先例。線蟲全身透明,讓研究者可以在顯微鏡下不需經過染色,就可以將其體內的器官一覽無遺,若使用高倍(如放大一千倍 )顯微鏡,更可以達到單一細胞的解析度,細胞的行為與狀態皆無所遁形。由於線蟲很小,成蟲僅有約一釐米的長度(大約是小指頭寬度的十至十五分之一),僅具有約1,000個體細胞,因此所有的細胞都可以被徹底地觀察研究,相較於人體近二十兆的體細胞,要簡單得太多了!

  之後生物學家薩爾斯頓(John Sulston)加入布萊納實驗室,他以敏銳的觀察力發現線蟲體內總是有固定的細胞會在特定的發育時期消失不見,這些細胞在消失之前會形成鈕釦般的形態,這就是細胞屍體,這是人類第一次目睹生物活體內正常的細胞進行死亡!也是支持「 細胞死亡為正常生理現象」的第一個活體證據!

殺手基因 執行死亡任務

  這些細胞為什麼要進行死亡?如何執行死亡任務?當時與薩爾斯頓共事的生物學家霍維茲(Robert Horvitz)開始對細胞死亡的研究著迷,積極地投入細胞死亡機制的研究。霍維茲後來發現控制細胞死亡的因子是位於染色體上的一些基因,這些基因有不同的功能,分別扮演殺手、保鏢與收屍清道夫的角色。結合布萊納、薩爾斯頓與霍維茲的遠見、耐心與智慧,我們終可一窺「計畫性細胞死亡」的奧秘,而他們卓越的成就也獲得了2002年諾貝爾生理醫學獎的榮耀桂冠。

  保鑣基因的功能就是要保護細胞免於一死,殺手基因則是要置細胞 於死地,而清道夫基因則是要將屍體滅跡。細胞是否死亡是保鑣基因與殺手基因交戰的結果,而真正參戰的則是這些基因的產物-蛋白質。保鑣基因的活性高過殺手基因,細胞可以活下來,相反的當細胞必須死亡的時候,殺手基因的活性就要高過保鑣基因。當交戰結果決定這個細胞得死亡時,殺死細胞的劊子手就是蛋白質水解酵素,這些酵素會水解細胞內的蛋白質,導致細胞崩潰,由負責收屍的清道夫基因來收拾殘局。

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