缺乏 Dna2 核酸酶 基因跳躍不受控?

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跳躍基因(transposons,又稱轉位子)是指基因從染色體的特定位置跳躍到另一個位置,甚至從特定染色體跳躍到另一條染色體。最早由美國女科學家 Barbara McClintock 博士於玉米中發現,後來其他科學也陸續在細菌、癌症中,發現同樣的現象。在癌細胞形成過程中,科學家常會發現粒線體 DNA 和核染色體片段跳躍到 DNA 雙股斷裂處(DNA double-strand break, DSB),進而威脅基因體完整性和染色體不穩定性。然而,有關於 DNA 片段跳躍的啟動機制和防止該機制發生的方法,人們卻一無所知。

近日,德州休斯頓貝勒醫學院研究團隊在酵母菌中發現,與 DNA 複製和修復有關的 Dna2 核酸酶(nuclease)缺失時,小片段 DNA 會從整個基因體中跳躍到染色體斷裂處,該研究刊登於《Nature》。該研究結果能進一步釐清在癌症或抗體多樣性中基因跳躍的啟動機制。

該研究團隊發現在 DNA 合成過程中,偶爾會形成單股 DNA,然後通常會被 Dna2 核酸酶消滅。然而,在缺乏 Dna2 核酸酶的突變體中,過度合成的片段就會在 DNA 斷裂時被捕獲,導致基因體的不穩定,對細胞有負面影響。因此他們認為 Dna2 核酸酶能降解過度合成的 DNA 片段,防止它們插入基因體改變遺傳密碼。

此外,他們還進一步分析插入染色體斷裂處的 DNA 片段來自何處,其中有一些小片段基因來自染色體端粒,另一些插入片段 DNA 從整個基因體而來。

該研究的通訊作者 Greg Ira 博士表示,「過去研究顯示,類似的 DNA 片段插入在癌症中很常見。所以我們認為本篇研究所描述的 Dna2 核酸酶缺陷細胞的相關機制很可能會在許多細胞中被觀察到,例如會產生小片段 DNA 並且沒有適當被降解。我們也認為這在癌症中很常見,但也可能發生在缺乏先天免疫系統某些成分的患者中,這些成分負責消除外來 DNA。」

然而,該研究也有可能只是個案,需進一步觀察和研究更多種類的細胞,來驗證該研究成果。

延伸閱讀:解碼癌細胞詐欺術:染色體不穩定啟動癌轉移路徑

參考資料:
1. Nature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0769-8
2. https://www.bcm.edu/news/genetics/without-dna2-genes-jump-into-dna-breaks

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