徐說生物108期：顛覆教科書：自私基因改寫遺傳定律

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自私的基因改寫遺傳學基本定律

每個人的體細胞內都有23對染色體，一半來自父親，一半來自母親。我們又會將這些染色體通過減數分裂，讓其中一半進入生殖細胞，傳給下一代。依照教科書上的遺傳學經典定律，一對染色體的分配過程是隨機的，每一條染色體都有50%的機會，非常公平。

Michael Lampson教授與他的團隊用無可辯駁的事實證明，一些染色體會「欺騙」細胞，打破平衡，增加自己進入生殖細胞的概率，背後的機制則涉及一類自私的基因元件。

染色體是進入卵子還是進入極體，最終還是要取決於細胞分裂的分子機器——紡錘體。這類結構由大量微管組成。研究人員發現，在顯微鏡下看似公平、對稱分布的微管，在實質上有著很大不同：形成卵子的那一側，微管上的酪氨酸修飾較少；而在形成極體的那一側，酪氨酸化的微管顯著更多。這一奇妙的現象由細胞內的CDC42蛋白所決定。

研究表明染色體上的著絲粒尺寸可能會影響到染色體的「競爭力」，決定哪些染色體能最終進入生殖細胞。有意思的是，著絲粒正是染色體和紡錘體微管相結合的區域。研究人員構建了一種特殊的小鼠模型。它們體內一半染色體的著絲粒較大，一半染色體的著絲粒較小。結果發現，著絲粒較大的染色體更容易得到傳承。

當研究人員們突變掉細胞內的CDC42基因後，生殖細胞對大尺寸著絲粒的偏好消失了。這說明由CDC42負責的紡錘體微管不對稱修飾，的確是染色體展現自私本質的關鍵。

老徐曰：物競天擇，適者生存。在我們出生之前，染色體尚且需要依靠競爭才能上位。作為體內這些染色體的宏觀代言人，我們還好意思不努力嗎？

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挑戰教科書：多巴胺釋放機制新解

來自美國哈佛醫學院的研究人員首次鑒定出大腦中負責精確分泌多巴胺的分子機制。利用超解析度顯微鏡對多巴胺神經元投射的大腦部分進行成像，他們發現多巴胺神經元含有標記活性區存在的蛋白。

研究人員利用遺傳工具剔除幾種活性區蛋白。剔除一種被稱作RIM的特定蛋白幾乎足以完全阻止小鼠中的多巴胺分泌。RIM與包括神經精神障礙和發育障礙在內的一系列疾病存在關聯。但是，剔除另一種活性區蛋白對多巴胺釋放幾乎沒有影響，這表明多巴胺分泌依賴於獨特的分子機制。

老徐曰：多巴胺信號比以前認為的更有組織性。

3

打破教科書：膠質調節呼吸節律

大腦至少有一半由膠質細胞組成，其中大部分是星形膠質細胞。傳統來講，科學家們認為星形膠質細胞是安靜穩定的，默默地支持著它們周圍話多的線狀神經元。但是現在一項NIH的研究表明星形膠質細胞也可能具有它們的話語權。

科學家們檢測了呼吸中心的星形膠質細胞的作用，他們通過基因工程改變了preB?tzinger complex中星形膠質細胞釋放神經遞質的能力。當他們通過減少神經遞質釋放沉默大鼠的星形膠質細胞時，大鼠呼吸節律變慢。相反，如果增加星形膠質細胞釋放神經遞質的速度，呼吸節律則會變快。

老徐曰：這確實改寫了教科書。

4

改寫教科書：p63突變導致AEC

弗布利氏綜合征腎臟受累多出現在20歲後，主要表現為輕度蛋白尿，偶爾伴隨血尿，偶見腎病綜合征和較輕度的高血壓癥狀。一般腎功能減退緩慢，患者常於40歲以後發生終末腎衰，偶爾有嚴重腎小管功能障礙，出現腎性尿崩症、腎小管酸中毒或腎性糖尿。

許多疾病的起因都由基因異常產生的異常蛋白導致。一個著名的基因就是p53，一種腫瘤抑制蛋白。P53失活是癌症發展最初的現象。但是其同源蛋白p63的突變卻會導致一系列綜合征，這些綜合征都伴隨著胚胎髮育缺陷。引起AEC綜合征的突變集中在p63蛋白的兩個區域，且不與其他相關的綜合征突變區重合。因為這些區域是蛋白-蛋白相互作用的區域，因此研究人員推測該疾病是由於蛋白相互作用消失導致。

老徐曰：這項研究為從根本上治療AEC綜合征帶來了新希望。

5

改寫教科書：SNARE協助胞間溝通

SNARE蛋白產生「融合孔（fusion pore）」，從而允許化合物穿過分隔細胞或細胞內亞組分的膜。SNARE在所有含有細胞核的有機體（從很多單細胞生物到植物、動物和人類）中產生融合孔。

Edward Chapman說，「有些人認為細胞是一袋原生質，但實際上它含有數百或數千個細胞器，每個細胞器都被膜包圍著。所有的這些細胞器含有或處理各種物質，並對無數的信號作出反應。為了排出或攝入物質，這些細胞器需要在膜上形成融合孔。」

根據傳統觀點，當融合孔形成時，SNARE蛋白通過一種類似拉鏈的作用鎖定到位，從而產生一種基本上不會關閉的結構。也就是說，它們形成了一種管道，即穿過正常情形下不能夠滲透的膜而形成一種的「啞（dumb）」連接結構。Chapman研究團隊證實這些融合孔的功能更少地類似於管道，而更多地類似於高度複雜的、靈敏的和快速觸發的閥門（每秒能夠打開和關閉數千次）。

老徐曰：這些結果可能會具有廣泛的應用，這是因為融合孔是無處不在的。

6

打破認知：血小板最先參與免疫

根據法國拉維爾大學和魁北克大學中心醫院（CHU）的一項新研究，血小板在我們免疫系統中的作用可能比我們之前認為作用的更加重要。除了在凝血和修復中發揮作用之外，血小板還是免疫系統在病毒、細菌或者過敏源進入血液後最先產生免疫反應的細胞。

老徐曰：可能是因為血小板儲存了血清素——它們儲藏著機體90%的血清素，在某些情況下血小板會釋放這些血清素。

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