Only Perception: 科學家繪製人類銘印基因圖譜

2007-12-01

科學家繪製人類銘印基因圖譜

Scientists map imprinted genes in human genome
http://www.physorg.com/news115623039.html

November 30, 2007

Duke 大學的科學家從整個人類基因組中創造出第一份銘印基因（imprinted gene，http://en.wikipedia.org/wiki/Genomic_imprinting）圖譜，而且他們表示一種今日的 Rosetta 石 -- 人工智慧的一種形態，稱為機器學習（machine learning）-- 是他們成功的關鍵。

這項研究所揭露的銘印基因數量，要比先前所鑑定出來的數量要多出 4 倍，而且成為 Genome Research 12/03 當期的封面故事。

在古典遺傳學中，小孩繼承二份基因拷貝，分別來自於每位父母，而且二者都主動塑造出這個小孩該如何發展。但在所謂的銘印（imprinting）中，二份基因拷貝的其中之一，會被來自於父親或母親的分子指令給關閉。這種將資訊「銘印」在基因上的過程，據信在卵子或精子形成中發生，而且這表示，小孩只會繼承到一份能起作用的基因副本。這就是為何銘印基因會如此容易受到環境壓力的傷害：如果這唯一一份有作用的副本遭損害或遺失，就沒有其他備份能夠協助幫忙了。

許多新確認的銘印基因位於與主要疾病發展有關的基因組區域，這些疾病包含了癌症、糖尿病、自閉症與肥胖。研究者表示，如果這些基因當中的某些稍後證實會在這些失調當中活化，那麼它們很可能提供線索，以獲得更好的疾病預防與管理。

"銘印基因總有幾分神祕難解，部份是因為它們並不遵循傳統的繼承規則，" Randy Jirtle 博士說，Duke 輻射腫瘤學與病理學系的一位遺傳學家，同時也是該研究的資深作者。"我們希望這份新的路線圖將協助我們與其他人，發現更多關於這些基因如何影響我們健康與福祉的資訊。"

需要發現這些基因的科技魔法是 Alexander Hartemink 博士，該研究另一位資深作者，同時也是 Duke 電腦科學系的助教授與 Philippe Luedi，該研究第一作者的責任。他們將來自於二類型基因 -- 其中一種已知被銘印過，另一種據信沒有被銘印 -- 的定序資料餵入電腦中，並要求它發現之間的差異。這種機器學習方法導致一種演算法的產生，它能夠 -- 如同古老的 Rosetta 石一樣 -- 將看起來難以理解的資料解碼，在這個例子中，特定基因序列，被指出包含銘印基因。

"我們無法確切的說，我們認出所有的基因，不過我們想我們發現了大多數，" Hartemink 說。

Jirtle，他研究銘印很多年了，注意到銘印是一種外遺傳事件（epigenetic event），這表示那是可以改變一個基因的功能而不必改變其 DNA 順序的某件事。"銘印基因很容易因我們環境中的壓力而受傷 -- 甚至是我們所吃、所喝與所呼吸的東西。在那之上，外遺傳的改變能被繼承。我不認為人們能夠領悟到這些。"

數年之前，Jirtle 證實 Agouti 鼠-- 通常肥胖且呈現黃色 -- 當餵食某些飲食補充品，就會產生棕色、體重正常的幼鼠。幼鼠的 Agouti 基因，這一個負責皮毛顏色，與母親的相同，然而，它們看起來不一樣。"這就是外移傳學在作用，" Jirtle 說。

據估計，銘印基因佔人類基因組的 1%，而且直到現在只有數十個被確認。然而，利用他們的新「Rosetta 石」，Jirtle 與 Hartemink 發現 156 個新的可能銘印基因，而且在八號染色體上，驗證了 2 個格外有趣的銘印基因，那之前都沒有人發現過。其中之一，KCNK9，在腦中最活躍，已知會導致癌症，且與雙極性情感疾病（bipolar disorder，即躁鬱症）以及伊比力斯症（epilepsy，癲癇）有關連。第二個為 DLGAP2，可能是膀胱惡性腫瘤的抑制基因。

Hartemink 表示，要確認 156 種新基因的實驗，真的會是「讓人印象深刻（imprinted）」 -- 而且不只是統計上的可能候選者 -- 的困難，大部分是因為基因表現會因為組織的不同或是基因開啟與關閉的時機不同而不同。"我們毫無疑問縮小了範圍，不過我們前頭還有一拖拉庫事情等著我們。"

※ 有本書對於銘印基因的描寫很精彩：《自私的基因／The Selfish Gene》，所有生物，包括人類只是基因的奴役？

＊ Computational and experimental identification of novel human imprinted genes
http://www.genome.org/cgi/content/abstract/gr.6584707v1

Philippe P. Luedi, Fred S. Dietrich, Jennifer R. Weidman,
Jason M. Bosko, Randy L. Jirtle, and
Alexander J. Hartemink
Genome Research,
Published online before print November 30, 2007
DOI: 10.1101/gr.6584707