2013年6月11日 星期二

基因表現的調控 摘要The Control of Gene Expression

探索生命《生物學》97
1.        雖然多細胞有機體的每一個細胞內的基因資訊是一樣的,但是體內每一個細胞的結構與功能都不同。大約只有1%的基因材料是任何時候都會表現出來。許多種調控機制決定細胞何時以及如何對它的基因下指令。
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2.        在細菌的世界,雅各與莫諾模型歸納出染色體有三個地方與調控結構基因structural genes轉錄有關,分別是調節基因regulator gene、操縱子operator促進子promoter
3.        調節基因的密碼提供合成抑制蛋白的資訊。當抑制蛋白DNA上的操縱子區域結合,它擋住DNA促進子提供給RNA聚合酶鍵結的位置,因此阻止了結構基因被轉錄。
4.        誘導型調控系統,特定酵素的基因平常是沒有活性的,一直到誘導物質出現才被活化開啟。
5.        在(細胞核內)負向調控系統 negative control system,抑制蛋白與DNA上的操縱子區域結合關閉轉錄;乳醣操縱組 lac operon就是一種負向調控系統。當抑制蛋白失去活性,操縱子打開,細胞自然開始進行轉錄與轉譯。
6.        正向調控系統positive control systems,蛋白質與DNA上的啟動子結合,扮演促成轉錄的活化子的角色。
7.        真核細胞的基因表現調控遠比原核細胞複雜。真核細胞擁有的官能性基因也比原核細胞多,大部分的真核細胞的DNA含有內插子(廢棄基因),轉錄之後的RNA必須先移除內插子才能送去轉譯。
8.        真核染色體大約有10%的基因材料由重覆數千次的鹼基序列組成,形成高度重複性的DNA highly repetitive DNA;其他20%是重複數百次的鹼基序列,稱為中度重複性的DNA moderately repetitive DNA;剩下的70%為單拷貝的鹼基序列。
9.        真核細胞大約只有1%的基因是同時被轉錄與轉譯的,原核細胞則有90%的基因是同時被轉錄與轉譯的。
10.     在真核細胞最重要的基因控制方式是「基因轉錄的調控」,調控過程涉及mRNA用不同比例裁切與保留,以及對DNA以不同比例轉譯出mRNA
11.     染色體上的真染色質euchromatic(活化基因)和異染色質heterochromatic(非活化基因)區域,燈刷染色體lambrush chromosomes染色體鬆散區chromosomal puffs,這些都是染色體上的基因進行各種不同活動的明證。
12.     真核細胞的基因活化過程可能是,先鬆開一段緊緊纏繞在核仁的DNA,然後在鬆脫的DNA線圈上,活化特定的一個或一組基因。
13.     胞嘧啶甲基化的程度會決定,哪些基因是活化的,哪些基因是非活化的;活化的哺乳動物基因,它們的甲基化胞嘧啶的數量,少於,非活性的基因。
14.     如果沒有轉錄因子蛋白transcription factor proteins,真核細胞無法進行轉錄;轉錄因子幫助RNA聚合酶,咬住DNA啟動子區域promoter region
15.     DNA啟動子一段距離的是強化子區域enhancer regions;與強化子結合的蛋白質,能夠協助轉錄因子啟動子結合,進而幫助RNA聚合酶DNA啟動子結合,不過某些情況是,強化子的蛋白質會阻止RNA聚合酶與DNA結合。
16.     後轉錄調控包括mRNA的加工、mRNA不同比例的斷裂,以及各種不同比例的轉錄,在基因調控機制中扮演十分重要的角色。
17.     癌細胞最重要的特徵是它們無節制地生長,造成癌細胞入侵周遭組織或轉移metastasis,擴散到身體其他地方;要轉一到其他地方,癌細胞必須從腫瘤破裂而出,挖穿血管壁或淋巴管壁,旅行到某個遙遠的位置,再穿越管壁到新環境發展,然後刺激血管形成供給營養,繁殖成新腫瘤。
18.     癌細胞突變的比例很高,這些癌細胞具有特殊的染色體重組現象,例如易位translocations刪除deletions微小染色體minute chromosomes
19.     與正常細胞相比,癌細胞長得比較圓滾滾,並且癌細胞比正常細胞更會移動,當癌細胞與周遭細胞接觸時,它失去正常細胞應有的抑制分裂能力或者固定分裂數量的控制能力。
20.     癌細胞表面不正常,無法分辨哪些細胞與自己是同類,正常細胞能夠分辨哪些細胞與自己同類。基本上,癌細胞一長出來,身體的免疫系統就會摧毀掉它,免疫系統應該會摧毀大部分的癌細胞。
21.     一個正常的細胞要變成癌細胞需要許多獨立的基因事件。因此,正常細胞從第一個突變事件開始,逐漸發展成癌細胞,期間歷經數年。
22.     致癌基因oncogenes,就是會造成癌症的基因。有些致癌基因是病毒感染細胞造成的;其他致癌基因是由某些正常基因(原致癌基因proto-oncogenes)經過基因改變而成為致癌基因。要將一個正常細胞轉變成癌細胞可能需要1個以上活化的致癌基因。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology

2013年6月4日 星期二

致癌基因最早發現於病毒 Cancer-Causing Genes Were First Observed in Viruses

探索生命《生物學》96
1.        導致癌症的基因是指將正常細胞轉變成惡性癌細胞的基因稱為致癌基因oncogenes。這些致癌基因,最早是在某些導致動物癌症的病毒身上發現的。
F. CHOPIN - Etudes op. 10 & 25 + encores - V. Gryaznov. 

2.        一般認為,這些致癌基因是由某些正常基因而來,動物身體有些基因是用來刺激繁衍增殖的,稱為原致癌基因proto-oncogenes,突變之後變成致癌基因
3.        1970年起,科學界陸續發現大約二打(24種)會感染各種鳥類和哺乳類(不包括人類)的致癌病毒,每一種病毒身上都有一個致癌基因,長得跟宿主的原致癌基因幾乎一樣。
4.        致癌基因,就是必然會導致癌症的基因;然而,原致癌基因則是有潛力會導致癌症的基因,原致癌基因必須經歷改變之後才會變成致癌基因。
5.        病毒型癌症十分容易研究,但是人類已知的癌症中,只有少數是病毒引發的。並非所有的致癌基因都來自於病毒,有些原致癌基因,因為突變或轉移位置的關係,而變質成致癌基因。
6.        至今人類細胞已經發現60個原致癌基因,每一個原致癌基因都有潛力轉變成致癌基因。雖然大部分正常細胞的原致癌基因功能尚未被瞭解,一般認為,原致癌基因與調控細胞正常成長與繁衍有關。
7.        證據顯示,必須要有一個以上的致癌基因活化,才能將正常細胞轉變成惡性癌細胞。那麼,到底致癌基因的是怎麼起作用的呢?
8.        近期的研究指出,從細胞外的環境,到細胞核內的染色體,資訊流動過程中的任何一個點,致癌基因都能發揮它的作用。
9.        有些致癌基因的功能是提高生長因子的濃度,生長因子是刺激細胞增殖的分子(荷爾蒙)。
10.     其他致癌因子改變細胞膜接收器對成長因子、其他化學訊號、接觸抑制contact inhibition、表面黏著surface adhesion的敏感度
11.     另外一些致癌因子干擾細胞內的訊號溝通路徑,例如干擾接收器與酵素或接收器與結合蛋白之間的資訊溝通;最後,有些致癌因子改變與DNA結合的分子,這些分子負責調控某些基因的轉錄或複製。
12.     原致癌基因突變並非造成細胞變成癌細胞的唯一路徑;抑制癌症的基因tumor-suppressor genes缺失或失去活性也會導致癌症。抑癌基因會抑制細胞過度成長與分裂;這種基因突變會破壞它的活性,使得抑癌基因無法發揮功能限制細胞生長。

環境因素也與癌細胞繁衍有關Environmental Agents Are Related to the Development of Cancer
13.     遺傳、病毒、突變和基因轉移……等許多因素都會引發癌症;有許多環境因素都會造成突變或基因轉移,例如輻射或致癌化學物質。流行病學家統計大約70%80%的癌症與環境因素與生活方式有關
14.     但是要將特定的化學物質或輻射源與人類癌症建立關係,並且衡量每一種物質或輻射的危險性是非常困難的。並不是每一種突變都發在致癌的位置,即使在致癌的位置發生一個突變,也不一定會啟動發展成癌細胞的步驟。
15.     同一個細胞,至少需要二個與致癌有關的基因事件,才能啟動致癌演變程序。在細胞暴露於致癌物質或輻射之後許多年,細胞可能才會進入到變成癌細胞的最後一個步驟。
16.     無法嚴格地界定出致癌因子與特定癌細胞之間的因果關係,使我們難以對致癌因素加以定義,並且衡量它們的影響性,連最明顯的致癌因素都無法做到。
17.     舉例來說,雖然統計數據顯示,吸煙與美國每年150,000癌症死亡人數與25%心臟病致死有關,但是煙草公司的報告否認吸煙與癌症之間的關係。
18.     雖然煙草公司同意,吸煙者罹患肺癌與心臟病的機率高於非吸煙者,可是他們指出許多吸煙者從未罹患肺癌,而有些從不吸煙者卻罹患了肺癌。
19.     不過,如果瞭解清楚致癌基因的運作與演變成癌細胞的可能性,就會知道煙草公司的爭辯是立論薄弱的。
20.     造成肺癌所需的數個基因事件,必須都被香菸的尼古丁活化,並且每個致癌基因必須在同一個細胞的正確位置改變,所以即使經常地暴露在致癌的香菸裡,有些吸煙者還是可以逃過一劫。
21.     同時,環境中還存在其他造成基因突變的來源,例如輻射,雖然這些因素的傷害性比尼古丁弱,它們有時候也會造成非吸煙者的罹患癌症。
22.     測量這些化學物質和輻射物的潛在致癌性的其中一種方法是,將動物暴露在這些潛在致癌物下,測量造成癌症所需的劑量。這種測量方式十分昂貴而且耗時,此外,它是建立在,假設導致老鼠離癌的因素,同樣也會導致人類罹患癌症。
23.     另一種檢驗方法是艾姆氏實驗Ames test艾姆氏實驗將細菌放置在潛在的致癌因子下,觀察細菌是否發生基因突變,這個實驗建立在一個假設前提上,導致大腸桿菌基因E. coli突變的致癌因子,也會導致人類基因突變。
24.     艾姆氏實驗分辨出許多潛在的致癌因子。染髮劑和化妝品的煤焦油成分coal-tar components、六氯酚肥皂、兒童睡衣的防燃劑、木柴燃燒的煙、某些蔬菜和香料內含的化學物質,這些還只是是艾姆氏實驗分辨出來的潛在致癌因子的一部份。動物實驗顯示,以上這些物質確實有致癌性。
25.     雖然我們可以預先知道基因突變有致癌性,但是要避免基因突變是不可能的。比較可行的作法是,避免自己暴露在有害物質—香菸、煤渣—之下,仔細衡量可能付出的代價,趨吉避凶,減低致癌的危險性。
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology
參考資料: