1. 山中將他創造的這群細胞命名為「誘導型超多能分化幹細胞」(induced pluripotent stem cells),即「iPS細胞」。
2.有些密碼完全不對應胺基酸,而是充作訊號,告訴胞內機器某蛋白質序列結束、到此為止。因此這些密碼被稱作「終止密碼子」(stop codon)。
3.DNA甲基化就是添加一個甲基。絕大多數的生物體都會發生DNA甲基化,藉由DNMT1、DNMT3A或DNMT3B三種酵素完成。DNMT是「DNA甲基轉移酶」(DNA methyltransferase)。
4.大多時候,這些酵素只會把甲基加在後頭緊跟鳥糞嘌呤G的胞嘧啶上。這種結構稱為「CpG雙核苷酸模組」。「CpG雙核苷酸甲基化」屬於表觀遺傳調控機制,亦稱作「表觀遺傳調控標記」。
5.假如僅有單股CpG模組甲基化,DNMT1會立刻辨識出來,它會把遺失/缺少的甲基放回新拷貝的對應股上,因此子代細胞的DNA甲基化模組會跟親代細胞一模一樣。
6.組蛋白八聚體(histone octamer)H2A、H2B、H3、H4每種各兩個,被DNA緊緊捆起,組成染色體的基本單位「核小體」(nucleosome)。
7.DNA甲基化非常穩定。一旦甲基化,往後大多傾向甲基化狀態。這正是表觀遺傳調控何以讓神經細胞始終為神經細胞等的原因。雖然甲基可以被移除,但通常只有在非常特殊的情況下才會發生。
8.與DNA甲基化相比,絕大多數的組蛋白修飾有彈性多了。某基因的某顆組蛋白能加上特定調控標記,也能移除,之後還能再接回來,一切依細胞對核外刺激的反應而定。例如胰島素訊號之於肌肉細胞,或雌激素之於乳腺細胞。
9.懷孕初期營養不良的母親產下的孩子,他在成年後的肥胖機率高出正常值。母親在懷孕初期嚴重營養不良,孩子會比一般人更容易出現知覺失調症。
10.懷孕期間過量飲酒的母親所產下的孩童身上,因為表觀遺傳規劃機制受到干擾,或多或少會使身體衰弱、或出現屬於胎兒酒精綜合症的某些終生症狀。
11.就在精子突入卵子之後,幾乎是立刻發生以下戲劇性變化:雄性原核仁的DNA甲基化標記幾乎盡數褪進,速度快得不可思議;雌性原核仁也是,只是過程緩慢許多。也就是精卵雙方所帶的表觀遺傳記憶絕大多數都從基因體抹除了,這將受精卵放回沃丁頓表觀遺傳地貌圖的最頂點。
12.銘印演化至今已有一億五千萬年歷史,而且僅有胎盤哺乳動物才有此現象(非全部,大多數)。目前並未在孤雌生殖物種上發現銘印現象。
13.銘印區成功閃過精卵融合後的重新編排過程,否則DNA上的甲基調控標記一定會被摘掉、細胞也無從釐清哪份染色體拷貝源自父母的哪一方。
14.當複製動物透過交配產下子代,子代通常會比原本的複製動物健康許多;理由是原始生殖細胞的重新編排效應。
15.有科學家認為,輔助生育技術導致的銘印異常率有增加的趨勢,這也許意味「體外培養受精卵」會打亂細胞控制重新編排所精心安排的步驟,尤其是銘印區的部分。這論點目前尚無共識。
16.正常女性細胞只表現一條X染色體的基因,另一條X被「關閉」了。X染色體不活化發生在發育超早期,胚胎內細胞團的超多能分化型細胞開始分化、進入不同細胞系的階段。不活化的X染色體平均一半來自母親、一半來自父親。一旦關閉一條X,該細胞的所有子細胞的該X終生處於關閉狀態。
17.除了X染不活化,長鏈ncRNA也是銘印作用不可缺少的一員。許多銘印區都有一區段編載長鏈ncRNA密碼,讓週遭基因全部「閉上嘴巴」。
18.ncRNA如何加強基因表現,其精確機制目前仍不得而知。
19.miRNA絕大多數似乎都扮演基因轉錄後調節員的角色。它們不會阻止mRNA形成,而是調整mRNA的行為模式。
20.甲基化的DNA和5-羥甲基DNA大多區別不易,意即許多提到DNA甲基化程度降低的論文,其中有些很可能偵測到的是5-羥甲基DNA增加,只是研究人員不曉得而已。
21.研究數據確實與表觀遺傳調控導致遲發型疾病的模式相吻合,但仍有詮釋上的極限,這點我們應謹記在心。
22.如果端粒太短,細胞傾向停工(死亡);如果端粒太長,可能提高不同染色體彼此相連、做出新型促癌基因的風險。
23. 山中因子恰恰能誘導iPS細胞大量表現端粒酶。但我們無法利用端粒酶反轉或減緩老化,誘發癌症的機率實在太高。
24.若延長餵食蜂王漿的日數,蜜蜂幼蟲將成長為蜂后。若不延長餵食蜂王漿的日數,但以實驗方式降低Dnmt3基因表現,也能見到同樣的效應。Dnmt3蛋白負責將甲基接上DNA。(DNA甲基轉移酶)。「蜂王漿會抑制DNA甲基轉移酶」,但現在還無人能透過實驗證實這一點。因此蜂王漿對DNA甲基化的作用有可能透過間接方式完成。
25.目前幾乎沒多少有力證據支持蜂王漿確實有益人體健康。
26.「春化作用」意指植物必須歷經一段長時間寒冷期(通常是冬天),才能開花,這種情況在一年或多年生植物相當普遍。
心得
表觀遺傳是繼DNA遺傳後最重要的遺傳學發現,其能解釋為何細胞會分化成不同功能的細胞,且一輩子就維持那種功能。另外很重要的,人的各種功能或疾病,常常被說是環境會影響,例如小時候多跳高容易長高,那這個「環境影響」,到底指的是什麼?現在知道指的就是表觀遺傳。在胚胎發育早期(最常見)到終生,DNA表現都有可能受到表觀遺傳的修飾而改變。最強、永久的修飾是C上加甲基,幾乎是永久的停用其後的基因。不過生物也不是這麼單純,看起來是有些固定的修飾模式,後面的基因才會正常作用,然後基因前的CpG組愈多甲基化,基因愈受抑制。另種常見表觀遺傳修飾是組蛋白乙醯化,一樣可抑制纏繞在組蛋白上的基因。
實驗人員將受精卵的細胞核拿掉,用兩個精子核、或兩個卵子核,不管是XX或XY組合,永遠無法產生正常的胚胎。這也與表觀遺傳有關。所謂「銘印」是指染色體上會帶有父方或母方的標記,一定要驗證過是父母雙方各的半套核,才能融合成正常受精卵。而這個驗證就是男女雙方會有不同的表觀型態。我想哪種是男型態、哪種是女型態應該還不清楚,哪天科學家也破解男女的表觀標記型態,那人類男性就滅亡了,因為女性就可以孤雌生殖了。
另外看過尼克連恩的粒線體著作,發現細胞質其實相當重要。在讀此書時內容提到銘印、換核等,總會想到,那麼新的核與細胞質相容嗎?與粒線體DNA相容嗎?是否有一些原因是因為與細胞質不相容所以胚胎失敗的,頗耐人尋味。
另外重要的第三種模式是miRNA。由intron構成的ncRNA(non coding)並非完全無用,最有名的如Xist,會纏繞一條X染,致使其終身失效。事實上ncRNA的作用可能更多,只是過去我們都只用coding蛋白質的角度來看RNA。有的ncRNA會形成很小型的RNA(miniRNA,miRNA),研究發現miRNA具有調節mRNA的效果,主要是binding後使其失去功能來減弱mRNA。
在精神疾病這章令人耳目一新。SAHA藥物以及TSA藥物,分別是甲基化酶抑制劑及組蛋白去乙醯化酶抑制劑,竟然可以使幼兒時期因為不當對待的大鼠,其下視丘神經細胞的甲基化重新獲得調整,使其變成環境智商較高、較穩定的大鼠。另外serotonin的提高(如SSRI)的結果,可使伏隔核nucleus accumbens的甲基化改變,進而改善幼兒的緊張情況(因神經調節不良倒置的體內cortisol濃度高)。這樣我想到其實epigenetics可以解釋非常多的狀況啊!為何提倡笑口常開,以epigenetics的角度解釋,大概是常保愉快心情可使體內serotonin、oxytocin等濃度上升,進而改變一些組織或神經元的修飾,使其往正常細胞的方向行使功能。這是我想像中的一些行為的表觀遺傳模式,希望未來能看到堅實的分子生物研究。
一瞬間覺得表觀遺傳很像量子力學,因為無法用正規遺傳學(或古典物理學)解釋的現象,都可以用表觀遺傳或量子力學來解釋,因為都可以說得通,而且都沒有實證。不過認識到表觀遺傳學,確實開啟我對於一些事物新的看法,環境和生活方式確實可能藉由表觀遺傳機制影響個體健康,甚至傳給後代。人生的不確定性又增加了一些,可調控性也增加了一些,對於自我及人類的看法也更多元。我想這必是下個世代遺傳學研究的重點。
蜂王漿以及後面章節的Resveratrol介紹警示了人類對於營養品的迷思。在蜂王漿的作用「可能」是抑制DNA甲基轉移酶,讓某些DNA保持活化,但同時會讓記憶力衰退,更甚者對人類的影響也沒有證據,所以這到底好不好,還是只是迷思而已。Resveratrol在秀麗桿蟲跟酵母菌研究證實是有延長壽命的作用,辛克萊的團隊認為是它活化了一種sirtuin蛋白,能控制血糖跟脂肪的代謝。但是此機制被輝瑞藥廠認為無法重現,所以Resveratrol到底有沒有效,目前也不知道。只能說這些都是個人信仰,更多的是智商稅。
本書介紹一個相當新且重要的遺傳學領域,還好我已有些許認識了,我認為這對人類的未來也相當重要,必須時時更新本學問的最新認識。不過目前科普書似乎只有本書有點可惜。
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