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解密「跳躍基因」 陽明腦科所找出大腦發育疾病關鍵基因

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新生兒諸多大腦發育疾病,已被證實與基因有關,而大腦為何發育異常,一直是醫學嘗試解答的謎團,陽明大學腦科學研究所利用「跳躍基因」(transposon)發展新的基因篩選方法,成功找出30多個可能造成大腦發育疾病的基因,奠定後續基因研究的基礎,這項具有原創性的醫學方法,並獲刊登在國際頂尖期刊《Nature Communications》(中譯《自然通訊》)。

人類身上共有2萬多個基因,找出哪些基因與大腦發育有關,將有助於未來提早篩檢疾病,甚至發展新的治療策略。

許多新生兒大腦發育疾病,例如小腦症、平腦症、智力發展遲緩等,已被證實與基因有關,但到底人體中有多少基因突變,會導致大腦發育異常,一直是科學界嘗試解答的謎團,但受限於基因數量龐大,且自然基因突變非常罕見,一個一個測試基因與疾病的關聯,幾乎是不可能的任務。

為了克服漫無目標地搜索突變基因,陽明大學腦科學研究所副教授蔡金吾研究團隊,主動創造基因突變,並藉此觀察哪些基因突變後,會造成大腦發育不良。

蔡金吾利用一種在DNA序列中的「跳躍基因」,植入鼠腦神經幹細胞中誘發突變,並成功觀察到部分基因突變的確對神經細胞的生成、分化、遷移及連結造成影響,進而影響鼠腦的發育,運用這個全新的基因篩選方法,該團隊找33個可能與大腦發育相關的基因。

蔡金吾表示,當初會利用「跳躍基因」來誘發突變的想法,在於基因突變的機率非常低,在自然界或人類中找到會致病的基因,需要非常久的時間,而很多生物都有「跳躍基因」,例如玉米、昆蟲,甚至人類都有,才會想到利用這個方法加速細胞突變。

蔡金吾說,動物與人類有很多共有基因,利用動物模型不僅可以克服直接在人體試驗的困難,也能幫助研究這些基因影響大腦發育的分子及細胞學機制。這個新方法的重要性在於克服現有傳統遺傳學的限制,不必從2萬多個基因內逐個檢驗,就能快速找出與大腦發育有關的基因,對於基礎科學以及後續醫學應用具有原創性貢獻。

這項研究完全由台灣本土團隊發想、資助及執行,並由陽明大學及台北榮民總醫院團隊進行跨領域合作,並獲得科技部「優秀年輕學者計畫」、國家衛生研究院「研究發展獎助計畫」及教育部「邁向頂尖大學計畫」補助,將豐碩研究成果推向國際一流期刊。