維持基因體的穩定是生命傳承中一個重要的關鍵。我們主要在研究影響此穩定性的因素,包括染色體斷裂(chromosome breakage),DNA 割除(DNA deletion)及基因擴製(gene amplification)。本實驗室以四膜蟲為研究材料,來探討此一問題。在這種原生動物它的分化過程中,會進行一系列的基因體重組 (genome rearrangements)。這些重組包括把染色體斷裂成數百個片段,割除數千段DNA,及擴製核糖體RNA(ribosomal RNA) 的基因。為求進一步了解這些現象的機制,我們判定了這些現象發生在染色體上的位點,並確定了控制這些定位的DNA 序列。除此之外,我們也開始鑑定調控這些步驟的蛋白質。
近幾年經由本實驗室及其他實驗室發現此種四膜蟲染色體重組是種特別化的RNA干擾現象,它不僅抑制基因的表達,它也割除DNA。這些DNA於割除前會產生雙鏈的RNA,雙鏈的RNA 會被剪裁為小分子 RNA(sRNA),這些 sRNA會去識別相對應的染色質並在組蛋白上面加碼。我們發現有一個蛋白質Pdd1p 在結構上近似果蠅的HP1,這個蛋白質只生產於分化過程中,它會與預計被割除的DNA 片段形成異質染色體。這個形成異質染色體的過程與他種真核生物相似如分裂酵母及果蠅。但我們發現接續步驟在四膜蟲是由TPB2 基因轉譯的轉位酶,執行重要的剪除DNA 的步驟。TPB2 基因是piggyBac 轉位酶基因在四膜蟲細胞內的同源基因。顯示此蛋白質為馴化的外來基因轉譯,其功能轉化為執行四膜蟲的重要發育步驟。除此二蛋白質外,利用逆遺傳的方法,我們也開始尋找及研究其它的蛋白質,從而了解這些現象的調控。
從四膜蟲學習到的一些原理顯然也適用於其他生物體,其中之一是基因的擴製。在四膜蟲上我們發現染色體斷裂及一些特殊的DNA 序列結構,會引發一個基因變成一對逆向重複序列(palindrome),從而導致基因的擴製。我們發現酵母菌及哺乳類也用同一種方式擴製DNA。因為基因擴製是助長癌細胞的因素之一,我們也開始探討這個現象在人體細胞的分化、癌變及老化上的重要性。
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