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2021-01-25 | NOW健康

為何基因不會100%遺傳? 冷凍電顯技術揭開遺傳之謎

為何基因不會100%遺傳? 冷凍電顯技術揭開遺傳之謎

【NOW健康 陳盈臻/台北報導】寶寶罹患基因遺傳性疾病,是所有家長最大的惡夢,為何父母同源染色體的配對與互換後,會導致基因變異?國內頂尖團隊透過冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術破解遺傳之謎,發現DMC1蛋白酵素扮演著關鍵的角色,有助於研究不孕症、唐氏症、基因缺陷等疾病。


中央研究院生物化學研究所教授蔡明道院士指出,人類的遺傳多樣性來自父母同源染色體的配對與互換,如果DNA配對不完美,互換時就會發生基因變異。


台灣大學生化科學所教授冀宏源說,DMC1蛋白酵素如何精準地執行功能是生命延續的重要關鍵,DNA序列「不精準」的互換是人類遺傳多樣性重要過程,而DMC1蛋白具有獨特的結構,可容許不完美的DNA序列配對,這也解釋了基因為何不會百分百遺傳。


蔡明道進一步解釋,DMC1蛋白酵素主要功能為催化父母染色體配對與互換,協助不完美的DNA配對,並達成完美的DNA互換。但也可能出現「不精準」互換,造成人類遺傳多樣性。


中研院生物化學研究所、台大生化科學所及化學系等多名專家組成研究團隊,在冷凍電子顯微鏡觀察下發現,DMC1蛋白酵素具有獨特的結構,可容許不完美的DNA序列配對,進而調控DNA。該項研究成果已於1月14日發表在國際頂尖期刊《自然通訊》(Natu eCommunications)。


研究團隊首先純化出高純度的DMC1酵素,並以冷凍電顯技術成功解出原子級解析度的DMC1-DNA複合體結構,並發現DNA 錯誤配對時,DMC1可在分子結構上提供較大的空間與支持,讓DNA不完美序列配對。此外,透過DMC1-DNA複合體結構的成果,也能解釋為何DMC1突變,會造成的不孕,以及染色體分配不均,導致遺傳性的疾病。


何孟樵指出,冷凍電子顯微鏡是現今結構生物研究最具發展潛力的技術,能在原子尺度,快速且不破壞性地觀察生物分子。為此,中研院於2018年購入全國第1台高解析度冷凍電子顯微鏡,探討重要生技議題及重大疾病問題,期盼未來可在疾病研究上出現突破性進展。何孟樵說,目前基因體研究中心也將冷凍電子顯微鏡運用於研究新冠病毒的棘蛋白,希望找出治療藥物。


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