跳躍基因（跳躍子/轉座子）－它的原理與基因治療之應用

跳躍基因(跳躍子/轉座子)－它的原理與基因治療之應用
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔

跳躍基因(transposons, transposable elements, TE)，是一段可以從染色體DNA上單獨複製或斷裂下來，其環化後再插入另一位點，因而影響插入位點上的基因調控。根據其機制不同分成兩類：「複製-貼上」的第一型跳躍基因(“copy and paste”, class I TEs)，與「剪下-貼上」的第二型跳躍基因(“cut and paste”, class II TEs)。

芭芭拉．麥克林托克(Barbara McClintock)

第一個被發現的跳躍基因來自玉米(Zea mays)，是由芭芭拉．麥克林托克(Barbara McClintock)於1948年發現的，並以此研究於1983年獲得諾貝爾獎。她觀察到玉米基因體上的DNA序列Ds與Ac，能造成染色體DNA的插入(insertion)、刪除(deletion)與轉位(translocation)，這些基因體上的改變會造成玉米粒的顏色變化，該機制被稱為Ac/Ds系統(Ac/Ds system)，是屬第二型跳躍基因。

這些能夠進行自我複製，並能在生物染色體間移動的遺傳物質，具有擾亂被介入基因的組成結構之潛能，被認為是導致生物基因發生漸變(或是突變)，最終促使生物進化的原因之一。像酵母菌這樣的生物約有幾十種跳躍基因，而哺乳類動物體內含有幾十萬種的跳躍基因，因此很難判斷細胞內是否發生了基因跳躍，更難推論發生在何時、何處。

有關跳躍基因的演化來源，也是科學家們很感興趣的話題。究竟它是單一起源然後橫向傳播到其他的物種中，還是在地球生物史上曾多次地崛起，目前沒有定論。儘管一些跳躍基因對宿主是有益的，但多數仍被視為是自私的「DNA寄生蟲」，它的生物特性與病毒有些相像，為數不少的病毒與跳躍基因的核酸結構和生化特性有許多相似之處，使得不少研究認為這兩者存在著演化上的關聯，可能有共同的祖先。

大部分的時間，人類的跳躍基因處於沉寂狀態，是由於其所包含的跳躍指令很難被細胞所接受。因此，研究人員把這些跳躍基因的指令換成一些細胞較容易接收的指令，從而製造出一種非常活躍的人造跳躍基因。研究發現，哺乳動物的細胞很容易接受這種人造跳躍基因，其跳躍的次數是自然跳躍基因的200倍。

基因治療是能讓新技術闖出名號的領域。目前，在美國大約進行著140項基因治療試驗，多數項目是針對致死性疾病，如癌症。要想將一個基因從A位點轉移到B位點，研究人員和基因治療專家目前只有兩個選擇：一是使用一種能有效地將特定基因送到細胞中的病毒；另一是質粒，一種經加工的DNA環，可以達到一樣的效果。兩個選擇各有其缺點：病毒是感染性的，而且某些類型的病毒會於偶然下激活致癌基因，因而增加罹癌風險；質粒雖然不會有這種風險，但其卻不能在細胞中有效率地複製。

隨著跳躍基因的深入研究，利用跳躍基因這種全新的、非病毒性的基因傳遞系統，可提供我們比病毒更安全、比質粒更有效的替代技術。經研究證實，以跳躍基因為載體的技術能夠將特定基因插入沒有致癌基因的基因組區域；與質粒相比，跳躍基因技術能夠更有效地將特定基因引入動物細胞，且該特定基因能穩定的表現。

參考資料

1. Barbara McClintock http://www.nndb.com/people/011/000083759/
2. Luft, FC. (2010). Sleeping Beauty jumps to new heights. Mol. Med., 88(7): 641–643.
3. McClintock, B. (1950). The origin and behavior of mutable loci in maize. Proc. Natl. Acad. Sci. 36(6): 344–355.
4. Transposons: The jumping genes. http://www.nature.com/scitable/topicpage/transposons-the-jumping-genes-518
5. Wicker, et al. (2007). A unified classification system for eukaryotic transposable elements. Nature Reviews Genetics, 8(12): 973–982.