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冷凍電顯解密DNA 助剖析遺傳疾病

祝潤霖 2021/01/19 23:04 點閱 3106 次
中研院生化所副研究員何孟樵將DNA樣本放入中央研究院冷凍電子顯微鏡設施(ASCEM)進行觀察示範。(photo by 祝潤霖/台灣醒報)
中研院生化所副研究員何孟樵將DNA樣本放入中央研究院冷凍電子顯微鏡設施(ASCEM)進行觀察示範。(photo by 祝潤霖/台灣醒報)

【台灣醒報記者祝潤霖台北報導】「染色體配對不良導致遺傳疾病,用冷凍電子顯微鏡可完全透析DNA!」中研院19日展示冷凍電子顯微鏡技術,藉由低溫固定基因DNA蛋白質,做到比X光繞射更精準的顯像,針對染色體突變導致的不孕,或DNA配對不均導致遺傳疾病,甚至新冠病毒,都提供更精密的觀察。

DMC1的穩定影響健康

「為什麼基因不會百分百遺傳?」台大生化所教授冀宏源指出,遺傳多樣性來自父母同源染色體的配對與互換,父母染色體的DNA序列很相似,卻不完全相同;當DNA配對不完美互換時就會發生基因變異;其中,催化染色體配對與互換的酵素是DMC1,可協助不完美的DNA配對,並達成完美的DNA互換。

冀宏源表示,在以前要看到蛋白質DNA複合體的結構不容易,因為傳統的X光繞射有其極限;而2017年中研院引進冷凍電顯技術,得到很多高純度的DMC-1結構,可以在體外進行完美或不完美的配對實驗,對於因DMC1突變而造成的不孕,及染色體分配不均而導致的疾病,也提供分子層次上可能的解釋。
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生殖細胞會經過染色體複製、不完美配對、基因互換、二次細胞分裂,減數分裂成4個精子細胞。(photo by 祝潤霖/台灣醒報)

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台大生化所教授冀宏源指出,DMC1酵素藉由在結構上提供較大的空間與支持,允許DNA不完美序列配對。(photo by 祝潤霖/台灣醒報)

原子尺度觀察分子

「冷凍電顯是現今結構生物研究最具發展潛力的技術!」中研院生化所副研究員何孟樵指出,冷凍電子顯微鏡能在原子尺度快速且不破壞性地觀察生物分子;並非所有蛋白質狀態都可以被結晶並用X光繞射;冷凍電顯,用低溫固定蛋白質,省去結晶化的過程與限制,把蛋白質看得更清楚。

何孟樵表示,中研院看見冷凍電顯的潛力,於2018年購入全台首兩座高解析度冷凍電子顯微鏡,並成立「中央研究院冷凍電子顯微鏡設施(ASCEM)」,近2年來已解析了近20個達到原子尺度的複合物結構,未來可望有更多生技與疾病研究上的突破性發現;「對研究新冠病毒也會很有幫助!」
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中研院生化所副研究員何孟樵指出螢幕上的觀察結果,螢幕下方顯現原子尺度的最細微DNA觀測影像。(photo by 祝潤霖/台灣醒報)

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中央研究院冷凍電子顯微鏡設施(ASCEM)有恆溫、恆濕、防塵、抗震等保護措施,地震4級此處無感。(photo by 祝潤霖/台灣醒報)



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