非洲裸鼠 (Naked mole rat) 學名:Heterocephalus glaber 是一群在東非地底底棲生活,大小約 8-10 cm,重約 30-35 g 的鼠輩,牠們擁有一般地底生物常見特性,例如:耐熱、耐 CO2、視力不佳、能敏銳感受震動,牠們進行鼠類中少見的團體生活,並且具有哺乳類動物中唯二的真社會化系統 (Eusociality),只有女王鼠能與少部份雄鼠繁衍後代。

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不僅如此,這群生物還擁有許多神祕且迷人的特性,雖然身為哺乳類卻是冷血動物,能耐餓耐渴,還不怕毒、不怕酸、不怕痛,擁有易於攜氧的血球系統,因此牠們適應惡劣逆境的能力極強。單若光是以上的特性也許尚不足以吸引科學家的目光,特別的是這群鼠輩能活 30 年之久,聽起來普通卻是一般鼠類的 3 倍,在牠們走向生命盡頭的前一刻,身體內的器官不會衰竭,也不容易出現腫瘤造成癌症,而且一直到老都仍保有生育能力,如此強大物種的基因庫,成為科學家們醉心研究的目標。

    2011 年發表在 PLoS ONE 上的期刊,使用Roche 454 以及 Illumina GAIIx 次世代定序系統,在沒有 reference genome 下進行非洲裸鼠 transcriptome 定序,並使用 CLC bio 進行 454 reads RNA de novo 重組,並且將 GAIIx 獲得的 reads Mapping 回小鼠基因體進行比對分析。下表是將非洲裸鼠基因與野鼠基因比較後,超過五倍以上表現量的基因列出,從表中可得知在非洲裸鼠中,與 mitochondria 乙醯化、氧化還原等相關基因被大量表現,並在 KEGG pathway database 中找到與脂肪酸代謝相關的基因被大量表現。


 

20121130_pic2   Scd3 (Stearoyl-coenzyme A desaturase) 參與脂肪酸代謝,控制脂質的合成、代謝以及氧化還原反應,在過去曾被探討與衰老有關,而與衰老相關,在此大量表現的還有在過去曾被提及的A2m (alpha2-macroglobulin) 基因,它與有名的長壽基因 ApoE (apolipoprotein E) 交互作用,並影響著阿茲海默症成因,不僅如此,A2m 是一個 protease inhibitor,在 2009 年被報導與逆境生存有關。活性氧物質 (ROS) 能傷害 DNA、脂質與蛋白質造成變異,因此需要許多與氧化還原能力相關的基因,而 mitochondria 在哺乳類動物中影響著衰老,靠著 Sdhc (succinate dehydrogenase cytochrome b560 subunit) 大量表現參與 mitochondria 的電子傳遞鏈,還有眾多氧化還原基因幫助,可以解釋為何生活在逆境下,容易出現 oxidative damage 的裸鼠能夠避免受到傷害。

    非洲裸鼠在今年 Nature 期刊中發表完全基因體定序,超過 98.6具有 20X coverage,其中亦包括 mitochondria 的序列,許多特點被分析後發現,裸鼠經由 transposon 造成的重覆序列比人類還有老鼠少,預測基因共有 22,561 個,而比較過去的 transcriptome 資料,發現 94.8都被正常轉錄,並且 98的基因功能都在過去被研究過。裸鼠的基因與人類、老鼠、大鼠相似度高達 93%,在下圖 phylogenetic tree 中可看到,裸鼠與一般鼠類在 7 3 百萬年前分歧,而與兔科在 8 6 百萬年前分歧。細心比較裸鼠所有可能與脊椎動物長壽相關的基因發現,它們

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具有與telomere 修復相關的 TEP1TERF1基因,還有許多與 DNA 修復相關的基因,在個體間 SNP 差異部分,發現裸鼠個體間的核苷酸差異比一般鼠類還低,不過這可能也與牠們總是近親繁殖有關。

    在今年 Nature 期刊中也作了精細的 transcriptome 定序分析,幼鼠與老年鼠基因表現差異最大的地方在腦部,有一些基因的表現量與人類相反而被提出,例如:SMAD3能夠調節細胞增殖速度以避免癌症產生,抑制癌症腫瘤的形成在過去被認為有 p16Ink4a p27Kip1 兩種蛋白機制來抑制細胞分裂,人類與小鼠屬於 p27Kip1,然而裸鼠卻是靠著 p16Ink4a 以及 p19Arf 來抑制腫癌,這是牠與別人不同而可能具有潛力的地方。其他還有許多基因是與人類老鼠有差異性的,一部分是與黑色素形成、視覺、毛髮生長相關的基因,但不一定與長壽相關。

    透過一連串基因體以及轉錄體的次世代定序,使得這個具有指標性的長壽生物的神秘面紗,逐漸被揭開,研究這種生物對於癌症、衰老、逆境生存、真社會化系統等各領域都有其特別的意義在,相信將來生命的奧秘能夠藉著科學家們不斷的研究而逐漸明朗。

 

參考文獻:

  1. Kim EB, et al., Genome sequencing reveals insights into physiology and longevity of the naked mole rat. Nature. 2012, 479(7372): 223–227.
  2. Yu CF, et al., RNA Sequencing Reveals Differential Expression of Mitochondrial and Oxidation Reduction Genes in the Long-Lived Naked Mole-Rat When Compared to Mice. PLoS ONE 6(11): e26729. 
 
 
 


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