果蠅──推動生醫研究的模式生物

果蠅──推動生醫研究的模式生物

​編譯 Chih-chun J. Lin

果蠅作為生醫研究模式生物已有超過百年的歷史，由於果蠅和人類的基因有65%的相似度，科研人員利用果蠅來了解生物的分子機制，用以研究各種人類疾病基因的功能，加速生醫領域的進展。利用現代的分子生物技術，科學家讓果蠅更進一步地成為生醫研究不可或缺的利器。
 
貝勒醫學院Hugo Bellen教授實驗室和其他合作實驗室，一同利用CRISPR-Mediated Integrated Cassette基因編輯之技術，發展了一套新的果蠅基因研究工具庫，並於2018年3月發表於eLife期刊。這套果蠅株庫約含有一千多種新的轉基因果蠅株，可以讓科學家更有效率、也更精準地研究疾病和基因的關係。其中包含上百個未被研究的基因，可供各方學者開啟全新的研究領域。這個果蠅株庫的誕生將顛覆以往的研究方式，不但能供學界更細緻地認識基因和其相對應蛋白質的表達位置，也能供學界了解該基因的缺乏會有何影響，以及該影響是否可逆，這些資訊對於疾病基因機理的研究甚是重要。
 
這套果蠅株庫的設計很精妙，在每一個果蠅株中，將一個基因的内含子（intron）中插入含有轉錄激活蛋白GAL4的基因組（gene cassette），不過，GAL4後面緊接著轉錄終止的訊息（Stop signal），因此該基因的轉錄被中斷，這樣一來便可以研究基因缺失後會有什麼功能上的損害，進而推得該基因存在時的功能。由於GAL4在內源啟動子（endogenous promoter）的控制下仍然有組織特異性地表達，而且GAL4可以啟動其反應元件—上游激活序列（upstream activating sequence；UAS）後端之標靶基因的轉錄，GAL4和UAS兩個轉基因體係便構成了果蠅庫中基因表達調控系統的基礎。藉著GAL4結合UAS-GFP/RFP reporter（綠色或紅色螢光蛋白質報告基因），觀察螢光蛋白表現的位置，便能夠得知有哪些細胞群是該基因表現的地方。若是GAL4結合UAS-flippase（翻轉酶），就能移除GAL4-Stop signal基因組，而重新獲得該基因的正常功能，用以研究疾病逆轉的可能。另外，插入的基因組也可以任意替換成螢光蛋白質或其他DNA，供研究者客製化使用。
 
Bellen實驗室團隊希望透過此果蠅株庫，讓科學家可以拓展果蠅在生醫研究的應用價值。由於果蠅和人類在基因功能上的高相似度，因此在果蠅上發現的基因功能可以協助我們更加了解相對應的人類基因，加速人類疾病基因的研究。
 
 
 
參考資料
1. https://blogs.bcm.edu/2018/04/05/the-humble-fruit-fly-continues-to-boost-biomedical-discovery/
2. https://bdsc.indiana.edu/
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29565247
4. https://en.wikipedia.org/wiki/GAL4/UAS_system