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認識DNA構型與DNA適體

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(圖/Gerd Altmann提供,Pixabay)(圖/Gerd Altmann提供,Pixabay)
 

在八點檔中時常出現的認祖歸宗情節,潛入有錢人家取得帶有「毛囊」的頭髮,為的就是要驗出傳說中的DNA。除了在親子鑑定的時候登場,在近幾年的研究當中,DNA更進一步被拿來應用在癌症標靶藥物治療,究竟DNA除了能判定親子關係以外,還有什麼特別的功能呢?

 

DNA長什麼樣子?

 

DNA(deoxyribonucleic acid)又被稱為去氧核醣核酸,之所以可以用來判斷親子關係,是因為每個人DNA的排列方式都不一樣。DNA是由兩條長長的鍊子並列,並如同下圖所示,兩條長鏈會以旋轉的形式排列,稱為雙股螺旋結構,兩條長鏈分別由許多的核苷酸重複排列而成,就像兩條串珠鍊子。

 

核苷酸是由三種物質組成,包括含氮鹼基、五碳糖和磷酸基團。含氮鹼基是核心,有四種物質,分別是腺嘌呤(Adenine, A)、鳥嘌呤(Guanine, G)、胞嘧啶(Cytosine, C)、胸腺嘧啶(T, Thymine)。每個核苷酸會因為含氮鹼基的不同,有不同的顏色,就像串珠子的珠珠,會因為成分不同,而有不同的外觀,每個人的DNA就是因為這些珠子的排列順序不同而有所差異。

 

DNA的兩條長鏈會平行排列,而且不同的含氮鹼基組成的核苷酸只會與它所對應的另一個核苷酸平行,規則如下:A只會與T平行排列,C只會跟G平行排列,固定兩條鍊子的工具稱為氫鍵。另外,A跟T之間需要兩根氫鍵,C跟G之間需要三根氫鍵,以下是它們表示的方法,A=T(雙鍵), C≡G(參鍵)。

 
以棉花糖模擬的DNA構造。米色棉花糖代表A,黃色棉花糖代表T,藍色棉花糖代表C,紅色棉花糖代表G,白色長棍代表雙鍵,藍色長棍代表參鍵。(圖/林泱蔚教授提供)以棉花糖模擬的DNA構造。米色棉花糖代表A,黃色棉花糖代表T,藍色棉花糖代表C,紅色棉花糖代表G,白色長棍代表雙鍵,藍色長棍代表參鍵。(圖/林泱蔚教授提供)
 

DNA適體(DNA Aptamer)是什麼? 

 

適體,指的是「適合」用來辨識特定目標的工具,可以想像成原子筆的筆蓋,每支筆都有不同的筆蓋。DNA適體是透過DNA排列,設計出具有辨識目標分子的功能,例如筆尖細長的,筆蓋設計可以比較長。也因為DNA適體是針對所對應的分子或細胞設計的,所以有很高的親和力,可以很容易跟目標分子結合。將這個特性用於疾病治療上,DNA適體就能輕易的找到病原或癌細胞,針對特定的目標精準治療。

 

DNA適體(DNA Aptamer)是怎麼產生的?

 

DNA適體可以透過「配體指數增強系統進化技術」(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX),又稱為「SELEX週期」,找出適合與目標分子結合的排列方式。

 
(圖/林泱蔚教授提供)(圖/林泱蔚教授提供)
 

SELEX週期又是什麼呢?

 

眾多的DNA排列方式會透過多次的SELEX週期找出DNA適體,而SELEX週期就像是一種選拔大賽,一開始會有許多不同的DNA排列方式(選手)參與選拔,能與目標分子結合的排列方式就會晉級,其他排列方式則會被淘汰,在經過一輪又一輪的選拔後,最終留下來的就是DNA適體。

 

DNA 適體與蛋白質抗體有什麼差異呢?

 

如果提到具有專一性、可以跟目標分子結合,或許會聯想到蛋白質抗體。與DNA適體相同的是,兩者都有很高的專一性,可以跟特定的目標分子結合;不同的是,蛋白質抗體只能辨識有免疫抗原性的物質,例如病毒。而DNA適體可以辨識的物質範圍相對較廣,且耐酸鹼、耐熱,可以適應的環境也比較多元。因此,比起不耐酸鹼、不耐熱的蛋白質抗體,DNA適體具有較好的穩定性,更適合拿來與各種目標分子做配對,也更適合應用在標靶藥物治療上。

 
(圖/陳雲岫製表)(圖/陳雲岫製表)
 

認識了DNA適體以後,會發現DNA除了爭遺產的功能,還能用來辨識癌細胞。透過設計可以讓DNA適體帶路,把標靶藥物精準地送到癌細胞裡面,讓藥效針對癌細胞發揮作用,降低對正常細胞的傷害,下一篇文章將有詳細介紹。

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