卵子常保青春之道

 
2018/01/05 王道還 | 生物人類學者(已退休)     353
 

生物的結局是塵歸塵、土歸土。不過在19世紀末,科學家發現動物胚胎裡有一群細胞可說是不朽的,那就是生殖質(germ plasm),負責生產生殖母細胞,建立世代間的聯繫。

 

然而細胞內的新陳代謝會產生自由基,破壞周遭的蛋白質。那些蛋白質因而逐漸變形、堆在一起,並在細胞分裂時遺傳給子細胞。因此子細胞不是「全新的」細胞。如此這般一代又一代,生殖母細胞遲早會無法產生健康的生殖細胞,不免絕種。可是在2010年,法國里昂大學的團隊發現了線蟲卵子回春的祕密。

 

話說大多數線蟲是雌雄同體,能生產精子也能生產卵子,卵子成熟、順著輸卵管排出,便會遇見精子。首先,里昂團隊觀察到線蟲卵子母細胞裡有大量的受損蛋白質,比周遭的體細胞多得多。可是卵子一接近精子,那些蛋白質便會突然消失,而那個清理機制過去在酵母菌、小鼠體內都發現過。然後研究人員做了一個實驗:他們使線蟲無法生產精子,再觀察卵子。結果卵子裡的受損蛋白質不動如山,不會受到清理。

 

於是美國舊金山專門研發抗老化藥物的生技公司Calico接手研究,由肯永(Cynthia Kenyon)主持。肯永原先是加州大學的教授,1993年她發現了長壽基因,只要把它關上,線蟲的壽命便能延長一倍以上,從18天增加到42天。那個發現導致一連串的發現,科學家找到了一整套基因,專門修補細胞、使動物活得更長。人類也利用同一套基因修補細胞。

 

肯永根據里昂團隊找到的線索,推測線蟲的精子會送出某個訊號啟動卵子的清理機制。她利用里昂團隊的方法製造不能生產精子的線蟲,使卵子裡散漫著受損蛋白質。然後研究人員讓那些線蟲與雄性線蟲交配,結果在30分鐘之內,卵子裡堆積的受損蛋白質便清理掉了。最後研究人員操弄線蟲生產精子的機制,一步一步把卵子的回春機制整理出來。

 

原來精子使卵子回春的祕密是動員卵子溶體(lysosome)中的酶,把堆積的受損蛋白質分解掉,甚至回收再利用,那是在授精的前一刻完成的。彷彿精子一敲門,卵母細胞便立刻使盡渾身解數打掃收拾才開門迎客。

 

肯永團隊以青蛙卵做了同樣的實驗,發現蛙卵也會以同樣的機制清理門戶。研究人員懷疑同一個清理機制也許不只在生殖系統裡作用,也許身體各種組織的幹細胞都以同樣的機制清理細胞。

 

參考資料

  1. Bohnert, K. A. and C. Kenyon (2017) A lysosomal switch triggers proteostasis renewal in the immortal C. elegans germ lineage. Nature, 551, 629-633.