衛星DNA之著絲點功能及核型演化的研究

著絲點在有絲分裂及減數分裂的過程中扮演了相當重要的角色，它負責將姐妹染色分體或同源
染色體平均分配至兩個子代細胞中。若功能不正常或失去功能的著絲點通常會造成染色體非整倍體
數目異常現象(Aneuploid)。在細胞遺傳學上的研究報告指出aneuploidy 和自發性的流產，先天性的
染色體疾病，甚至與某些癌症的發生有關。此外近年來，有許多實驗室為了改良基因治療載體，於
是致力於研究人類人造染色體的建構。但想要瞭解Aneuploid 形成的機制及成功地建構人類人造染
色體為基因治療的載體，就必須先透澈瞭解著絲點的功能及構造。
著絲點在染色體上顯現一種收縮的結構型態，而其分子結構是由重複性的鹼基序列稱之為衛星
DNA 及一群著絲點鍵結蛋白質(centromere-binding proteins; CENP)所構成。在人類著絲點中最主要
是由阿爾發衛星DNA 所組成，而且此一衛星DNA 某些單元體內的17 個鹼基對序列又可和著絲
點鍵結蛋白CENP-B 鍵結；因此認為衛星DNA 和著絲點功能有關。後來在人造染色體構築中以重
複的阿爾發衛星DNA 作為基本的架構元素時，發現人造染色體雖無法穩定存在轉殖細胞中，但是
它卻是形成人造染色體的必要因子；更加認定衛星DNA 是支配人類染色體著絲點功能的重要且必
須的要素。可惜的是，在某些異常染色體(marker chromosomes)上發現有功能的新生著絲點上並沒
有阿爾發衛星DNA 的存在；而且著絲點的衛星DNA 在不同種系基因組中其序列差異相當大，甚
至在同一種不同個體基因組中其序列也稍有不同；除此之外，它是和一致性相當高的著絲點鍵結蛋
白質(centromere-binding proteins; CENP) 一同存在著絲點分子結構中。使得至今仍無法透澈瞭解著
絲點的構造及功能。近一、二年來，在比較多個血緣不很相近的不同種系的基因組資料中發現：在
核型演化過程中，不僅著絲點的位置會改變，而且造成染色體重組的許多斷點處也有著絲點DNA
存在；這意味這在不同種系的演化過程中，著絲點是多變的而且可能會從斷點處隱藏的著絲點DNA
新生具有功能的著絲點序列。所以為了闡明著絲點的功能及結構就必須先瞭解變異很大的著絲點衛
星DNA 的由來，而研究衛星DNA 的演化過程將是有助於瞭解著絲點DNA 的起源，進而瞭解著絲
點的功能。但是為了要瞭解著絲點衛星DNA 在不同種系的演化過程，就必須有系統且完整分析血
緣相近但不同種系的著絲點衛星DNA；除此之外，著絲點衛星DNA 的演化對相近血緣的種系分
類也有很大的貢獻。
因為鹿類的核型變化很大，從擁有80 條染色體的西伯利亞小鹿到只有六條的雌性印度山羌，其
中印度山羌的染色體是獨特的因為它的染色體數目最少（2N=6♀,7♂）、染色體最大、及不尋常的
X+3 複合著絲點，所以是一個研究核型變化及著絲點衛星DNA 很好的材料。過去幾年來我們實驗
室也一直致力於鹿類的核型演化及著絲點衛星DNA 的研究，且已有十來篇相關的研究論文發表
了。在先前的研究中，我們已選殖並鑑定了五種著絲點衛星DNA 分別為I、II、III、IV 和V；而
且在原位螢光雜交的實驗中，印度山羌染色臂上的29 個衛星I 及衛星II DNA 的訊號不僅說明了印
度山羌是由2n=70 並非先前所認為的2n=46 的染色體核型演化而來，而且也說明核型演化是由融
合而來且其融合處有著絲點DNA 的殘留和近來的比較基因組分析結果不謀而合。為了更加完整了
解著絲點衛星DNA 的演化及功能，我們將致力於建立完整的著絲點DNA 的資料庫。首先，我們
將以免疫沉澱法取得的著絲點蛋白鍵結DNA 作為探針來篩選已建立的印度山羌BAC 資料庫，然
後進一步分析篩選所得的著絲點DNA 的鹼基序列、染色體分佈位置、基因組的排列及蛋白質鍵結
能力；最後以染色體遊走方法(chromosome walking)的位置選殖(position cloning)找到著絲點衛星
DNA 家族之間的連接DNA，以得到完整的著絲點DNA 圖譜，此一結果將有助於著絲點DNA 的
分子結構的瞭解。同時我們也將利用原位螢光雜交法大量定位印度山羌的BAC 菌株以建立完整的
印度山羌BAC 基因組資料庫，作為各種鹿類核型演化的參考資料庫；還有這些已在印度山羌染色
體上定位的連續BAC 菌株也可用來定位於其他鹿類染色體上，以瞭解演化時基因順序的變化及染
色體核型演化的詳細機制。