细胞反叛 精彩片段:
第7章 刹车势:发现肿瘤抑制基因
1982年,基因点突变的发现,对分子生物学家有着极大的吸引力。他们的一贯目标是将复杂的肿瘤生物学机制变成简单的基本机制。对癌症的发育,正常细胞基因组的一次突变足矣。他们喜欢这样的观点。但是,在同一年,随着伙伴癌基因的发现,形成肿瘤所必须的突变数目攀升至两个。但即使是这个数字,对分子生物学家仍有魅力。两个突变基因代表的复杂度还是容易处理的。然而这个数字仍然遭到非难。到20世纪80年代中期,大多数肿瘤在其发育过程中必须累积的突变数目远不止两个,这一点愈来愈明显。来自流行病学的资料提示癌症形成至少需要六个步骤;很多科学家猜测,其中每一个步骤,代表细胞在走向癌变深渊途中,造就了一个新的突变基因。
这种认识促使人们搜寻预计存在于人类癌细胞基因组中多个突变癌基因。进行搜捕行动的研究人员得到的是意外和深深的失望。他们找不到共存于一个肿瘤细胞基因组中的突变癌基因群体。有些肿瘤拥有CC癌基因,另一些是my c或NyC或erb,B2但同时具备即使是两个癌基因的,也极为罕见。癌症的发育是连续激活一组癌基因的想法不攻自破。一定有什么地方大错特错了。
摆脱窘境有两条路可走。要么和大量间接证据相反,也许肿瘤的确并不拥有多个突变基因。要不然就是癌细胞真的拥有六个甚至更多的突变基因,但大部分和癌基因没有瓜葛。假定存在的这些基因在人类肿瘤的形成中也许发挥着同样举足轻重的作用。诚如是,基因研究者就是在缘木求鱼了。他们一叶障目,不见泰山,把癌基因当做了致癌基因的全部,犯了方向性错误。
到20世纪80年代中期,终于在人类肿瘤DNA中找到了和癌基因迥异的突变基因。新来者被称作“肿瘤抑制基因”。这项发现填补了人类肿瘤形成之谜中的一大漏洞。这种新基因类型的发现,所进行的实验与病毒研究、基因克隆、基因移植(1975年以后的10年中,这类实验使人们对癌基因的兴趣陡增)相去甚远。
研究者们采用的是一种叫做“细胞杂交”的奇特的实验程序。牛津大学的亨利·哈里斯(Henry Harris)是运用这种技术的高手,他们让细胞群生活在培养皿底部,并且使它们互相融合。哈里斯及其后来者通过这种融合——实即细胞间的交配——发现了有关癌细胞内部基因行为的真相,其中包括肿瘤抑制基因的发现。
在20世纪70年代中期开始细胞融合实验前很久,遗传学家已经在生物体之间进行了交配实验。如前所述,19世纪60年代奥地利修土格雷戈尔·孟德尔第一次进行了系统的遗传交配研究,他对不同品系的豌豆属植物做了杂交实验。他的工作在整整一代人中湮没无闻,直到1900年才重见天日。他发现的遗传定律奠定了现代遗传学的基础,引出生物信息是由不同的信息包传递的观点,这种信息包后来被称作基因。
遗传学在20世纪的突破性进展揭示,所有生物体,包括最简单的单细胞生物体如细菌和酵母菌都以基因作为传宗接代的模板。而且事实上,从细菌到人类,所有的生物体都演化成具有精细复杂的交配机制。各物种的根本动机是相同的,而且显而易见:交配使得物种成员的基因能够交换和融合。因为所有物种都是由遗传上多姿多彩的个体组成的种群,交配提供了检验新的基因组合的机会。新的基因组合有可能繁衍出比父母更适于生存的子代。反过来,这种不断增强的适应性又为进化开辟道路。
控制遗传特征不同的个体之间的交配,成为研究基因行为的强大工具——尤其可以搞清交配中一方的基因是如何和另一方的基因融合的。细菌和酵母菌能够互相交配,而哺乳动物的组织细胞则缺乏这种能力。哺乳动物细胞之间惟一自然的交配是精子和卵子的融合。这一事实妨碍了研究者观察不同类型细胞——比如一个人的骨细胞和另一个人的骨细胞或者同一个人的骨细胞与肌细胞——的交配结果。
哈里斯试图规避自然强加的束缚。首先,他迫使培养皿中的动物细胞彼此融合。这些细胞的融合尽管存在高度的人为性,但它们提供了使不同来源的细胞彼此交配的途径。在培养皿中,某些病毒颗粒能够使一个细胞与相邻的另一个细胞的外膜相互融合,哈里斯采用的融合技术正是倚重了这些病毒的本领。结果是两个母细胞的细胞核共享一个细胞外膜。不久,两个细胞核也会融合,它们的基因融会在单一的细胞核之中。
在一定条件下,可能有几十个细胞同时卷入融合的漩涡,形成太过笨拙以至于不利生长和分裂的细胞巨无霜。但是在两个细胞之间进行的融合要有趣得多。细胞对的杂交后代可以生长、分裂,将来源于母细胞双方的基因子子孙孙地传递下去。
和绝大多数婚姻一样,只有当配偶双方存在很大差异时,两个细胞的交配才会有趣。人们对遗传学感兴趣,是因为人们总想预测后代的特征。究竟哪一方的基因更有影响力?
人类遗传学引来类似的问题:小约翰的眼睛会像父亲还是母亲?他会有父亲那样的红头发还是母亲的棕发?
结果常常难以逆料,说明双亲各自提供的基因正在展开争斗。就整个生物体而言,不论酵母菌还是人类,交配后代拥有两份作为特定形状模板的基因副本。这两份基因副本的信号也许有矛盾之处。约翰从父母身上也许继承了一个棕眼珠基因和一个蓝眼珠基因。问题是哪一个基因将最终决定他眼珠的颜色。
赢家常被称作显性基因,输家则是隐性基因。显性基因在影响细胞的新陈代谢方面常常更具权威。例如,眼珠颜色的显性基因可能有合成眼睛色素的能力,而隐性基因则无能为力。