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壓力為何會導致 DNA 受損?給你一個理由

only-perception
・2011/08/24 ・1165字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

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圖片引用自維基百科,點圖見原始連結

多年來,研究發現慢性壓力與染色體受損之間的關聯。

現在 Duke 大學醫學中心的研究者發現一種機制,有助於解釋造成 DNA 受損的壓力反應。

James B. Duke 醫學與生物化學教授以及 Howard Hughes 醫學研究所(HHMI) 在 Duke 大學醫學中心的研究者 Robert J. Lefkowitz, M.D. 表示:「我們認為這是第一篇對特殊機制的研究。腎上腺素(adrenaline)升高是慢性壓力的指標之一,透過這種機制,最終能導致可偵測的 DNA 受損。」

這篇論文發表在 8/21 當期的 Nature 上。

在這項研究中,老鼠被注射某種類腎上腺素(adrenaline-like),該化合物透過一種被稱為β腎上腺素受體(beta adrenergic receptor)的受體產生作用,這種受體 Lefkowitz 已研究多年。科學家們發現,這種慢性壓力模型會觸發某種生物路徑,最終導致 DNA 損害的累積。

「對於『慢性壓力如何導致各種人類疾病與失調』 — 從罕見的外貌變化(cosmetic,易容),如頭髮花白,到威脅到生命的失調,例如惡性腫瘤 — 這研究能賦予我們一個貌似合理的解釋,」 Lefkowitz 說。

P53 是一種腫瘤抑制蛋白,而且被視為「基因組守衛」 — 防止基因組異常(abnormalities)。

「這項研究證明,慢性壓力導致 p53 的濃度持續降低,」 Makoto Hara, Ph.D. 表示,Lefkowitz 實驗室的博士後研究員。「我們假設,這就是為何我們在這些承受慢性壓力的老鼠身上會發現染色體異常的原因。」

Lefkowitz 早先曾證明孤立 G-protein-coupled receptors(GPCRs,G 蛋白耦合受體),例如β腎上腺素受體,的存在,並描述其特徵。這些受體(位於細胞膜的表面)是今日市場上近半藥物的目標,包括心臟病用的 beta 阻斷劑、抗組織胺(antihistamines)以及潰瘍藥物。

目前,他繼續沿著另一條路徑研究,那根源於 GPCRs,而且是在他的實驗室中發現,稱為 beta-arrestin pathway(β視紫紅質抑制蛋白路徑)。起先,這個理論指出 beta-arrestin 蛋白會關閉或鈍化(desensitized)G 蛋白路徑,但最後證明,這些蛋白的累積亦會使它們憑藉自身力量引發某種生化活性。

在當前的研究中,科學家發現一種分子機制,類腎上腺素化合物藉此掌控(acted through) G 蛋白路徑以及 beta-arrestin 路徑,觸發 DNA 受損。

這篇發表在 Nature的論文證明,對老鼠注射類腎上腺素化合物四週後,會導致 p53 降解,隨著時間過去,其濃度會更低。

這項研究亦證明,缺乏 beta-arrestin 1 的老鼠可防止 DNA 受損。失去 beta-arrestin 1 穩定了細胞層次上的 p53,包括胸腺(thymus,這種器官對於急性或慢性壓力會產生強烈反應)與睪丸(在此,親代的壓力也許會影響後代的基因組)。

Lefkowitz 實驗室所計畫的未來研究包括,研究「處於壓力下(restrained,受控制的)因而創造出自身腎上腺素或壓力反應」的老鼠,以學習壓力的生理反應,而非在當前研究中於實驗室內完成的「腎上腺素通量」,是否也會導致 DNA 損害的累積。

※ 相關報導:

* A stress response pathway regulates DNA damage through β2-adrenoreceptors and β-arrestin-1
http://dx.doi.org/10.1038/nature10368

Makoto R. Hara, Jeffrey J. Kovacs, Erin J. Whalen,
Sudarshan Rajagopal, Ryan T. Strachan, Wayne Grant,
Aaron J. Towers, Barbara Williams, Christopher M. Lam,
Kunhong Xiao, Sudha K. Shenoy, Simon G. Gregory, Seungkirl Ahn,
Derek R. Duckett, Robert J. Lefkowitz
Nature (2011)
doi: 10.1038/nature10368

資料來源:
At last, a reason why stress causes DNA damage, By Bob Yirka, August 2, 2011

本文原發表於作者部落格[2011-08-22]。

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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無法集中注意力嗎?自我覺察三大「專注力剋星」:壓力、心情低落、威脅——《顛峰心智》
大塊文化_96
・2022/11/01 ・2688字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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破壞專注力的三大力量是:壓力、心情低落、威脅。

這三種力量往往一起作用,聯手打擊專注力系統,有時很難清楚區隔。但接下來我會一個一個介紹,看看這些力量如何又為何足以擊潰你的專注力。

壓力

負荷過重的感覺,我們稱之為「壓力」。人一旦承受壓力,大腦就會展開時空旅行。這時專注力會突然像被綁架一樣,譬如戴維斯上尉在橋上的經驗。人類大腦很容易被記憶或煩惱拉走,或是不斷編故事。壓力升高時,這種傾向害我們跟當下脫節。

你不斷回想過去發生的某件事,儘管那麼做早就沒有幫助也毫無建設性;或是擔心不只尚未發生,甚至可能永遠不會發生的事。這只會加劇或加重你承受的壓力。承受巨大壓力的時間太長,你就會陷入專注力下降的惡性循環:專注力愈是下降,你愈無法控制它;愈無法控制它,專注力就愈下降。

圖/《巔峰心智》

承受多少壓力算「太多」,可能極其主觀,因人而異。跟我共事的許多人都不認為壓力是一種問題(你可能也一樣)。他們反而把壓力視為一種強大的動力,能夠挑戰並激勵他們克服困難,更加努力追求卓越。這一點我能理解。看看下頁的圖。圖中指出壓力跟表現如何互相作用。

由圖可見,壓力低時(例如沒有事情追著我們跑,沒有工作要趕),我們的表現沒那麼好,但壓力一增加,我們就會奮發向上,迎接挑戰。這種「好」壓力稱為良性壓力(eustress,念成 you-stress),是刺激表現的強大引擎,一路延伸到這張表的最高點,亦即最適水平(我喜歡叫它「甜蜜點」);在這之前,壓力都是一種正面的動力,驅策我們前進,並集中我們的注意力。

要是能一直停留在這裡就萬事 OK 了。但實際情況是,即便停留在最適壓力水平太久,也會把我們推下高峰,滑下長坡,原本的良性壓力就成了惡性壓力(distress)。

當壓力超載,督促我們前進的壓力也會變成惡性壓力。 圖/envato.elements

即使壓力一開始是有益的,是激勵我們進步的動力,處在高要求的狀況下愈久,持續不斷的壓力對我們的影響會愈來愈大。我們會開始從最適壓力點上跌下來,掉到壓力曲線的另一邊。這時候,壓力帶來的好處快速流失,成為侵蝕、破壞專注力的力量。你的手電筒發出的光束愈來愈常被負面想法卡住。

警戒系統升高,因此無論你遇到什麼事物,感覺都像不斷閃爍的警告標誌,把你拉進高度警覺模式,使得你無法專心做任何事。而負責中央執行系統的雜耍演員把球掉在地上,導耶克斯-道森法則表現壓力低中高最適壓力好壓力(良性壓力)壞壓力(惡性壓力)致你想要做的和你實際做的事不再一致:行為與目標脫鉤。

這種情況發生時,自然而然的結果就是:心情墜入谷底。

心情低落

所有事都可能導致心情低落,從長期憂鬱到聽聞噩耗都是。無論原因是什麼,結果都可能讓你墜入無盡循環的負面想法之中。在實驗室裡,我們只要誘發受試者的低落心情,他們做專注力測試時,成績就會退步。

我們如何「誘發低落心情」?

有時候是讓受試者觀看令人不安的影像,類似我之前提過的研究,或是請他們回想負面記憶。然後,再讓他們做需要動用專注力和工作記憶的認知測驗,例如記住幾個字母再做心算。每次被誘發低落心情之後,他們的表現都會退步,像是準確度降低、速度變慢、穩定度下滑。

心情也會影響你的專注力。 圖/GIPHY

威脅

當你受到(或感覺受到)威脅時,不可能還能專心做手邊的工作、追求目標或計畫未來。我在第一章提過的手電筒呢?能夠任意操控專注力轉向何方的強大力量呢?呼,沒了。想像那束明亮穩定的光開始東飄西蕩,集中的光線分裂四散。你原本想做的事呢?不可能完成了。

受到威脅時,專注力會按照兩種方式重新配置:第一,對威脅提高警覺;第二,專注力被威脅牽著走,因此任何跟威脅有關的事物都會抓住你的專注力不放。這一點明顯跟人類存活有關。在人類演化的關鍵時刻,保持高度警覺是必要的,不然就無法活下來繁衍後代。

假如你太投入一件事而沒發現掠食者正悄悄逼近,大概就完蛋了。受威脅的感覺啟動了「高度警戒」的快速開關。此外,演化還加碼給了人類額外的人身保險,那就是讓威脅我們的事物牢牢抓住我們的注意力,確保我們的專注力固著在上面,想分心也很難。

因為如此,人類才能隨時留意周圍是否有掠食者,並在掠食者出現時緊盯著對方。這種能力或許拯救過我們的祖先無數次,但也造成了其他後果。人類祖先從未寫出傳世的鉅作或設計出精密的機器,就是這個原因。假如你隨時覺得受到威脅,當然無法專心投入其他工作或體驗,無論「威脅」是實際的或象徵的都一樣。

威脅會迅速吸引走我們專注力,正是這項能力幫助我們逃離掠食者。 圖/GIPHY

在實驗室裡研究威脅,我們不會把試驗對象放在讓他們覺得人身安全受到危害的情境,那樣有違職業倫理。然而,跟我合作的人士當中,有不少實際面臨過人身安全的威脅。例如上戰場打仗或接受真槍實彈訓練的軍人,還有冒著狂風撲滅野火的森林救火員。

對一般人來說,威脅沒有那麼真實,但這不表示威脅對我們的專注力影響比較小。跟上司討論自己的績效;跟保險公司爭執;上公聽會作證,就影響街坊的新法令跟市府官員交換意見等等,這些狀況雖然不致威脅人身安全,還是可能讓人覺得自己的名聲、財務安全或認知的公平正義受到了威脅。

就算你智商一八○,也不得不接受人類大腦的一個現實:某方面來說,這三萬五千年來人類大腦都沒什麼改變。只要我們的大腦自認受到威脅,就會重新配置專注力,無論你面前的東西是不是真正的威脅。

——本文摘自《顛峰心智:每天練習 12 分鐘,毫不費力,攀上專注力高峰》,2022 年 10 月,大塊文化出版,未經同意請勿轉載。

大塊文化_96
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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。

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原來這裡也有數學?病毒的形狀、DNA 的結構都與數學有關!——《生物世界的數學遊戲》
天下文化_96
・2022/10/25 ・2015字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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二十面體與小兒麻痺病毒

菸草嵌紋病毒是螺旋柱狀體,還有一種常見的病毒形狀則是二十面體。有些科學家稱二十面體為「自然界偏好的形狀」,因為這種形狀在病毒上很是普遍,譬如天花病毒、小兒麻痺病毒、疱疹病毒,以及蕪菁黃嵌紋病毒(turnip yellow mosaic virus)。

一九八六年,荷格爾、周瑪麗及菲爾曼三人發現了小兒麻痺病毒的結構。這種病毒是由四種蛋白質單元(每一單元有六十個複本)所組成,排列出來的形狀帶有二十面體所具有的對稱性。要描述小兒麻痺病毒的結構,最簡單的方法是由一個十二面體和一個二十面體的合併來開始討論。組合成的立體看起來像一個每面都有微凹的五面體的十二面體(圖三二)。湯普生若知道這種結構,一定會很喜歡:這比放射蟲的主觀想像繪製圖還要使人信服。

足球的外型為截角二十面體。圖/維基百科

另外,這種結構是基於某種原因、某種病毒結晶學原理而存在的:正如晶格是由大量原子所形成的最小能量結構,近似球形的多面體則是由少量的相同單元所形成的最小能量結構。在規則的正立體當中,二十面體與球最為近似,但是你仍然可以利用五邊多面體和六邊多面體的混合體,來更逼近一個球。現在使用的足球就是一個例子:足球的外形基本上是二十面體,不過卻是截去了每一個角的二十面體。

在這樣一個多面體中,一定有剛好十二個面是五邊形;六邊形的面的數目,則取決於一系列特殊的代數形式,也就是所謂的「幻數」(magic number);大部分的數字都不是幻數。小於三百的幻數為 12、32、42、72、92、122、132、162 、192、212、252 及 272。這些數字在病毒的結構中扮演了特殊角色,正如費布納西數在植物結構中扮演的特殊角色。

(圖三二)小兒麻痺病毒的結構示意圖:把十二個五角錐(b 圖折疊後就是五角錐)黏在一個十二面體(a 圖是把十二個面攤開),做成一個三維的模型(如 c 圖)圖/
《生物世界的數學遊戲》。

事實上,能夠以大致規則的方式幾乎併成球面的同一蛋白質單元的數目,就是幻數。

下面這些證據,顯示病毒知道這種限制。蕪菁黃嵌紋病毒有三十二個單元,而人類多瘤性病毒、BK 病毒及兔子乳頭瘤病毒有七十二個單元。(人類多瘤性病毒與兔子乳頭瘤病毒幾乎相同,只不過互為鏡像。)

REO 病毒有九十二個單元,單純疱疹(由於第一型的感染部位大多為口腔周圍,所以也稱為口唇疱疹)病毒有一百六十二個單元,雞腺病毒有兩百五十二個單元,犬類傳染性肝炎病毒則有三百六十二(這也是幻數)個單元。

還是要靠數學

要證明數學模式對於形成地球生命(我們知道的唯一一種生命)的重要性,再沒有比 DNA 更令人信服的證據。DNA 之所以扮演這種角色,是因為本身的簡單幾何模式——雙螺旋。就某種意義而言,由於關鍵特徵不在螺旋,而是互補的鹼基配對,因此這不只是一種「合乎邏輯」的模式。

DNA 的關鍵特徵是互補的鹼基配對。圖/維基百科

演化在創造地球上的生命時所用的基礎,正是這個並存於觀念與物理定律中的模式,在這層基礎之上,其他的模式也建造了起來,特別是遺傳密碼——這種「準數學」之謎。為什麼是這種特殊的密碼? 基本上,任何密碼都可以,但捷足者先登,哪一種先被建造了,就有可能壓倒群雄,因為生命可以生生不息地繁衍。或許克里克是對的,遺傳密碼是一種「凍結的偶發事件」;或許何諾斯夫婦是對的,遺傳密碼亦來自深藏於物理定律中的深奧模式。

DNA 對於更廣義的生命(不再是這裡所談的生命)所扮演的角色有多重要?假定還有很多其他種類的分子可以複製,也可以把大量資訊編成密碼,那為什麼我們得到的是 DNA,而不是其他分子?

也許 DNA 是在宇宙各處都可運作的唯一一種,也許 DNA 是唯一能夠輕易從原始地球化學混合物質中演化出來的東西,也許 DNA 本身就是一次凍結的偶發事件——第一種脫穎而出的「可複製與編碼」的分子系統,開始時由於還沒有多少競爭,而使自己趁機占據地球,接下來又因為自己已經占據要津,使其他競爭者更加沒機會進行競爭,因而成為主宰者。

我不清楚。但我知道,如果沒有數學,我們就永遠無法探知。

——本文摘自《生物世界的數學遊戲》,2022 年 9 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
110 篇文章 ・ 597 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。