打破基因規則的動物：馬、驢與斑馬的耐力之謎來自一場「停止密碼突變」
馬、驢與斑馬在演化上展現出卓越的耐力與爆發力，遠超多數哺乳動物，但其分子生理基礎長期未明。近日，《Science》期刊發表一項來自約翰霍普金斯大學與范德堡大學的合作研究，解開這些馬科動物之所以能在運動表現上傲視群倫，竟與一項罕見的「基因重譯（recoding）」現象有關——它使一個應該終止蛋白合成的基因訊號，在馬的細胞中被繼續翻譯成有功能的完整蛋白。
研究團隊聚焦於 KEAP1 基因，它是調控抗氧化反應與粒線體能量代謝的關鍵因子。在馬的基因中，KEAP1 序列第15個密碼子為「opal」終止密碼，照理會中止蛋白質合成，導致功能喪失。但透過質譜儀與功能分析，研究人員驚訝地發現，馬的細胞能無視這個停止訊號，將其誤譯為「半胱胺酸」並完成整段蛋白的翻譯。這種在無特定 mRNA 指引下的終止密碼重譯，在脊椎動物中前所未見。
研究人員進一步以 CRISPR 編輯人類細胞進行比對，並分析翻譯機制中的關鍵蛋白如 SBP2 與 eEFSec，發現馬科動物在這兩者的結構上出現特殊突變，能促進「跳過」終止密碼的現象。這些突變與 mRNA 末端的特殊結構形成協同效應，使馬能穩定合成完整 KEAP1 蛋白，強化細胞氧化壓力調控與能量產出。
可加速粒線體呼吸，降低氧化壓力，增強運動表現
該突變存在於所有現生馬科物種，顯示其可能在馬科早期演化階段即已出現，成為促進高效有氧代謝與長距離奔跑能力的關鍵演化優勢。
此一發現不僅改寫我們對基因翻譯規則的理解，也對醫學領域具有潛在意義。人類約 10% 的遺傳性疾病與過早出現的終止密碼有關，此研究提供一項自然發生的「正向重譯」模型，未來可望用於開發針對此類疾病的基因治療策略。馬的「基因逆轉機制」，不僅是動物生理學上的突破，也為轉譯醫學開啟嶄新方向。
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圖片來源：Science (CC BY 4.0)
參考論文：
Running a genetic stop sign accelerates oxygen metabolism and energy production in horsesScience
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