全國中小學科展

依國際科展年度查詢

生物化學

探討粒線體蛋白質GATD3A的結構、功能以及去糖化機制

GATD3A 是粒線體中的蛋白質,被推測可能具有「去糖化」的能力,能移除AGEs。糖尿病、帕金森氏症、阿茲海默症皆與人體中過高濃度的AGEs有關,因此GATD3A具有相當高的研究價值。 本研究探索GATD3A(麩醯胺酸轉移酶樣1 類結構域 3A),經基因合成與蛋白表現後,大量製備蛋白質並探討其結構與功能。目前已得到蛋白質最佳製備環境、成功培養出蛋白質晶體,進行了結構分析,了解其結構、保守性、親水性及電性等,對於酵素適合反應的溫度、pH值也有初步了解。未來也會利用酵素動力學計算酵素活性、並製備糖化蛋白質,進行去糖化測試,探討 GATD3A 是否具有臨床運用於糖尿病患者之糖化血紅素去糖化的可能性。

3-氨基苯硼酸修飾的奈米纖維素與二硫化物交聯製成的核酸奈米水膠在抗癌藥物載體的應用

為了改善癌症藥物載體的標靶性,3-氨基苯硼酸與二硫化物同時拿來修飾天然材料奈米纖維素和植物核酸。3-氨基苯硼酸可以和高度表現唾液酸的癌細胞結合,二硫化物可以被癌細胞內高度表現的穀胱甘肽切斷雙硫鍵而釋放藥物。利用油包水的乳化方式,將化療藥物包覆。這些雜合奈米膠粒徑界於 100 到 150 奈米之間,是帶負電的球狀構造。高濃度(2 毫克/毫升)的奈米膠對正常細胞的毒性很低。3-氨基苯硼酸修飾的組別可以誘發更多的癌細胞死亡,而且比二硫化物的標靶效果更好。具有 3-氨基苯硼酸修飾的組別可以促進更多的癌細胞吸收化療藥物,以及被細胞核染劑染上螢光。本研究提供標靶性藥物載體在癌症治療一個替代的方式。

探討粒線體蛋白質GATD3A的結構、功能以及去糖化機制

GATD3A 是粒線體中的蛋白質,被推測可能具有「去糖化」的能力,能移除AGEs。糖尿病、帕金森氏症、阿茲海默症皆與人體中過高濃度的AGEs有關,因此GATD3A具有相當高的研究價值。 本研究探索GATD3A(麩醯胺酸轉移酶樣1 類結構域 3A),經基因合成與蛋白表現後,大量製備蛋白質並探討其結構與功能。目前已得到蛋白質最佳製備環境、成功培養出蛋白質晶體,進行了結構分析,了解其結構、保守性、親水性及電性等,對於酵素適合反應的溫度、pH值也有初步了解。未來也會利用酵素動力學計算酵素活性、並製備糖化蛋白質,進行去糖化測試,探討 GATD3A 是否具有臨床運用於糖尿病患者之糖化血紅素去糖化的可能性。

利用氧化應激法結合膠原蛋白微島嶼誘導人類臍帶間質幹細胞分化

再生醫學透過控制幹細胞分化以應用於修復受損或是建構新組織。目前誘導幹細胞分化的方法多為添加成長因子的化學誘導法,然而此方法具有高成本和費時等缺點。在本篇研究中,我們以人類臍帶間質幹細胞,作為誘導分化對象,使其貼附於具最適化圖形的膠原蛋白微島嶼,結合大氣電漿及 H2O2 二種氧化應激法刺激細胞,探討誘導 WJ-MSC 幹細胞分化的最佳條件。在本研究中,我們發現單獨使用大氣電漿處理可使成骨分化率增加,而大氣電漿處理再加上星形微島嶼培養細胞時,則更顯著的提高成骨分化率。未來嘗試以 H2O2 誘導幹細胞分化, 並進一步探討大氣電漿和 H2O2 提高脂肪分化率的條件、影響分化的機制,期望能此新技術取代傳統化學誘導法,對組織工程做出貢獻。

利用合成生物學重建酵母菌性別轉換系統

本研究旨在解決摩爾定律和庫梅定律的困境,利用合成生物学將酵母菌配型變換的特性改變為一種運算機制。首先,以HO內切酶切割不同配型的酵母菌(MATa和MATα)染色體使其進行配型變換,並用顯微鏡檢視是否達成交配和計算效率。其次,利用同源重組將製造必需胺基酸(TRP1和HIS3)的基因替換配型變換中會置換的配型基因(a和α),將酵母菌配型變換改造為二進位生物運算單元。本實驗設計了引子用於PCR確認酵母菌第三條染色體中是否準確插入TRP1/ HIS3序列。目前成功以HIS3基因轉殖重建酵母菌的配型。這項研究為隨後涉及不同配型變換以及利用CRISPR系統進行計算應用的更廣泛研究提供了基礎。

Insights into the Anti-Inflammatory Effects and Physicochemical Properties of Polysaccharides Extracted from Selected Medicinal Mushrooms

硫磺菇(Laetiporus sulphureus)和桑黃菇(Sanghuangporus sanghuang)是東亞,特別是台灣森林中的兩種真菌。這些真菌的次級代謝物,特別是多醣,具有抗炎和抗癌的生物效應;其地面子實體長期被當地人作為傳統藥物使用。然而,這些藥用特性及其機制尚未充分研究。本研究旨在分析和量化這些真菌多醣的抗炎效果。從硫磺菇中提取硫酸化多醣,從桑黃菇中提取非硫酸化多醣,並使用水和乙醇進行多步純化。隨後,將純化後的產品餵給巨噬細胞進行體外測試以檢查其抗炎性。硫酸化多醣的最佳濃度為150 ppm,能夠最大程度地降低自由基濃度21.6%,且不影響細胞活力。相比之下,桑黃菇的所有多醣濃度均顯示出增強的細胞炎症,顯示其作為藥物無效,因為沒有去除真菌毒素。相比之下,硫磺菇的硫酸化多醣顯示出其藥用潛力,對生物醫學和生物探索領域具有新啟示。

RBM4調控BDNF表達對發育的重要性

RBM4 是種 RNA 結合蛋白,以其在各種組織中作為剪接調節因子進而豐富了蛋白質多樣性而受到關注。在我的研究中,藉由 RNA 定序找到了可能由 RBM4 主導的選擇性剪接, 包含 Rbfox2、Prpf40b 和 Add3 等,並發現這些剪接事件在不同時間點和組織中存在差異。因為在不同的組織中看到了選擇性剪接的變化,更透過觀察組織切片比較了野生型與 Rbm4 基因剔除的小鼠中其腦部、心臟、骨骼肌、棕色脂肪組織和胰臟的表現型,進而發現這些差異與基因的關聯。 此外,我的研究揭示了 Rbm4 雙基因剔除小鼠在骨骼肌和胰臟中 Bdnf 和一些指標基因的 mRNA 表現量明顯下降。而令人驚訝的是,腹腔注射 TrkB 活化因子 DHF 能夠顯著地完全恢復 Rbm4 雙基因剔除小鼠中的 Bdnf 表現量。這些發現共同突顯了 RBM4 在調控 Bdnf 中的關鍵作用,並展示了 DHF 作為潛在治療方法的有效性。

探討CTEN影響NF-кB路徑與細胞遷移之關聯性

C-terminal tensin-like(CTEN)是種可調控細胞遷移的蛋白質。在正常細胞中, CTEN 表現量低且多位於細胞質;然而癌細胞的 CTEN 則是過量表現於細胞核中,且目前研究指明 CTEN可能影響NF-κB路徑的活化,因此本研究探討癌細胞核中 CTEN 對 NF-κB 訊息傳導路徑,以及細胞遷移癌化的機制。目前研究結果證實:表現量位於癌細胞核的實驗組對於NF-κB轉錄活性有顯著的提升(其p-value < 0.05),且與空白對照組比較,其提升細胞遷移的能力約增加11倍。實驗挑選六種與細胞發炎、癌化相關的基因 ,以qPCR 測定CTEN與其表現量的關係,歸納結果得知癌細胞核中 CTEN 與這些基因沒有明顯的正相關。本研究接續研究CTEN影響NF-κB路徑及其與EMT的關係,瞭解CTEN、基因在這些路徑的交叉作用,將可提供更為新穎的癌症治療干預靶點。

培養間葉幹細胞以了解三微環境對形成脂肪過程基因表現的影響

本研究旨在比較人類間葉幹細胞 (human Mesenchymal Stem Cells, hMSCs) 在三維球形微孔和二維平面聚丙烯醯胺 (polyacrylamide, PA) 水凝膠上的生長和分化特性。我們製備了具有60μm直徑球形微孔陣列的PA水凝膠平面PA水凝膠,將hMSCs培養在這兩種不同的基質上,加入藥劑誘導向脂肪細胞分化七天。透過細胞計數、形態學觀察和成像分析,我們系統地比較了細胞在兩種環境下的形態變化、脂大小 和分化進程。再透過RNA-seq分析,我們找出了三維及二維環境培養的細胞的差異表達基因,並做出火山圖與熱圖。 本研究建立一種新型三維球形微孔的培養環境、,成地地 hMSCs提供更接近體內條件的微環境。進一步觀察hMSCs在三維環境中生長與分化,期許 組織工程和再生醫學領域提供新的見解和潛在的應用方向。

培養間葉幹細胞以了解三微環境對形成脂肪過程基因表現的影響

本研究旨在比較人類間葉幹細胞 (human Mesenchymal Stem Cells, hMSCs) 在三維球形微孔和二維平面聚丙烯醯胺 (polyacrylamide, PA) 水凝膠上的生長和分化特性。我們製備了具有60μm直徑球形微孔陣列的PA水凝膠平面PA水凝膠,將hMSCs培養在這兩種不同的基質上,加入藥劑誘導向脂肪細胞分化七天。透過細胞計數、形態學觀察和成像分析,我們系統地比較了細胞在兩種環境下的形態變化、脂大小 和分化進程。再透過RNA-seq分析,我們找出了三維及二維環境培養的細胞的差異表達基因,並做出火山圖與熱圖。 本研究建立一種新型三維球形微孔的培養環境、,成地地 hMSCs提供更接近體內條件的微環境。進一步觀察hMSCs在三維環境中生長與分化,期許 組織工程和再生醫學領域提供新的見解和潛在的應用方向。