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「癌症預防」更進一步:台灣光子源解出「肝癌衍生生長因子」誘發癌症機制

PanSci_96
・2018/03/08 ・1368字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 626 ・十年級
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國家同步輻射研究中心陳俊榮教授、陳俐穎博士生研究助理,以及國立中山大學生物醫學研究所戴明泓教授等人,耗時近五年首度解析出「肝癌衍生生長因子」(Hepatoma-Derived Growth Factor,HDGF)結合基因的三維結構,成為全球第一個從結構生物學角度,發現肝癌衍生生長因子誘發癌症機制的研究團隊。研究成果於 1 月 10 日登上國際期刊《科學報導》(Scientific Reports)。

從結構生物學角度解出肝癌衍生生長因子誘發癌症的機制

肝癌衍生生長因子是一種不好的蛋白質,起初是在人類肝癌細胞中被發現,它能與基因結合並啟動基因調控的功能,讓正常細胞轉變成癌細胞。研究顯示它與十大癌症的誘發有密切關聯,包含了非小細胞肺癌、肝癌、乳癌、口腔癌、前列腺癌、胃癌、胰臟癌、食道癌以及卵巢癌等。

陳俊榮教授說,過去無法直接觀察到肝癌衍生生長因子的「基因結合反應區」,所以不瞭解癌症誘發的機制。這個研究利用台灣光子源(Taiwan Photon Source,TPS)首度解出人類肝癌衍生生長因子的基因結合反應區,解析度達 0.28 奈米,相當於頭髮直徑的三十萬分之一,並發現此區會與基因結合且交換訊息,進而刺激細胞增生。根據這些訊息,未來將可望研發專一性藥物,從源頭阻止基因調控以直接抑制癌細胞生成。

台灣光子源讓過去看不見的東西被看見

台灣光子源。 圖/國家同步輻射研究中心

台灣光子源的亮度,是台灣光源(Taiwan Light Source,TLS)的一萬倍以上。這個研究初期使用台灣光源進行實驗,每個樣品至少耗費 1.5 小時才能取得數據,但由於樣品被 X光長時間照射後破壞,所得到的數據卻無法正確解出肝癌衍生生長因子的基因結合反應區結構,直到使用台灣光子源才迎刃而解,而台灣光子源只需 12 秒就能取得一個樣品的數據。

陳俊榮教授說,台灣光子源的超高亮度 X光,是解析結構的重要關鍵。因為樣品曝光時間大幅縮短 450 倍,所以樣品在遭受 X光破壞之前,就已經取得完整的數據。台灣光子源的優質光源,可運用在極為複雜的蛋白質結構解析,為生命科學研究開啟新契機。

陳俐穎表示,此研究最困難的關鍵技術之一,在於利用「蛋白質結晶學技術」培育高品質的蛋白質晶體,由於肝癌衍生生長因子的結構相當不穩定,所以培養晶體的難度極高,五年間培育並篩選了近千個晶體,再加上台灣光子源的加持,才有了重要突破。

從癌症治療進擊到癌症預防

肝癌衍生生長因子誘發癌症的機制。 圖/國家同步輻射研究中心

現階段對抗癌症的方法,都是在癌症發生之後,再以化療、標靶藥物或免疫療法等方式攻殺癌細胞。未來,根據肝癌衍生生長因子誘發癌症的機制,將可望發展專一性高、副作用低的藥物,以降低體內肝癌衍生生長因子的量,或抑制肝癌衍生生長因子之基因結合反應區的功能,就能有效減少癌細胞生成,從「癌症治療」進擊到「癌症預防」。

此外,肝癌衍生生長因子還可以作為癌症風險評估與早期偵測的重要指標,以期能在黃金治療期內發現癌症,並提高存活率。

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PanSci_96
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臺大獸醫研發動物用奈米疫苗,有效預防冠狀病毒
活躍星系核_96
・2016/08/24 ・803字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 637 ・十年級
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  • 圖/台灣大學新聞稿

動物用疫苗市場乃各大生技藥廠兵家必爭之地,每年全球之市場規模可達數十億美元,近年來更由於人畜共通傳染病頻傳,讓預防與維持動物健康成為了公共衛生領域的重要議題。

冠狀病毒對全球人畜之威脅

其中,冠狀病毒正是發生於人類與動物高致死率疾病的頭號元兇,例如 2003 年發生的嚴重急性呼吸症候群(SARS),以及 2012 年始於中東地區、隨後蔓延至全世界的中東呼吸道症候群(MERS);而禽類的冠狀病毒則會讓肉雞、蛋雞及種雞等引發支氣管炎、肺炎、腎衰竭等症狀,甚至造成輸卵管病變導致雞隻的「不孕」,讓臺灣及全世界的雞農蒙受重大經濟損失,因此,研製效果良好、成本低廉的動物用疫苗為產學界一致努力的目標。

圖片來源:Compassion in World Farming@flickr, bu NC 2.0
圖/Compassion in World Farming@flickr, by NC 2.0

台大獸醫系運用奈米科技打造疫苗

本次創新研究是由臺大獸醫系陳慧文老師實驗室學生黃湞鈺、林舒怡、方紫珣、許宸瑄共同參與,並與中央研究院生醫所胡哲銘博士主持之奈米醫學實驗室合作完成。研究團隊突破傳統病毒疫苗製作之框架、跨領域運用奈米科技,以奈米金顆粒與冠狀病毒棘突醣蛋白結合,開發出人工合成的類病毒顆粒(synthetic virus-like particles)。

此顆粒在形態與特性上,與原態之冠狀病毒非常相似,能模擬病毒、在動物體內誘發免疫反應。研究團隊先以小鼠模式,證明此顆粒能成功被免疫系統辨識並活化抗體生成,再進一步使用無特定病原雞隻的冠狀病毒感染模式,證實此合成的類病毒顆粒能有效增強雞隻的抗病毒免疫反應、降低臨床症狀、阻斷病毒於組織中的複製,效果優於傳統的次單位疫苗與不活化疫苗。

研究團隊以前瞻跨領域的生物科技開發出新式奈米疫苗,其製備過程簡單快速,能降低成本、符合動物用藥的市場需求。此研究已於 2016 年 8 月 15 日刊登在 Biomaterials 期刊。

本文改寫自台灣大學新聞稿。

原始論文:

  • Synthetic Virus-like Particles Prepared via Protein Corona Formation Enable Effective Vaccination in an Avian Model of Coronavirus Infection. Biomaterials. doi:10.1016/j.biomaterials.2016.08.018 (2016)
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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在挪威,323頭馴鹿被雷劈死
鄭國威 Portnoy_96
・2016/08/29 ・520字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 505 ・六年級
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  • 被雷劈死的馴鹿,屍體散佈區域約為 50-80 公尺。圖/Håvard Kjøntvedt,挪威環境督察。

想抓皮卡丘嗎?他們可能都聚在這裡了,但遭殃的卻是聖誕老公公的好馱獸。

上週五(2016/8/26),隸屬於挪威環境局的自然監察署(Norwegian Nature Inspectorate, NNI)發現,在該國南部區域同時出現 323 頭死亡的馴鹿,根據週日發出的新聞稿,其中有 70 頭還是幼獸,官員認為強烈的雷暴降下雷擊是死因。

這起可能是歷史上最具殺傷力的雷擊事件,發生在鄰近挪威哈當爾國家公園(Hardangervidda)的私人打獵區中,當局並不清楚到底是一次或是多次雷擊造成這樣的傷亡,已派人前往該區域採樣。哈當爾國家公園內估計有超過一萬頭野生的馴鹿在其中遷徙。挪威自然監察署發言人 Knut Nylend 認為,馴鹿之所以大規模死亡,可能是因為牠們通常一頭緊依著一頭的習性,而在雷暴時可能因為害怕而貼得更緊。

根據金氏世界紀錄,先前殺死最多牲畜的雷擊事件發生在 2005 年,澳洲有 68 頭牛死亡,而雷擊造成最多人類傷亡的事件則是 1971 年秘魯航空墜機於亞馬遜森林事件,機上 91 人喪生(但有一人活下來)。不過金氏紀錄過去沒有針對雷擊造成野生動物死亡的事件作記錄。

嗚呼哀哉。

 

資料來源:Lightning strike kills 323 reindeer in Norway, The Verge

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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 608 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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水稻也怕雨下不停:該如何挺過淹水逆境?
PanSci_96
・2019/03/08 ・1276字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 600 ・九年級
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雨下不停怎麼辦?水稻雖然長在半水半土的水田環境,然而,如果秧苗被「滅頂」太久,仍會因缺氧而死。因此,每次颱風或豪雨來襲,總是讓稻農們特別憂心,深怕水患帶走長期耕耘的心血,也恐造成臺灣稻米產量的損失。

中央研究院農業生物科技研究中心施明哲特聘研究員,與生物化學研究所何孟樵助研究員合作,結合植物生理學及生物物理學,找到水稻偵測、啟動對抗淹水逆境的機制,並發現其中的關鍵蛋白質─SUB1A-1如何不被氧化分解,進而保護水稻挺過淹水逆境。此研究成果有助進一步掌握水稻的抗淹水機制,並已於今(2019)年2月初刊載於《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

為了對抗淹水逆境,部分在來米品種會仰賴一個名為SUB1A-1的重要蛋白質求生。帶有這個蛋白質的水稻就算遭遇淹水,仍可以泰然處之。如同一隻進入冬眠的熊,稍稍暫停生長、保存能量,等待大水退去的一天。即便淹水的時間長達兩個星期,只要大水退去,秧苗依然能繼續生長。

SUB1A-1的發現,讓稻農更有信心面對淹水,但令研究人員好奇的是,SUB1A-1究竟如何啟動水稻細胞中的抗淹水功能?

何孟樵助研究員表示,本研究首要發現,當水稻遭遇淹水逆境時,其細胞內的SUB1A-1是其實只是一系列「抗淹水機制」的開始。因為SUB1A-1會啟動另外兩個重要的蛋白質,名為ERF66與ERF67。透過這兩個基因作用,還會再進一步啟動更多相關基因,進入抗淹水的「緊急狀態」,幫助水稻度過水患。

更重要的是,研究團隊證實,在ERF66與ERF67這兩個轉錄的蛋白質序列中,有一段特殊的「降解決定區域(N-degron)」,就像內建一台淹水警報器,可以偵測水稻是否已遭遇淹水,並決定要不要啟動對抗淹水的應變機制。

在一般情況下,降解決定區域會與細胞內的氧氣發生氧化作用,進而讓ERF66與ERF67都被分解消滅;但是,一旦秧苗被大水滅頂,細胞內形成了「缺氧」的環境,便因為該區域不再發生氧化作用,ERF66與ERF67得以繼續運作,啟動後續的抗淹水基因群,幫助水稻挺過淹水逆境。

研究團隊推測,水稻即是仰賴此一「SUB1A-1/ERF66/ERF67系統」,感測淹水所造成的缺氧環境,進而啟動體內相關的抗淹水機制。

研究團隊也推測,SUB1A-1蛋白質,是藉由其自身特殊的3D立體結構,將其降解決定區域遮蔽起來,使其不會被氧化、分解。除了在淹水時啟動稻米的保護機制,而在非淹水的時候,SUB1A-1也同樣利用這個特殊的結構,讓自己持續運作,幫助稻米對抗乾旱、活性自由基、缺光等其他的環境逆境。

現今的氣候變遷大大增加未來糧食危機的可能,過去研究雖已發現SUB1A-1可有效幫助水稻抗淹水,但對其機制卻不了解。本次研究團隊進一步發現,SUB1A-1獨特的抗淹水方式,將有助於了解水稻是如何應對淹水逆境而存活,甚至,可以用來找尋其他經濟作物是否有同樣的抗淹水機制,並對其生長、抗逆境有更精準的掌控。

  • 本篇論文已於2月5日刊載於《美國國家科學院院刊》(PNAS),文章標題為:Regulatory cascade involving transcriptional and N-end rule pathways in rice under submergence。本研究由本院、科技部與臺灣蛋白質計畫支持。
  • 本文改寫自中研院新聞稿
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