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熱休克蛋白新發現:不再只能幫助蛋白摺疊,還跟外吐小體有關!

活躍星系核_96
・2018/09/13 ・1801字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 611 ・十年級
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  • 首圖說明:熱休克蛋白90(圖中以辣椒呈現)不僅僅能維持許多細胞內的穩定狀態,最新研究顯示除了它傳統的蛋白摺疊功能之外,更發現熱休克蛋白能促進小泡內體(multivesicular body)和細胞膜(圖中以黃色表示)的融合從而導致外吐小體(exosome)的釋放(途中以彩色珠子呈現),且此功能完全獨立於其原本的蛋白摺疊功能。 藝術原創:王俞鈞
  • 文/王俞鈞 │ 現於比利時魯汶大學攻讀生物醫學博士,專長為細胞內蛋白穩態以及神經分子生物學,研究領域橫跨生物化學,分子生物學,神經科學,以及神經退化性疾病。

熱休克蛋白在八零年代被發現,此蛋白會受熱刺激而大量表達,進而維持體內的蛋白穩定。熱休克蛋白90 在體內是一個非常常見的蛋白,佔細胞內蛋白表達量的百分之二,並且可以調控各式各樣的訊息傳導,能與其反應的受體蛋白更高達蛋白質全部種類數的百分之二十。

最新於 2018 年 9 月發表的研究顯示,熱休克蛋白不僅僅可以幫助蛋白質正常的折疊,更可以調節細胞膜的形變。熱休克蛋白90 已經被廣泛研究,許多功能已經被詳盡的報導,但比利時研究團隊近期發現了熱休克白90 的新功能:在原本已知的幫助蛋白摺疊功能外還可以改變胞膜的形變,誘導外吐小體 (exosome)的釋放。

經過近幾十年的研究,我們已經了解到熱休克蛋白90 的許多功能,其中最眾所皆知的就是幫助蛋白摺疊及穩定蛋白的構造,尤其是當細胞遭遇壓力或刺激。當這些損害已超出修補的限度時,熱休克蛋白更可以幫助降解受損或者錯誤折疊的蛋白,而這些無數的功能使得熱休克蛋白90 成為細胞內維持蛋白質狀態穩定極為重要調節因子。

胞膜的形變和外吐小體的釋放

此研究新近發表在分子細胞期刊(Molecular Cell),派翠克教授(Patrik Verstreken)和他在比利時魯汶大學(KU Leuven, VIB, Belgium)的研究團隊發現熱休克蛋白90不僅有協助蛋白摺疊功能,也有助於釋放外吐小體。

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研究團隊使用電子顯微鏡發現在熱休克蛋白90 突變的果蠅神經突觸末梢,有許多多小泡內體累積於細胞膜之下。 圖/原始論文

外吐小體(exosome)是一種極小的囊泡狀構造,經由細胞內多小泡內體(multivesicular body)與細胞膜的融合之後,外吐小體會被釋放到細胞外。這些小囊泡不但能攜帶生長所需重要的訊息傳導物質,也能散播致病的毒性蛋白。

研究員王俞鈞(Yu-Chun Wang)解釋:我們發現,熱休克蛋白90 可以直接參與改變胞膜的型態。熱休克蛋白表面的螺旋狀蛋白鍊結構有非常保守的帶正電胺基酸,能幫助多小泡內體和細胞膜的融合,最後促使外吐小泡的釋放。

圖文摘要示意:圖左呈現,在控制左的情況下,正電荷位在熱休克蛋白的表面,而此特徵在體外或生物體內能改變胞膜的構造,進而促進外吐小體的釋放。相反的,圖右呈現,當移除此正電荷或利用藥物改變蛋白二聚體的結構,會抑制其重塑胞膜的能力,並導致多小泡內體的累積。 圖/原始論文

研究員艾爾莎(Elsa Lauwers)補充:這個蛋白與胞膜的交互過程是能被調控的。熱休克蛋白90 通常成對才有功能,而這個成對結構有打開以及閉合的型態。我們可以通過突變前述的胺基酸區段來移除此正電區塊,或者經由藥物改變其蛋白結構的開合狀態來改變其功能,進而影響外吐小體的釋放。

神經退化性疾病和癌症治療

派翠克教授認為,外吐小體對於橫跨細胞的信號傳導十分重要,這些囊泡有可能在細胞間散佈有毒蛋白,此發現可能與許多神經退化性疾病有關。有毒蛋白例如普里昂(prion),突觸核蛋白(alpha-synuclein)或  Tau 都是會影響大腦功能的疾病,其在腦細胞間的傳遞機制就可能與外吐小體有關。普里昂會導致庫茲菲德─雅各氏症(Creutzfeldt-Jakob disease),俗稱的狂牛病(Mad cow disease),而突觸核蛋白或 Tau 沉積則與帕金森氏症(Parkinson’s Disease)或阿茲海默氏症(Alzheimer’s Disease)有關。

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熱休克蛋白的另一個已知功能,則是穩定特定的蛋白質來影響腫瘤轉移,目前臨床上的研究方向之一便是應用熱休克蛋白90 的抑制劑於癌症治療。此研究亦發現,前述的某些抑制劑也可能阻斷外吐小體的釋放,因此這項工作成果將可以為這些藥物的作用方式帶來重要的洞見,並且找出潛在的不良反應。

本論文研究團隊:比利時魯汶大學派翠克教授研究團隊,左起王俞鈞、艾爾莎、派翠克。 圖/王俞鈞提供

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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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從「衛生紙」開始的環保行動:一起愛地球,從 i 開始
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/03 ・1592字 ・閱讀時間約 3 分鐘

你是否也曾在抽衛生紙的瞬間,心頭閃過「這會不會讓更多森林消失」的擔憂?當最後一張衛生紙用完,內心的愧疚感也油然而生……但先別急著責怪自己,事實上,使用木製品和紙張也能很永續!只要我們選對來源、支持永續木材,你的每一個購物決策,都能將對地球的影響降到最低。

二氧化碳是「植物的食物」:碳的循環旅程

樹木的主食是水與二氧化碳,它們從空氣中吸收二氧化碳,並利用這些碳元素形成枝葉與樹幹。最終這些樹木會被砍伐,切成木材或搗成紙漿,用於各種紙張與木製品的製造。

木製品在到達其使用年限後,無論是被燃燒還是自然分解,都會重新釋放出二氧化碳。不過在碳循環中,這些釋出的二氧化碳,來自於原本被樹木「吸收」的那些二氧化碳,因此並不會增加大氣中的碳總量。

只要我們持續種植新樹,碳循環就能不斷延續,二氧化碳在不同型態間流轉,而不會大量增加溫室氣體在大氣中的總量。因為具備循環再生的特性,讓木材成為相對環保的資源。

但,為了木製品而砍伐森林,真的沒問題嗎?當然會有問題!

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從吸碳到固碳的循環

砍對樹,很重要

實際上,有不少木材來自於樹木豐富的熱帶雨林。然而,熱帶雨林是無數動植物的棲息地,它們承載著地球豐富的生物多樣性。當這些森林被非法砍伐,不僅生態系統遭到破壞,還有一個嚴重的問題–黃碳,也就是那些大量儲存在落葉與土壤有機質中的碳,會因為上方森林的消失重新將碳釋放進大氣之中。這些原本是森林的土地,將從固碳變成排碳大戶。

不論是黃碳問題,還是要確保雨林珍貴的生物多樣性不被影響,經營得當的人工永續林,能將對環境的影響降到最低,是紙漿和木材的理想來源。永續林的經營者通常需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。木材反覆在同一片土地上生成,因此不用再砍伐更多的原始林。在這樣的循環經營下,我們才能不必冒著破壞原始林的風險,繼續享用木製品。

人工永續林的經營者需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。

如何確保你手中的紙張來自永續林?

如果你擔心自己無意中購買了對環境不友善的商品,而不敢下手,只要認明FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。並且從森林到工廠、再到產品,流程都能被追蹤,為你把關每一張紙的生產過程合乎永續。

只要認明 FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。

家樂福「從 i 開始」:環境友善購物新選擇

不僅是紙張,家樂福自有品牌的產品都已經通過了環保認證,幫助消費者在日常生活中輕鬆實踐環保。選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌,這代表商品在生產過程中已經符合多項國際認證永續發展標準。

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「從 i 開始」涵蓋十大環保行動,從營養飲食、無添加物、有機產品,到生態農業、動物福利、永續漁業、減少塑料與森林保育,讓你每一項購物選擇都能與環境保護密切相關。無論是買菜、買肉,還是日常生活用品,都能透過簡單的選擇,為地球盡一份力。

選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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HIV 感染者的全新生活目標:抗病毒治療如何讓「絕症」變「慢病」?
careonline_96
・2024/12/04 ・3229字 ・閱讀時間約 6 分鐘

圖/照護線上

照護線上邀請到高雄醫學大學附設中和紀念醫院感染內科李雋元醫師來談談 HIV 治療,希望藉由 5 個問答能讓感染者對 HIV 治療有進一步認識。

Q1:穩定服用 HIV 抗病毒藥物後,對於治療成果以及生活可以有哪些期待?能像正常人一樣嗎?

近二十年來,HIV 感染議題得到許多重視。在許多國家政府、公共衛生學者努力下,HIV 感染者的醫療照護都有大幅進步。目前有越來越多有效且副作用很低的抗病毒藥物可以選擇,只要持續穩定服用,感染者目前預期壽命已經很接近非感染者,HIV 整體從高致死率演變為慢性可控的疾病。

從生活面來觀察,目前國際間大力提倡 U=U 共識,期望 HIV 感染者不被外界所歧視隔絕,相信在逐步去汙名化的努力下,能讓穩定控制的感染者重新回歸正常的社交生活,讓感染者與非感染者的生活面向減少差距。

僅管預期壽命與非感染者無顯著差異,隨著壽命延長,感染的朋友們會逐漸面臨到需與慢性共病相處的問題。雖然我們現在能將 HIV 病毒控制到測不到病毒量,但是慢性發炎以及宿主的免疫活化會使得感染的朋友們有較高的風險會得到慢性共病。常見的慢性共病包括心血管與三高等問題,或是精神相關共病。這些慢性共病成為我們治療 HIV 的另一個挑戰。

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Q2:醫師您提到精神相關共病問題,是指HIV感染者有憂鬱症狀嗎?感染者是否大多沒有自覺需要尋求醫療照護?

根據研究觀察,感染的朋友們確實有許多憂鬱、焦慮、失眠等精神相關共病。

國外研究指出,感染的朋友們會有失眠的比例占六成、憂鬱占近四成,而在焦慮上也有約三成比例。而台灣相關研究引用健保資料庫調查發現,有將近二成感染的朋友們有重度憂鬱相關診斷、亦有四成感染的朋友們使用幫助睡眠藥物。臺大醫院針對感染者做分析調查,發現北台灣地區穩定病毒控制的感染者,其中仍有四成有憂鬱、焦慮的症狀表現。

HIV感染者留意精神性共病症狀
圖/照護線上

對於精神共病治療,從憂鬱症狀到接受診斷的過程有一大斷層。有憂鬱的感染者在臨床端被診斷出的比例不到一半,有很多原因導致診斷偏低的情況:感染者覺得身心問題與感染科就診無關、身心問題不需要和照護醫師說明,這是身心科的範疇;或是覺得短暫壓力,放著可能就會好等等。

倘若感染的朋友沒有主動與照護團隊提及,如果診治的醫師也沒有意識到感染者的精神相關共病盛行偏高而主動詢問的話,可能會加大憂鬱症狀接受診斷的斷層落差。感染者的心理健康是聯合國及世界HIV治療的關注新趨勢,因此也希望強化感染者和醫療端的雙向溝通,提升感染者的心理健康。

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Q3:為什麼感染者經常有憂鬱、失眠的情況,是因為 HIV 感染的關係嗎?該如何改善?

感染者面對的是更多外在壓力,這些壓力可能來自家庭、職場甚至是社會等等,他們也因HIV受到比常人更多的歧視與偏見,進一步造成難以承受的壓力,當這些壓力沒能被妥善處理,精神相關共病就會產生,帶來高比例的憂鬱或失眠問題。

此外,一些內科的疾病,例如甲狀腺功能不足、維他命 B12 不足,或是一些藥物的使用,例如類固醇的使用,也可能帶來這些精神相關症狀。最後,抗 HIV 病毒藥物也可能帶來精神相關的症狀。因此,也須注意每一個藥物仿單警語的標註。

面對感染者的精神相關共病,在醫療端我們能協助並陪伴感染者面對外在壓力,透過照護團隊提供關懷,同時評估是否有內科疾病或相關用藥導致。這些可能性都排除後,我們會進一步檢視抗 HIV 病毒藥物的影響,並評估是否要做用藥的調整。必要時,我們也會轉介身心科做後續照護。

為什麼感染者經常有憂鬱、焦慮、失眠的情況
圖/照護線上

Q4:身為 HIV 感染者,隨著年紀增長該擔心哪些共病?有哪些因素會罹患共病?

隨著感染者年齡增加,感染的朋友們有更早以及更高的風險得到一些慢性共病,像是高血壓、高血脂、高血糖等三高問題,心血管、腎臟疾病,也有腫瘤問題,例如肛門、直腸腫瘤都較為常見。

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感染者雖然透過抗病毒藥物控制病毒量,達到測不到的狀態,但病毒實際上還是存在體內,讓感染者處於長期慢性發炎的狀態,因此容易得到慢性共病。

除此之外,我們也應考慮一些非 HIV 相關的傳統風險因子,較常見像是抽菸與飲食作息習慣帶來的心血管問題,或是同時感染病毒性肝炎等問題,都是進一步加重感染者罹患慢性共病的原因。

HIV感染者共病預防
圖/照護線上

關注抗 HIV 病毒用藥也不容忽視。每種藥物的特性不同,有些藥物對血脂較友善、有些對心血管風險、或是精神相關共病較友善,這部分臨床端會藉由常規問診和抽血檢驗來做評估,若發現異常後會去評估是否要調整用藥。但醫療照護是雙向的,有些情況醫療端能主動發掘,但也有些情況不容易發現,特別是憂鬱、失眠等問題,需要藉由雙邊有自覺的注意與溝通去達成共病預防。

Q5:通常什麼情況下臨床醫師會考慮更換抗 HIV 病毒藥物?若需改變藥物時有哪些事項該注意?換藥後可能影響病毒控制成果嗎?

當 HIV 病毒控制不良或失敗時,考量到可能有抗藥性突變的產生,醫師們會評估抗病毒藥物的調整。另外當 HIV 病毒量穩定控制時,如考量各類共病與失眠等問題,或是藥物本身中、長期可能帶來的不良反應,亦或是藥物間彼此的交互作用等因素,甚至是吞服的順從性等問題,醫師也會與患者溝通並考慮是否要更換抗 HIV 病毒藥物。

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換藥後,在初期醫師會較密集地追蹤評估,去確認是否有逐步達到換藥的目的。例如病毒量是否能更好控制、免疫有無回升,中、長期處方不良反應是否有改善,更進一步還要追蹤換藥後有無產生新的不良反應。待達到穩定控制後,會回歸到慢性處方開立,二至三個月回診追蹤即可。

日常建議與呼籲

面對 HIV 感染者,我們是多專科團隊協助照護。不只醫師群,還有個管師、藥劑師、社工等。我們清楚知道感染的朋友們會面臨許多疾病控制以及社會議題的圍繞。因此,我們鼓勵感染的朋友們若有身體、心理、社會上的問題,都能夠和自身的照護團隊溝通討論,雖然有些問題並非單獨醫療端能夠改善,像是整體社會的歧視偏見,但病毒的壓制與慢性共病的評估與預防是我們可以共同努力的,希望感染的朋友們有任何不適都能和照護團隊溝通。

也呼籲感染的朋友們要按時施打疫苗強化免疫,像是流感或是新冠疫苗、還有肝炎疫苗和猴痘疫苗,都能幫助感染的朋友們有更健康的身體迎接每一天。

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careonline_96
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自然界中的頂級騙術:動植物如何在進化中化身大師級騙子——《跟達爾文學投資》
今周刊出版
・2024/12/03 ・2135字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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綠蛙的低頻謊言:聲音中的進化騙術

曾因為 2008 年全球金融危機而受害的人,可能都曾把所知道的髒話用來罵我們這些金融從業人員。如果你不是演化生物學家,你可能認為只有我們這種狡詐的生物才會欺騙人。但是,並非如此。

我們就先從綠色的青蛙開始談起。

與大多數動物一樣,綠蛙的交配期很短。在這個關鍵時期,公蛙需要積極保衛自己的領土,才能將繁殖成功率提到最高。體型較大的公蛙發出的呱呱叫聲,頻率比體型小的叫聲更低,藉此宣傳自己的體型和統治地位。因此,公綠蛙在演化過程中會避開體型更大、更壯的綠蛙,所以不會進入充滿低頻呱呱叫聲的範圍。牠的大腦認定低頻呱呱聲,等同牠無法打敗的對手。

如果你是一隻體型小的綠蛙,你會怎麼做?過著沒有伴侶的生活,從未交配就死亡嗎?不是,一些小綠蛙找到一種方法降低牠們的訊號音調,以顯示牠們的體型比實際上更大。這種能力使牠們能夠藉此欺騙體型比自己大的公蛙,以保護自己的領土。一些小綠蛙利用低頻率的呱呱聲來發送欺騙訊號,而獲得演化上的優勢。這種欺騙的訊號很容易產生,發出訊號的小綠蛙所付出的代價非常小。

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小綠蛙用低頻呱呱聲偽裝體型,欺騙對手獲得優勢。圖/unsplash

如果各位認為綠蛙是狡猾的小傢伙,那麼神奇的招潮蟹的惡作劇,

一定會讓人非常難忘。

招潮蟹的假螯戰術:以假亂真制勝對手

招潮蟹(又譯提琴蟹)比綠蛙更進一步,發展出能力以欺騙母蟹和其他公蟹。公招潮蟹都有一只大而強壯的螯,既可以用來與其他公蟹打鬥,又可以吸引母蟹。研究人員發現,母蟹特別偏好螯較大的公蟹,而這些螯較大的公蟹也能成功威懾其他公的競爭者。當一隻公蟹在戰鬥中失去大螯,通常會長出一只新的螯,這只新螯比較輕、沒那麼粗壯,也更脆弱,但是它的尺寸仍可能很大,看起來和之前那只更重、更致命的螯一樣有力。

這些再生的螯成功地欺騙了公蟹和母蟹。母蟹無法區分這些冒牌貨和擁有較重的「真螯」的公蟹。甚至擁有「真螯」的公蟹,也不會和那些較輕、較弱,但外觀看起來很了不起的再生螯公蟹發生衝突。研究人員發現,在招潮蟹族群中,高達 44% 的公蟹可能有再生的螯。千萬別以為只有我們這些金融從業者不值得信任!

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如果各位以為只有動物會發出欺騙訊號,那就錯了。

蘭花的費洛蒙迷局:黃蜂的交配陷阱

植物是騙術大師。由於植物無法奔跑或躲藏,所以許多植物的生存策略就是欺騙其他植物或動物。澳洲某些品種的蘭花就是其中一個最好的例子(對黃蜂來說則是最糟糕的例子)。澳洲有大約 1400 種蘭花,其中大約有 250 種蘭花採取欺騙公黃蜂以實現授粉的策略。

植物也是天生的騙術大師,澳洲約 250 種蘭花通過欺騙公黃蜂完成授粉。圖/unsplash

它的欺騙策略是這樣的。當一隻母黃蜂(一生中大部分時間都生活在地下產卵)準備交配時,牠會從地下出現並釋放出一種獨特的費洛蒙來吸引公黃蜂。許多公黃蜂通常會降落在母黃蜂身上並開始瘋狂交配。這沒什麼奇特的。好吧,這確定有點令人不安,但你懂我的意思。

這時蘭花出場了。許多蘭花品種發現了一種方法,可以釋放與母黃蜂相同的費洛蒙。結果呢?公黃蜂與蘭花交配,因此接觸到花粉,受騙的公黃蜂將花粉帶到其他花朵上再次「交配」,然後留下前一朵花的花粉!

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我想在此提出一個必要的說明,而且為了避免把動植物擬人化而造成讀者誤解,我之後還會再多說幾次。到目前為止討論中的「誠實」和「欺騙」這兩個詞,並不表示傳達訊息者的意圖。這兩個詞只是指出訊號對接收者所造成的影響。當一個訊號愚弄接收者時,就是欺騙;當接收者了解訊號原本的意思時,就是誠實的。蘭花不是故意釋放特定的費洛蒙,招潮蟹也不是有意識地製造一個假的大螯。這些生物都是經過數百萬年天擇的磨練,所創造出來的產物。

舉例來說,無害的牛奶蛇的祖先,可能因為隨機突變而發展出毒珊瑚蛇的顏色。這些突變個體的存活率,會比未突變的同類還要高,並且生下更多具有相同模式的牛奶蛇寶寶。結果這些牛奶蛇寶寶更安全,不會被掠食者吃掉,並且會成功地繁殖更多具有相同彩色圖案的後代。經歷過許多代之後,所有的牛奶蛇都擁有與珊瑚蛇相同的顏色與斑紋。在這個過程中,牠們的欺騙訊號臻至完美。

——本文摘自《跟達爾文學投資:取經大自然,從物競天擇脫穎成為市場贏家!》,2024 年 10 月,今周刊出版,未經同意請勿轉載。

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