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燃燒我的卡路里~最新研究發現「燃燒脂肪」的關鍵基因

PanSci_96
・2019/09/27 ・1229字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 601 ・九年級
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  • 一直吃一直吃一直吃。圖/giphy

近年來臺灣人的肥胖問題持續上升,現在平均每 2~3 個人就有 1 個人有脂肪肝。而肥胖症與糖尿病、心血管疾病、中風和癌症等疾病息息相關,其中飲食誘導的「肥胖」(Diet-Induced Obesity, DIO)更是全球關注的問題。

中央研究院基因體研究中心阮麗蓉研究員的團隊最新發現,肥胖症和人體內的一種基因 Naa10p1 表達過量有關,未來藉由抑制成人脂肪組織中 Naa10p 的酵素活性,將可以抑制飲食誘導性的肥胖。相關研究成果已刊登於國際知名期刊《分子細胞》(Molecular Cell),並被《自然結構及分子生物》(Nature Structure and Molecular Biology)選為專文報導。

可能跟肥胖有關的因子

哇!怎麼變得胖嘟嘟。圖/giphy

阮麗蓉研究員表示「Naa10p 是人體發育時的重要蛋白,但是過量的 Naa10p 會導致肥胖,甚至癌變。」。

過往研究已知,Naa10p 突變會導致發育遲緩,嚴重如罕見疾病奧格登症候群(Ogden syndrome)病人一歲半前即死亡,而這類病人的特徵是皮下脂肪很少。因此阮麗蓉研究員團隊希望更瞭解 Naa10p 是否與脂肪生成代謝相關。

此外,目前已知體內主導耗能產熱的米色脂肪細胞(beige fat)2在減肥過程中扮演關鍵角色。因為米色脂肪能增強能量消耗,一旦發生缺陷,會導致儲存脂肪的白色脂肪組織擴張,進而引發 DIO。動物實驗中也證實,缺乏米色脂肪的小鼠會產生肥胖症以及全身性代謝功能障礙。因此,目前治療肥胖最具吸引力的療法之一,即為在白色脂肪組織中促進米色脂肪細胞增生。

Naa10p 與脂肪代謝的運作機制

到底是怎麼運作的呢?圖/GIPHY

為了找出 Naa10p 與脂肪代謝的運作機制,阮麗蓉團隊利用全身和脂肪專一性剔除 Naa10p 的小鼠驗證 Naa10p 是否影響米色脂肪細胞分化,以及抑制能量消耗與產熱。

研究團隊發現,剔除 Naa10p 基因的小鼠不僅明顯瘦小,也大大促進了米色脂肪細胞的生成及產熱效應,達成預防高脂肪飲食引起的肥胖。

然而,除了小鼠實驗,阮麗蓉研究員也和臺大醫院內科部莊立民醫師及張以承醫師合作,檢驗人類脂肪組織,瞭解 Naa10p 與人類肥胖的相關性。結果發現,人類 Naa10p 的基因表現量,也與肥胖成正相關。

此項研究成果不僅證實了 Naa10p 導致肥胖的機制,也提出肥胖與癌變的關連,更為治療肥胖提供一個新策略。研究團隊也表示,未來若抑制成人脂肪組織中的 Naa10p 的酵素活性,將可以抑制飲食誘導性的肥胖。

註解:

  1. Naa10p:蛋白質N端乙醯轉化酶 10 (N-a-acetyltransferase 10 protein, Naa10p),主要於細胞質負責新生蛋白質之 N 端乙醯化,並參與調控細胞週期、生長及凋亡等生理功能。
  2. 米色脂肪細胞(beige adipocytes):分布於皮下白色脂肪組織中類似棕色脂肪的細胞,主要將脂肪與葡萄糖轉化成熱能供身體使用。目前米色脂肪細胞形成的機制,尚不清楚。
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PanSci_96
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俄烏開戰!俄國科學家連署「要求國家和平」
Heidi_96
・2022/02/25 ・1644字 ・閱讀時間約 3 分鐘

2022 年 2 月 24 日凌晨,俄羅斯無預警入侵烏克蘭,以猛烈的砲火轟擊首都基輔和各大城市。隨後,烏克蘭立刻宣布戒嚴,並且與俄羅斯斷交。雖然兩國衝突持續多年,緊張局勢近期也不斷升溫,但戰爭全面開打的消息一出,依然震驚全球。

自從俄羅斯在 2014 年佔領克里米亞後,頓巴斯的戰火連綿至今,該地 18 所大學搬到烏克蘭其他地區,許多學術工作者被迫離開,失去了財產、生計和家園。上週,有幾位烏克蘭科學家告訴《Nature》記者,表示他們正在收拾家當,準備逃離烏克蘭。其中一位是住在基輔的數學家伊琳娜.葉戈爾琴科(Irina Yegorchenko),她說:「現在,我坐在溫暖的室內,有網路可以用,但明天也是這樣嗎?我不知道。目前的局勢非常緊張,或許我明天就死了也說不定,而我無法阻止這場戰爭開打。」伊琳娜感到手足無措,只能不斷替手機充電,以便和親友密切保持聯繫。

駐紮在頓涅茨克(Donetsk)東邊的烏克蘭士兵。圖/Nature

烏克蘭蘇梅國立農業大學(Sumy National Agrarian University)的經濟學教授尤里.丹科(Yurii Danko)則說明校方平時就有訂定計畫,訓練教職員應對這類緊急事態,其中包括必須移走貴重的實驗器材和生物標本。丹科教授不認為戰爭一觸即發,他說:「就算戰爭開打,科學家也不會因此放棄研究,頂多就是換個安全的地方落腳;就算這裡被佔領,我們也絕不會替敵人工作。」

在俄羅斯,植物學家弗拉迪米爾.庫茲涅佐夫(Vladimir Kuznetsov)也非常不樂見開戰,因為戰爭將導致許多學術工作者離開烏克蘭。雖然兩國之間的科學合作不如以往頻繁,但烏克蘭的科學家必須非常小心,尤其如果和俄羅斯的科學家有學術交流,絕不能隨意透露,免得自己受害,家人也遭殃。

不管是俄羅斯還是烏克蘭,學術界似乎達成了共識,不希望戰爭開打。

米哈伊爾.格爾凡德(Mikhail Gelfand)是斯科爾科沃科技大學(Skolkovo Institute of Science and Technology)的生物資訊教授。他本以為不會有戰爭,但在昨天(24 日)早晨,俄羅斯全面進攻烏克蘭的數小時後,他立刻取消了講座課程,改用 Zoom 和學生談話。他列舉了親身經歷的動盪事件,包括 1991 年蘇聯解體、1993 年憲政危機和 2014 年俄羅斯佔領克里米亞等等,然後說道:「這些記憶如同爛瘡,會不斷侵擾你,讓你感到痛苦,但你必須學習與它們共存。」

莫斯科警方拘留了許多抗議俄羅斯入侵烏克蘭的民眾。圖/Science

另外,格爾凡德教授的妻子(擁有 1/2 的烏克蘭血統)也在網路上發布了一封公開信,反對俄羅斯與烏克蘭開戰,並且邀請俄羅斯科學家和科學記者共同簽署。信中提及「學術研究非常仰賴國際合作,若是發動戰爭,我們科學家將被孤立,因為沒有人會想和這樣的國家合作。攻打烏克蘭沒有任何意義。……我們要求立即停止所有針對烏克蘭的軍事行動。我們要求尊重烏克蘭的主權和領土。我們要求我們的國家和平。」

截至目前(25 日傍晚),簽署這封公開信的人數為 525 位。

格爾凡德教授特別向《Science》記者提及這封公開信,希望能夠達成下列 3 項目標:

  1. 說明俄羅斯科學界與政治界的立場不同。
  2. 向烏克蘭的科學家表明我們強烈反對且正在竭力阻止這場戰爭。
  3. 向國際表明第二點,並且希望制裁手段對事不對人,不要連帶懲罰反對戰爭的俄羅斯人民。

然而,無可避免的是,隨著檯面上的戰爭如火如荼進行,俄羅斯科學界也正在蒙受重大損失。目前,美國、英國、法國、波蘭和加拿大都宣布拒絕參加 7 月舉行的國際數學家大會(ICM)——這是數學界規模最盛大的會議,每四年舉行一次,而今年的大會地點正好就在俄羅斯的聖彼得堡。

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Heidi_96
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資深大學生,讀了六年外語系還沒畢業。不太喜歡閱讀和寫作,但是喜歡散播梗圖和科普知識。潛心於翻譯工作,試圖淡化語言與知識的隔閡。

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缺鐵別怕!中研院發現「鋼鐵人」胜肽幫助植物補鐵
活躍星系核_96
・2018/11/14 ・910字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 528 ・七年級
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植物也有缺鐵危機!

鐵是植物生長必需的微量營養素之一,但因土壤中的鐵往往活性極低、被吸收的效率有限,使缺鐵問題成為植物界中常見的營養障礙,而部分食用植物含鐵濃度過低,更是人類缺鐵性貧血的主因。

中央研究院植物暨微生物研究所研究員施臥虎 (Dr. Wolfgang Schmidt.) 及博士後研究員盧毅 (Dr. Louis Grillet) 研究團隊,發現了一種名為IRON MAN (IMA) 的新型小胜肽家族,可幫助植物根部吸收外在環境中的鐵。此發現已初步於番茄實驗中證實。研究成果於 10 月刊登於國際頂尖期刊《自然植物》 (Nature Plants),並被選為重點論文。

開花植物中傳遞訊號的小胜肽家族 IMA

研究團隊發現,小胜肽家族 IMA 存在於開花植物中,可透過在植物韌皮部中移動以傳遞信號,進而調節鐵在植物體中的平衡狀態。而所有 IMA 胜肽都含有一段共同序列,是使其可正常運作的關鍵。模式植物阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 的基因組即含有 8 個 IMA 基因。

首先,研究團隊藉由 CRISPR-Cas9 基因剪輯技術將阿拉伯芥中的 8 個 IMA 基因產生突變,使其失去功能,結果得到了體型非常小且極度黃化的阿拉伯芥植株,這樣的植株需要適時補充足夠的鐵才得以存活。

接著,團隊續將野生型阿拉伯芥和 IMA 基因被突變的阿拉伯芥相互嫁接,並發現位在地上部(莖、葉、花)的 IMA1 胜肽可促進根部鐵的吸收,而 IMAs 胜肽則負責在植物體的地上部及地下部(根部)間傳遞長距離信息。因此,可推斷 IMAs 可感知植物葉片中鐵含量的狀態,並傳導訊息到根部,進而增強根部吸收鐵的效率。

IMA 胜肽僅在開花植物的基因組,不存在蕨類植物、藻類或真菌中,因此推測其出現在陸地植物進化的早期階段。儘管 IMA 胜肽普遍存在於植物界中,但由於它們的大小和結構皆高度多變,因此尚未被認為是一個家族,其相對應基因也大多未被註解。

此方法開闢了產生富含鐵的植物的新途徑,不僅可增加阿拉伯芥種子中的鐵含量,應用在番茄植株後,亦增加了番茄果實中的鐵含量。

番茄橫切面的染色對比圖,顏色越深表示鐵含量越多。(圖/中研院新聞稿)
左:野生型番茄;右:增加 IMA 後的番茄

  • 該論文已於美東時間 10月 15 日刊載於期刊《自然植物》(Nature Plants),文章標題為 IRON MAN is a ubiquitous family of peptides that control iron transport in plants

(本文改寫自中研院媒體小組新聞稿)

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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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新型高效能篩選平台發現抑菌天然物分子,研發抗生素新方向
PanSci_96
・2018/03/02 ・1237字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 793 ・高於十二年級
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  • 抗藥性細菌已對人類健康形成重大威脅,研發新型的抗生素以對付抗藥性細菌因而成為人類目前極需努力的方向。圖/EmilianDanaila@pixabay

新平台找到可作為抑菌劑的天然物分子

由於人類長久以來不當地使用抗生素,加上地球暖化與全球化,使細菌產生抗藥性的狀況日趨嚴重,在缺乏有效治療的情況下,抗藥性細菌已對人類健康形成重大威脅。因此,研發新型的抗生素以對付抗藥性細菌,是人類目前極需努力的方向。

天然物(natural products)一向是抑菌劑的重要來源之一。為了尋找新的細菌轉醣酶抑制分子,中央研究院吳韋伸博士生(國防醫學院生命科學所)在本院基因體中心翁啟惠院士與鄭婷仁博士指導下,研發出一種新型高效能篩選平台。透過這項技術,研究團隊篩選出 4 種天然物分子,可有效抑制細菌轉醣酶,未來可望進一步打造為新型的抗生素。本研究於近日發表於《美國化學學會期刊》(Journal of the American Chemical Society)。

新平台,新篩選角度

在目前使用的抗生素中,有些抗生素的作用為阻止細菌的細胞壁之合成,細菌細胞壁的主要成份為胜肽聚醣(peptidoglycan),它是由盤尼西林結合蛋白(penicillin-binding protein)中的「轉醣酶(transglycosylase)」和「轉胜肽酶(transpeptidase)」催化合成。

細菌細胞壁主要由胜肽聚醣(peptidoglycan)組成,它是由盤尼西林結合蛋白(penicillin-binding protein)中的「轉醣酶(transglycosylase)」和「轉胜肽酶(transpeptidase)」催化合成。

針對「轉胜肽酶」的抗生素在過去已有顯著的進展,然而,目前可以抑制「轉醣酶」的化學分子卻是少之又少,且都尚未能發展成可供人類使用的抗生素。事實上,「轉醣酶」就座落在細菌細胞壁外圍,具容易與小分子接觸的特性,而且它也是細菌合成細胞壁時不可或缺的要素,非常適合作為對抗細菌的標的。因此,針對「轉醣酶」設計開發新型抗生素,成為現階段消弭抗藥性細菌的重要目標。

研究團隊本次首先研發出一種採用親和性分離的篩選平台(affinity-based search),此平台可以快速且高效率地分離並純化出細菌轉醣酶的抑制分子。透過這個機制篩選再經結構鑑定後,研究團隊找到 4 種天然物分子(TAN1532B、Bequinostatin E、Benastatin B、Albofungin)可有效抑制細菌轉醣酶。

這些天然物分子不僅能夠抑制細菌轉醣酶,更具有廣泛的抑菌效果,尤其是可以成功抑制抗藥性葡萄球菌與抗藥性腸球菌的生長。除此之外,其中一種分子(Albofungin)對大部分的革蘭氏陰性菌均能有效地抑制其生長,例如,它可以對抗鮑氏不動桿菌(Acinetobacter baumannii)、綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)與克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumonia),以及這些細菌的抗藥性突變株。

研究團隊表示,目前已與其他實驗室合作,測試相關分子對不同臨床抗藥性菌株的效果,並計畫以這些分子與細菌轉醣酶結合的結構,發展更有效的抗生素。

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