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【鼠科學】你連睡覺時都在想著下一餐嗎?沒關係,老鼠也是

PanSci_96
・2020/01/22 ・838字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 439 ・四年級
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英國的 UCL (University College London) 的研究團隊發現,當老鼠醒著時,看到食物卻無法到手時,會在接下來的睡眠或休息狀態中籌畫好路線,等醒來就可以去嘗試!

對,沒錯我就是這麼貪吃啦。圖/Free-Photos@Pixabay

怎麼在腦中畫地圖?

我們的腦中有一個構造稱為海馬迴 (hippocampus) ,當我們進入陌生環境,它可以幫我們在腦中畫地圖。而近幾年的研究甚至發現,海馬迴甚至能畫出沒去過的地方的地圖。

當我們到一個陌生環境 A 時,海馬迴的神經細胞群A會活化;到陌生環境B時,海馬迴的另一部份神經細胞群 B 也會活化;而當到了之前到過的地方,同樣的一群神經細胞又會再度啟動。A 地啟動 A 群、B 地啟動 B 群,一點都不含糊。

粉紅色的區域就是海馬迴喔!圖/Wikipedia

老鼠怎麼想著下一餐?

研究團隊先讓老鼠探索一個 T 字路,而 T 字路一邊 (A) 有食物,另一邊 (B)沒有食物,但是通道的開口被隔起來,所以老鼠只能走到 T 字路的分叉點,眼巴巴看著食物,但吃不到。

接著讓老鼠休息一小時,再將它們放回去屏障解除的 T 字路,老鼠可以跑到 A 點大吃一頓。

整個過程,老鼠的腦活動都被記錄下來。當老鼠在休息的時候,海馬迴有一群細胞啟動,而這群細胞是剛剛在行走 T 字路時沒有啟動的;而當休息完畢,老鼠跑到 A 點大吃一頓時,又再度啟動了。

研究團隊認為,這代表老鼠可能在睡眠或休息中,就籌畫好醒來時要如何取得食物;他們同時也認為,也許這就是為什麼海馬迴受傷的人,對未來產生想像會有困難的緣故。

我想著吃的,我驕傲!圖/artyangel@Pixabay

雖然老鼠也會想著下一餐,但過年時你還是別一直想著吃的啊!當心在一年的開始就吃太多啦!

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PanSci_96
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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。

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。

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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讓別人變農夫的細菌
陳俊堯
・2015/10/21 ・499字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 427 ・四年級
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照片來源: https://goo.gl/8wb9r6

黏菌大概是全世界最小的農夫了。黏菌生活在潮溼的土壤或腐木上,主要的食物是細菌。過去的研究發現 Dictyostelium discoideum 黏菌身上帶有 Burkholderia 屬的細菌,當它們遷徙到新的環境,就把身上的細菌當種子傳播到那個地方,一兩天內細菌就會長成一大片,就不用擔心食物不足了。黏菌在產生下一代的孢子時也會把這麼好用的細菌一併附上,讓子孫也能繼續擁有這項優勢。

這篇研究繼續用實驗釐清細菌和黏菌間的關係,發現它們之間並不像先以為的只是單純農人與種子的關係。黏菌帶了細菌,生長會變慢,顯然過農人的生活是辛苦的,是要付出點代價的。而原本不帶細菌的黏菌品系,會因為碰到了別的家族的種子細菌,而被細菌改造成農人。它們也開始帶著細菌走,而且會把細菌放進下一代的孢子裡,農人魂上身。這種共生關係,似乎掌控者是細菌。

好有趣的故事,細菌可以把黏菌改造成農夫。如果人也可以這麼簡單就改造,那帶著菌到博愛特區繞一繞,或許可以讓台灣會變得很不一樣。

本為轉載自慈大生科 Sci Cafe

研究原文: DiSalvo et al. 2015. Burkholderia bacteria infectiously induce the proto-farming symbiosis of Dictyostelium amoebae and food bacteria. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Aug 24. pii: 201511878.

 

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細菌知道你已經死了
陳俊堯
・2015/10/21 ・444字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 546 ・八年級
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照片來源:pixnet

警方發現一具屍體。法醫來到現場,試著從屍體上的線索判斷出死亡時間是在多久以前。屍體腫脹程度,在屍身裡鑽進鑽出的蛆,都是可用的線索。可是這些改變要等好多天後才會發生,一天內的改變不明顯。人類腸道裡本來就很多的細菌,在人體死亡後沒有免疫系統的壓制,菌種組成和數量開始出現大幅度的改變。這樣巨大而明顯的改變,能不能做為判斷死亡時間的依據呢?

這篇研究追踪了 12 具人類遺體裡的腸道細菌,以 qPCR 技術量測三種主要腸道細菌,隨著死亡時間的拉長而出現的數量變化。結果發現,擬桿菌(Bacteroides)和乳酸菌(Lactobacillus)的數量在死亡後快速降低,但比菲德氏菌(Bifidobacterium)的相對數量則維持不變。這個研究證實在未來的檢驗中,細菌有機會被當做一個可信的指標,用來推估死亡時間。特別是在死亡沒多久的遺體,鑑識人員只要採一點腸道細菌樣本上機,就可以判定死者死亡時間在多久以前了。

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