生物化学研究所

生物化學研究所生物化學研究所早期研究以蛋白質生化為主，進而擴展至基因與細胞分子生物學等領域，近年致力整合各方研究，先後引進醣質生化，蛋白質體與功能性基因體及結構生物學。本所特色一直是著重於跨生物與化學領域之研究，重點包括：蛋白質、生物有機化學、生物醣體以及利用各式生物物理方法，有系統的針對蛋白質的特性、摺疊和後修飾作用、酵素催化機制與動力學、分子交互作用等主題，致力研究結構與功能的相關聯，從而開發新藥物。另外，所內分子細胞生物學與基因調控諸領域，在生殖系統、斑馬魚發育生理功能、遺傳疾病分子機轉、訊息傳遞與磷酸化調控等主題上，皆能整合蛋白質體與基因體學技術，作前瞻性的研究，如各膜蛋白或蛋白質複合體的功能與調節機制。近年，配合本院基因體中心的成立，生化所尤其著力於結構蛋白質體學的技術開發與應用，結合高效能質譜分析、蛋白質生產、X-光晶體及其他所內設施與專長，以化學結構的角度有效解決功能性基因體的問題。2005年本所研究人員已發表近80篇國際論文，質與量都有顯著的提昇，並積極參與各種國內外的學術活動及應邀學術專題演講等。重要研究成果含各結構的鑑定、其分子機制與功能的探討，及相關研究技術的開發，成果發表於學術期刊外，也取得專利並有移轉產業界。本所研究領域可分成兩大主軸，許多研究人員均參與跨領域之合作，列舉如下：主軸一、細胞生化及基因調控研究(CellularBiochemistryandGeneRegulation)一、生殖細胞生化研究(一)證實貯精囊液內含有Ceacam10蛋白，可以增強精子的游動力。也對SVSIII基因之演化作了分析。進一步探討SVA對精子誘發的訊息傳遞會抑制BSA引發的精子獲能效應。（二）子宮內膜細胞分泌24P3蛋白是一可與結合於子宮內膜細胞株RL95-2之蛋白質，利用細胞內吞作用抑制劑研究得知它可藉由受體媒介之內吞作用(Receptormediatedendocytosis)進入細胞內，利用西方墨點法尋找此蛋白在細胞膜上的結合受體，發現一個分子量約50kd的膜蛋白可與之結合，經MSspectrum分析結果確認為ATP5b蛋白。二、基因調控(一)1.完成FACT與MCMhelicase之相互作用研究;証明只有在Nucleosome或Chromatin狀態下，FACT方能促進MCMhelicase之活性。FACT與MCM對促進DNA複製之起始有調控之功能。2.對於uORF調控轉譯基因表現之研究:已完成建立一系列相關訊息傳遞分子之間相互作用之初步架構。(二)免疫細胞受到CpG寡去氧核酸(CpGODN)之刺激會產生多種反應。利用DNAmicroarray和蛋白質體分析，發現至少有heatshockprotein等58基因受到影響。此研究並同時發現CpGODN能誘發一種新的抗細胞凋零素與一新的神經保護蛋白質。對於這些基因與蛋白質之功能與作用機轉，本所正做進一步之探討與確認。(三)1.延續基因轉殖螢光斑馬魚之研究，利用斑馬魚組織專一性起動子如肌肉、神經等加以表現synuclein基因，以產生與Parkinson疾病相關之基因轉殖斑馬魚，並應用於相關藥物之篩選。2.利用斑馬魚研究脊椎受損相關Nogo基因之表現與功能研究。3.延續STAT基因之研究，探討持續性活化STAT蛋白如何調控Nogo相關基因之轉錄。4.延續細胞凋亡之研究，建立以斑馬魚為主之快速細胞凋亡測試系統。(四)本實驗室探討flavonoids的抗癌研究，Lu處理的A431，被發現MMP-2，MMP-9的活性和分泌皆受到抑制，這些成果皆已經發表。另外，實驗中也發現Qu及Lu對於癌細胞株之FAK(focaladhesionkinase)的表現量，及Y-397位置酪胺酸磷酸化有明顯抑制現象，因而連帶引發癌細胞株內訊息傳遞的改變(例如影響細胞存活，降低MMPs釋出量，以及降低細胞移動能力和侵犯能力等)，此部分實驗證據已發表於2004年BiochemicalPharmacology期刊(67,2103-2114)。同時利用siRNA去knockdownFAK的表現，證實FAK的磷酸化在癌細胞的轉移擴散中扮演非常重要的角色，此結果亦發表在Anti-cancerResearch(25,2017-2026,2005)。(五)研究人員於人類肝癌組織中找到的GPC3，而非腫瘤則不表現。研究發現GPC3可以促使非腫瘤細胞在裸鼠體內生長，並且促使生長激素受體蛋白質表現上升，這種上升現象並非由於RNA量提高，而是蛋白質穩定度上升，此外，研究證實這種現象在人類肝癌組織也是如此。(六)我們探討cAMP/PKA訊息傳遞路徑控制syncytin表現及胎盤細胞融合的機制，證實此路徑下游的CBP可乙烯化GCMa以進一步控制syncytin基因表現並促進細胞融合。(七)多AU核酸序列結合蛋白質tristetraprolin在巨噬細胞中可經由MAPK和NF-kB兩路徑被脂多醣活化，並經由自我調控造成其mRNA的快速衰變。(八)探討蛋白質磷酸化所引起的訊息傳遞之調控機制，特別著重於去磷酸酶在此過程中所扮演的角色。目前的研究工作重點在於整合先進的技術平台，從分子層次上觀察去磷酸酶如何透過氨基酸的修飾作用改變其活性，進而影響細胞內訊息路徑的進行。另外，也探討酪氨酸去磷酸酶在氧化及nitricoxide(NO)壓力下的調控及功能。(九)抑制大腸直腸癌細胞表面產生sialylLewisa(sLea)及sialylLewisx(sLex)醣抗原的產生，可降低癌細胞惡性移轉。研究發現Sdaβ-1,4-N-acetylgalactosaminyltransferase基因的promoter區域，因methylation而造成基因的down-regulation，促使大腸直腸癌細胞表面sLea及sLex大量的產生。研究人員正進一步研究觀察，是否可利用demethylationreagent，逆轉在大腸直腸癌表面sLea及sLex的產生。主軸二、結構及化學生物研究(StructuralandChemicalBiology)一、蛋白質結構與功能(含蛋白體)研究結構蛋白質體，每年能解出3-5個新奇並具有重要功能之蛋白結構，以期在未來以循理性方式發展出新藥。主要的技術平台包括高效能的蛋白質同步輻射結晶學和蛋白質體學。其它先進技術也可在需要時加入使用。目前正在努力下列幾項領域：1.結構酵素學：研究幾個具藥物發展潛力的酵素群，如prenyl-Transferases，醣化酵素，蛋白質分解酵素，與磷酸水解酵素。2.蛋白質-DNA與抗癌藥物─DNA交互作用：正進行DNA結合蛋白和重要的抗癌藥物與DNA的交互作用之研究。3.由蛋白質體學分析尋找疾病標的：運用先進的蛋白質體學方法去分析和某些疾病相關的細胞或組織，以定出有效的標的蛋白質。4.極端環境蛋白質：研究在極端環境下生存之微生物的蛋白質。前述之酵素有部份即來自這些微生物。(二)為瞭解耐輻射菌的耐輻射機制，利用遺傳工程的方法表現數種奇異球菌(Deinococcusradiodurans)的蛋白質(aspartateaminotransferase,branched-chainaminoacidaminotransferase,manganesesuperoxidedismutase)，分析其生物化學特性及耐熱與耐輻射的能力，結果顯示這些蛋白質僅呈現小幅度的耐熱與耐輻射能力。(三)研究鎖蛇及百步蛇等蛇毒中醣蛋白的生化功能以及醣基所扮演的角色，發現醣基可能與進入血管的調控有關。研究美洲珊瑚蛇、北非洲的W.aegypnesia以及亞洲三種Bungarus屬的重要蛇毒。從蛇囊互補DNA進行毒素的選殖功能分析及不同地區蛇毒的變化的研究，找到毒性較特別的磷脂酶及三指毒素。(四)本研究室利用蛋白體學技術已成功發現在氧氣存在下，胃幽門桿菌可被抑制，且有二個標的蛋白（Markerproteins）表現受到抑制，一為尿素分解酶的活性補助單元（UreE），另一個為抗氧化酶Alkylhydroperoxidereductase（AhpC）。此結果已發表於蛋白體學具有影響力的雜誌Proteomics5，3895-3901(2005)。此兩種蛋白抗體正被使用來發展偵測胃潰瘍、十二指腸潰瘍及胃癌的診斷試劑。(五)1.建立中草藥有效成分中（1）與免疫細胞之交互作用(多醣類);（2）正常細胞與病變細胞(三帖及其他天然物)不同感受性的化學生物學研究。2.以系統生物學來研究生命科學現象：利用各種生物技術平台分析病人檢體或細胞抽取物，找尋生物標籤(biomarker)並建立系統生物學分析模式。3.利用合成方式製造專一性先趨藥物，並完成毒理和藥理分析。(六)1.證明鈣離子可活化酵母菌減數分裂專一性DNA重組酵素Dmc1。2.發明在細胞內以TEV蛋白脢切割融合蛋白質新方法來表達原態蛋白質。(七)在對蛋白質的摺疊研究上，本所以泛素為研究主題，整合螢光能量轉移法和單分子技術，來研究單一蛋白質分子在微秒(甚至奈秒)下的摺疊情形。在對蛋白質錯誤摺疊的研究上，本所以普昂胜肽為模型，探討不同氨基酸序列如何影響普昂疾病在不同類動物間傳染的『種類障礙』。二、化學生物(含醣生化學)(一)以唾液酸水解酶的酵素水解機制為基礎，設計合成一專一性探針，此一帶有生物素的探針可以成功標示Arthrobacterureafaciens唾液酸水解酶，此探針同時亦具有抑制多種唾液酸水解酶的特性。利用酵素免疫鏈結反應實驗成功証明，此探針與流行性感冒病毒之間的結合具有高度選擇性。對於過去一些難以進行的實驗，可以利用這種形成共價鍵的方法作為基礎，開發新的應用以解決問題。(二)於醣質體之研究及分析技術開發上，成功建立高敏感度、高效率的醣質串聯式質譜定序法；得以有效的鑑定腸癌細胞的醣質體變化，建立斑馬魚胚胎發育的醣質體表現差異圖譜；並定序其新奇醣鏈之結構，進而探討各種醣移轉酵素的表現與調控。(三)1.結合化學及酵素合成法製備腫瘤相關抗原-SialylTN醣胜肽分子。2.深入探討exo-glycal的醣加成反應發現以微波加速加成反應。(四)1.針對SARS的主要蛋白酶發展出幾類有效的抑制劑，提供了可能可治療SARS及其他相類似病毒的藥物。另外亦進行蛋白酶成熟化的生化研究，也解了蛋白酶的新奇結晶結構來說明此自我啟動的成熟化機制。2.對可作為抗病菌標靶的十一異戊二烯焦磷酸合成酵素研究可有效和此酵素結合的分子結構特性，依此闡述產物延長的途逕。另外研究亦解出此酵素和鎂離子及基質的共結晶結構，因而提供具體的反應機制。