生命科學

人類抗體的同型

人類抗體的同型 (Antibody isotypes)
國立臺灣大學生命科學系101年陳巧坪博士生

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圖一、抗體的單體模式圖(陳巧坪繪圖)

抗體 (antibody) 又稱為免疫球蛋白 (immunoglobulin,Ig),主要由參與體液性免疫 (humoral immunity) 之B細胞經活化成為漿細胞 (plasma cell) 後所分泌,在人體內有五種不同的抗體,稱為同型 (isotype),分別為 IgA、IgD、IgE、IgG及IgM,它們各具有不同的免疫功能。

抗體皆由Y字型的單體所構成,此Y字型單體包含兩條較長之重鏈 (heavy chain) 及兩條較短之輕鏈 (light chain),共四條多肽鏈 (polypeptide chain),四條多肽鏈間由雙硫鍵 (disulfide bond) 連接。

「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9/Cas9基因編輯技術(下)

「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9/Cas9基因編輯技術(下)
國立臺灣大學醫學院生理所林世青專任研究助理

連結:「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9基因編輯技術(上)

以遺傳學上常使用的模式生物:黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)為例,根據全基因體定序分析結果,推算出果蠅約有超過15000個基因(Adams et al., 2000),過去的研究方法,必須使用例如EMS突變劑、跳躍子跳躍、費時的同源互換、繁複的ZFN與TALEN等技術,花費漫長時間才有可能得到目標基因的突變株果蠅,從而分析該基因的功能特性。

然而在發展Cas9技術後,只要得知目標基因序列,即可設計並合成出專門辨認該基因的導引RNA表現載體,表現出導引RNA後,Cas9即可快速專一地作用,直接剔除該基因,研究者僅花費很短時間與精力即可得到目標基因剔除的突變果蠅,效率為前人難以望其項背。

海量基因解析:類風濕性關節炎治療新藥開發

海量基因解析:類風濕性關節炎治療新藥開發(Genetics of rheumatoid arthritis contributes to drug discovery)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源:関節リウマチに対するゲノム創薬手法を開発

類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis),是引發關節發炎或破壞的一種自體免疫疾病(autoimmune disorder),在日本估計約有70~80萬的患者,在台灣約有1%成人罹患該病症。類風濕性關節炎的發病,除了抽菸等環境因子,也與許多遺傳基因有關聯。個體間基因序列有差異,稱為基因多型性(genetic polymorphism)。現今國內外已完成許多基因體解析,偵測到許多與類風濕性關節炎發病的關聯性基因區域(gene region),換言之,類風濕性關節炎與基因多型性有關。

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罹患類風濕性關節炎的手部
圖片來源 : 維基百科

但是,到目前為止,研究機關大多以特定族群為對象個別進行研究。如果能將各研究資料統整,進行海量資料(big data)解析,將能偵測到更多與類風濕性關節炎發病有關聯的基因區域,有助於病因解析或治療藥物的開發。

日本理化學研究所等國際研究團隊,得到世界一流大學及研究機構的協助,統整到目前為止的類風濕性關節炎全基因組關聯分析(genome-wide association study)研究資料,以進行海量資料解析。這個包含亞洲人及歐洲人10萬人以上的樣本,以及約1000萬筆單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism)數據所構成的海量資料,經解析後發現,101個基因區域之單核苷酸多型性,與類風濕性關節炎的發病有關聯。其中有42個基因區域為本次研究新發現。另外發現,這些基因區域的核苷酸多型性當中,具基因變異比無基因變異者,易於罹患類風濕性關節炎,達到1.1~1.5倍的程度。

接著,詳細比較類風濕性關節炎相關基因及多樣性生物學資料庫,結果發現,類風濕性關節炎的部分相關基因,與原發性免疫不全症候群或血友病的關聯性基因具有共通性。並且發現,調節性T細胞DNA,調控基因表現區域,與類風濕性關節炎的相關基因區域重疊;各種細胞介素訊息(cytokine sigmal)如第十白介素(interleukin-10;IL-10)、干擾素(interferon)等,與類風濕性關節炎發病有關。

「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9基因編輯技術(上)

「DNA編輯大師」張鋒與CRISPR/Cas9基因編輯技術(上)
國立臺灣大學醫學院生理所林世青專任研究助理

麻省理工學院的張鋒(Zhang Feng)教授憑藉其發展的CRISPR(Clustered, Regularly Interspaced, Short Palindromic Repeats)/Cas9(CRISPR-Associated Protein 9)系統,年僅32歲即榮獲2013年《自然》雜誌評選之年度新聞人物首位,並獲得「DNA編輯大師」之稱號(“365 days: Nature’s 10,” 2013)。

究竟這令人折服的基因編輯技術的發展過程為何呢?西元1987年時,科學家在細菌內發現一種特殊核酸內切酶,命名為CRISPR/Cas9,其會辨認外來的DNA並加以切割降解,被認為是細菌用以抵抗病毒感染的防禦機制(Ishino, Shinagawa, Makino, Amemura, & Nakata, 1987; Bhaya, Davison, & Barrangou, 2011),若能在病毒感染的第一時間內就將其DNA降解,即可有效阻止病毒複製。

植物與螞蟻共生的互惠關係

植物與螞蟻共生的互惠關係
國立臺灣師範大學生命科學系100學年度 黃冠中

植物是生物世界中的生產者,是許多動物的食物,但植物無法像動物一樣四處移動躲避天敵,為了不讓自己的重要營養器官,如葉片、根、莖等受到植食動物的傷害,植物因而發展出各式各樣的防禦機制,其中非常特別的是利用螞蟻來保護植物的防禦方式。

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圖一 白匏子新成熟葉的花外蜜腺分泌蜜露(黃冠中拍攝)

許多植物(如大戟科、薔薇科等)在葉柄、葉片基部、葉緣等地方具有花外蜜腺(extrafloral nectaries),指的是植物繁殖器官以外會分泌蜜露的構造,其分泌的蜜露成分主要有果糖、蔗糖、葡萄糖,甚至有些含有胺基酸成分等,能吸引許多動物前來取食,而最重要的吸引對象就是螞蟻。

螞蟻是具有嚴謹社會性生活的昆蟲,團體合作的運作模式使螞蟻成為攻擊力強、相當具優勢的一類生物。

動物胚胎發育過程中的神經外胚層區域劃分機制

動物胚胎發育過程中的神經外胚層區域劃分機制 (The Patterning Mechanism of Neural Ectoderm during Animal Embryo Development)
國立臺灣大學動物學研究所98級陳政儀

大部分兩側對稱動物的成體內,都具有特化的前端神經節集中,以及其後伴隨的中樞神經管,形成中樞神經系統(central nervous system, CNS),並連結全身的周圍神經系統(peripheral nervous system, PNS),以構成完整的神經網絡。這個網路將外部自受體進入的訊息加以處理,之後產生反應及動作。特化的神經細胞使得動物得以不同的行為與動態生存在這個星球,而中心極化/集中的中樞神經系統讓神經網路能夠處裡的訊息及反應更加複雜化。

藤壺(Barnacle):你所不知道的海岸小火山

藤壺(Barnacle):你所不知道的海岸小火山
國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所碩士 陳易揚

在海岸礁岩、漁港、堤防、船舶、甚至是漂流瓶上,我們常常都能看到群聚的小火山存在,這些小火山就是藤壺(barnacle)。雖然外表有火山狀的硬殼,使得藤壺看起來像貝類或牡蠣的親戚,但事實上牠們卻和螃蟹、龍蝦一樣是甲殼動物。

藤壺在分類上隸屬於節肢動物門(Phylum Arthropoda)、甲殼動物亞門(Subphylum Crustacea)、顎足綱(Class Maxillopoda)、蔓足亞綱(Infraclass Cirripedia)的成員,種類繁多,幾乎存在於各種海洋環境中,甚至會附生在海洋生物的體表與寄生在海洋生物的體內。

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「生殖隔離」(Reproductive isolation):以白頭翁與烏頭翁的母鳥擇偶偏好為例

「生殖隔離」(Reproductive isolation):以白頭翁與烏頭翁的母鳥擇偶偏好為例
國立臺灣大學生命科學系碩士班(原動物學研究所)2012級 方慧詩

子曰:「食色,性也。」,孟子曰:「不孝有三,無後為大。」從這兩句話可了解到古人教導我們生命中最重要的事就是繁殖。不過「找到對象很重要,找到對的人更重要」!事實上,「找到對的人」也是演化學上相當重要的觀念,因為生物選擇配偶時傾向選擇與自己同種的個體進行交配,並拒絕與非同種的交配,這樣的機制就是一種生殖隔離(reproductive isolation)機制。

以交配時機為考量,生殖隔離可分為交配前生殖隔離與交配後生殖隔離。交配前生殖隔離是一種辨認我族的能力或是因繁殖季節不同造成時間上的隔離;交配後生殖隔離則會因雌雄生殖器官無法配合、配子(gamete)無法接合形成合子(zygote)等,或合子形成後雜交子代無法存活或無生殖能力,或其適應力(fitness)比純種子代弱。當生殖隔離發生在兩個相近的生物族群裡而且不斷強化(reinforcement),這兩個族群就會逐漸分離,最後產生新的物種(speciation),這是演化學上緩慢但重要的過程。

肥胖者,是誰偷走你的心?

肥胖者,是誰偷走你的心?
高瞻計畫特約編譯 柯廷龍/國立臺灣師範大學生命科學系 李冠群副教授責任編輯

編譯來源:When food’s the reward, obese women’s judgment fails them

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M&M巧克力(圖片來源:維基百科)

人人都愛美食,吃吃喝喝是人生一大樂趣,不過,最新的研究指出,美食的誘惑可能會使女性肥胖者的學習能力減弱。

美國耶魯大學的學者們對135位不同身材條件的男女做了個實驗。實驗的方法是,準備一些紫色和藍色的卡片,將它們混在一起做排列組合,並將卡牌一張一張展示給受測者,要求他們預測,哪種顏色的牌比較可能讓他們得到獎勵卡,獎勵卡可以拿來向研究人員換取獎品。

獎勵卡並不是隨機出現的,在實驗的前半段,獎勵卡似乎總是伴隨著某種顏色的卡牌出現,然而,在研究的後半段,獎勵卡轉為跟隨另一顏色的卡片。只要受測者能夠查覺這個模式,就能夠不斷的贏得獎賞。

在每張牌的上方,都印著獎品的照片。當牌上印製的是美金的照片時,女性肥胖者(指BMI值超過37分的女生)所展現出的智力與他人不分軒輊。

有趣的是,當研究人員把每張牌的上方所印的照片改為M&M巧克力或椒鹽脆餅時,這群人的判斷能力卻受到明顯的影響

一滴血早期發現大腸癌(Ultra-sensitive liquid biopsy of colorectal cancer)

一滴血早期發現大腸癌(Ultra-sensitive liquid biopsy of colorectal cancer)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源:わずかな血液で大腸がんを発見 

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圖片來源:pixabay@geralt

日本國立癌症研究中心的分子細胞治療研究團隊,成功開發出能夠早期發現大腸癌的高靈敏度、高效率檢測法。該研究成果刊載於2014年4月7日科學期刊「Nature Communications」。

大腸癌檢測常使用大便潛血檢驗法,就大量檢測、費用和成效而言,尚屬不錯,但靈敏度(sensitivity)及專一性(specificity)並不足,有時大腸癌患者也會被檢測為陰性。另一方面,雖可使用大腸內視鏡來進行精密檢查,但因受檢者需要檢查前處理或畏懼檢查等因素,在日本大便潛血檢驗呈現陽性者,僅有6成患者接受大腸內視鏡檢查。此外大便潛血檢驗呈現陽性者,經大腸內視鏡精密檢查後,實際上僅約5%為大腸癌患者。因此高靈敏、且能檢測大量患者的高效率大腸癌檢測法,有其高度需求。

「細胞外囊泡(extracellular vesicles)」是各種細胞所分泌的微小胞器,可存在於血液或尿液內,過去已能使用採血或驗尿等方法予以診斷。在癌症病患,癌症特異性的細胞外囊泡,因聚集能提供各種訊息的物質,故能利用在病況掌握或治療評估上。傳統檢測法雖能檢驗出體液中的細胞外囊泡,但操作步驟與分析程序繁複,需耗時約12小時,因此到目前為止,一直未能實際運用於醫療檢測上。

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