分子與細胞

發現世界最小的多細胞生物(The Simplest Integrated Multicellular Organism)

2014/05/01
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發現世界最小的多細胞生物(The Simplest Integrated Multicellular Organism)
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：世界最小の多細胞生物の発掘

目前認為多細胞生物是由單細胞生物進化而來。與綠藻綱群體性的團藻目1親緣關係相近的生物群，從單細胞的單胞藻到500個細胞以上所組成的團藻，存在單細胞生物至多細胞生物的中間物種，因此被認為是研究從單細胞生物進化至多細胞生物的模式生物群。

多細胞化(日本語)

圖一 : Tetrabaena socialis
來源 : http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/images/47/02-b.jpg

東京大學理學研究所的研究團隊，以解開進化生物學上從單細胞生物轉變為多細胞生物的機制為目的，將研究焦點置於細胞數目最少的群體性團藻目Tetrabaena socialis， 其個體僅由4個細胞組成，是廣泛分佈於世界各地的淡水藻類，4個細胞聚集排列整齊如四葉片型(圖一)。根據最近研究認為，Tetrabaena socialis是群體性團藻當中最初期出現的（距今約2億年前）。

包含Tetrabaena socialis在內的群體性團藻目，其細胞與單細胞生物的單胞藻類似，透過細胞壁結合在一起。但是多細胞生物要成為一完整個體，各細胞都須具有全體的一部分之機能，採取與單細胞生物相異的細胞構造。另外，群體性團藻的生殖細胞，藉由細胞分裂，增殖至與親代相同的細胞數，成為次一世代的子群體。該過程剛分裂完成的子細胞個體間，能互相聯絡，形成多細胞個體的外形結構。在細胞數量較多的群體性團藻，其子細胞間藉由「原生質間橋樑2」結構來進行訊息聯絡。其「個體部分的細胞結構」與「細胞間的聯絡構造」二種不同特徵，被認為是多細胞生物基本且重要的要素。

他們首先確立Tetrabaena socialis的藻類培養方式，並藉由免疫螢光染色法3來觀察染色的特定蛋白質結構，證實該藻類與單胞藻的特徵不同。單胞藻具有旋轉對稱的鞭毛結構，但Tetrabaena socialis 與多細胞生物的群體性團藻相同，具有非旋轉對稱的鞭毛結構，它的4個細胞都各自有多細胞個體的一部分機能。經進一步藉由穿透式電子顯微鏡觀察Tetrabaena socialis 的子細胞發育過程，發現子細胞間藉由「原生質間橋樑」互相聯絡。

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細胞色素 P450

2014/04/22
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細胞色素 (Cytochrome) P450
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔

CytP450Oxidase-1OG2

圖片來源：維基百科

細胞色素P450最早於1955年在老鼠的肝臟細胞中發現，因為其與CO結合的還原態吸收光譜波長約在450 nm而得名。細胞色素P450是一個龐大的酵素家族，簡稱為CYP，主要負責有機受質的氧化作用。CYPs的受質包括了如脂質、類固醇荷爾蒙，以及一些外源性的物質，如藥物、有毒的化學物質等。藥物活性化與代謝主要都是由CYP這個酵素家族所負責的，大約囊括了生物體中此類代謝的百分之七十五。

CYPs所負責催化的典型反應為單-羥基化反應，此反應消耗NADPH作為能量與氫離子來源，反應後在受質上增加一個羥基並產生一單位水。其反應式如下：

RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+

CYPs通常在電子傳遞鏈的末端作為氧化酵素，通稱為P450系統。CYPs廣泛存在於所有的生物甚至病毒中，已發現者超過18000種，然而，在大腸桿菌(E. coli)中卻未發現此類蛋白的蹤影。人類的CYPs大部分是膜蛋白(membrane-associated proteins)，主要分布在粒線體內膜或是內質網上。

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細胞的命運決定機制

2014/01/24
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細胞的命運決定機制
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮編譯

編譯來源：独立行政法人理化学研究所(RIKEN)2013年10月1日訊 <細胞の運命を左右する新しい分子メカニズムの一端を解明>

原文出自日本行政法人理化学研究所

從未分化的幹細胞到各類細胞的命運決定，與遺傳基因表現的啟動與關閉密切相關。幹細胞為了分化功能須維持其全能分化性1，在維持分化相關基因活化的同時，實際上也有必要能停留於非活化狀態。

為了維持幹細胞此特性，扮演重要角色的是「基團蛋白質群」2 。過去研究已指出「基團蛋白質群」能在細胞分化、增值或抑制有關基因的所在位置，形成「基團蛋白抑制複合體」3，將該基因予以不活化，因此「基團蛋白抑制複合體」是幹細胞命運決定的主要因子，但其抑制基因表現、及抑制解除的分子機制仍幾乎未知。

日本理化學研究所的研究團隊使用老鼠基因改變技術及細胞影像技術，企圖解析「基團蛋白抑制複合體」對基因調控的機制。首先製作能使用螢光追蹤「基團蛋白質群」的基改老鼠，以瞭解此複合體在細胞核內位置。再透過顯微鏡觀察基改老鼠的胚胎細胞，發現在非活化狀態的基因區域，有「基團蛋白抑制複合體」頭尾聚合、連結在一起，形成斑點狀的「基團蛋白結構體」。

為瞭解「基團蛋白結構體」的角色，有必要觀察「基團蛋白結構體」形成情形。研究團隊推論「基團蛋白抑制複合體」的結構成分之一「Phc2蛋白質」具有自我聚合活性是關鍵所在。因此製作會引發聚合形成不全的基因異常老鼠，即Phc2基因點突變老鼠，並觀察其細胞狀態。結果如同預料，「基團蛋白結構體」未形成，且與基因表現啟動或關閉有密切相關的染色質結構也同時鬆開，而受到「基團蛋白抑制複合體」所抑制的基因群表現則上升。例如Hox基因表現增加，影響脊椎骨的形成方式；Cdkn2a基因表現增加，提早引發細胞老化。檢視Phc2基因點突變老鼠，發現「基團蛋白結構體」不全，誘導原應變為頸椎的脊椎骨位置，反而變為胸椎；原應為胸椎的位置，變為腰椎，出現體節位置變換現象。以上結果顯示「基團蛋白結構體」的形成能抑制細胞命運決定的相關基因。

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找到培養人類脊髓細胞的條件了！

2014/01/22
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找到培養人類脊髓細胞的條件了！
國立陽明大學生科系暨基因體科學所碩士生陳怡君/國立陽明大學生科系暨基因體科學所副教授陳俊銘編校

 

images (2)

圖片來源：維基百科

星狀細胞(Astroctyes)為中樞神經系統中含量最多的膠質細胞。目前較為人知的功能以協助神經細胞的生長與訊息傳遞為主。近年來發現其在神經疾病、腦損傷或感染等過程午也扮演重要角色，然而星狀細胞在神經系統不同位置就有不同的特性，造成研究其功能、型態或發育過程十分困難，因此勢必需要建立體外培養的模式以利觀察與研究。

健康的個體中，能夠進行正常功能的星狀細胞為成熟不活化型，具有支持神經細胞、調節腦脊髓等功能 ; 但是當中樞神經系統受到傷害、感染或罹患疾病時，星狀細胞便會成為功能或形態上都不同的過度活化型，具有傷害神經細胞影響整個中樞神經系統的能力。因此，若欲了解星狀細胞在中樞神經系統中的角色，所建立的體外培養系統必須要能觀察並分析這兩種不同分化的星狀細胞。

體外培養人類星狀細胞的技術，目前仍尚未成熟。早期細胞來源主要取自胎兒或是成人的神經前驅細胞進行分化培養，然而來源少，且易混雜其他種類的細胞，造成研究上的困難。近年來，隨著胚胎幹細胞及誘導性多功能幹細胞( induced pluripotent stem cells; iPSC)的發展，許多學者嘗試將多功能幹細胞分化為成熟星狀細胞，這些方法不是分化時間過長就是星狀細胞無法成熟。因此本篇研究的目的即在於建立並探討如何從人類多功能幹細胞分化成「成熟不活化型」或是「過度活化型」的脊髓星狀細胞 ，以供未來研究之用。

該研究團隊一開始在小鼠胚胎幹細胞的實驗中發現，如果參照前人的技術，所分化的星狀細胞皆為未成熟的狀態。過去有文獻指出纖維母細胞生長因子 (FGFs) 可促使星狀細胞的分化，因此作者在培養後期加入纖維母細胞生長因子，結果發現星狀細胞果然有明顯成熟化的趨勢。之後嘗試以人類多功能幹細胞進行分化，他們先抑制轉型生長因子（TGF-β)下游的SMAD轉錄因子，加速神經前驅細胞生成，以縮短分化時間。接著在培養後期加入纖維母細胞生長因子，也可以成功的分化出成熟而非過度活化型的星狀細胞。

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粒線體分子時鐘（Mitochondrial Clock）

2014/01/17
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粒線體分子時鐘（Mitochondrial Clock）
國立臺灣大學醫學系呂明軒、臺北市立建國高中劉翠華教師

如果我們能從考古挖掘出土的猿人身上取得 DNA，並和現代人的 DNA 序列進行比較，是不是能推測猿人的生存年代呢？分子時鐘就是假設 DNA 序列突變的速度大致不變，則演化時間越長，突變累積越多；換言之，從兩 DNA 序列的差異往回推算，即可估計那段演化所經過的時間。

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生物素（Biotin）

2013/12/09
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生物素（Biotin）
國立臺灣師範大學生命科學系黃盟元博士

因為植物性維生素（plant-derived vitamins）對人體健康的影響，所以許多研究對他們產生了極大的興趣，因為它們參與氧化還原作用和作為酶輔因子，所以他們在動物和植物的代謝中是不可缺少的。絕大多數的維生素是人體無法自己製造的化合物，因此需要藉由飲食取得，他們跟人類營養和健康有著至關重要的關係。在某些情況下，維生素缺乏所引起的疾病是很嚴重的，甚至是致命的。

生物素（biotin）是水溶性維生素B群中的一個化合物，又稱為維生素B7或維生素H，它的結構在1942年被確定，在1984年時舉行了第一屆國際生物素會議，這個會議間接顯示了生物素在科學和醫藥上的重要性。生物素的食物來源是肝、腎、大豆粉、蛋黃、穀類和酵母等。在一般情況下，生物素是植物維生素B群中含量最少的，植物中的維生素B群其他維生素含量，在高濃度時，可以在每公克鮮重的植物中發現含有數毫克，但是跟其他維生素B群比起來，生物素的含量顯著地較少，濃度範圍只在奈克/克鮮重（ng/g fresh wt.），但也有一些蔬菜含有較高濃度，例如：芥藍、麥麩、胡桃、香蕉和紅蘿蔔等。生物素在植物器官的根、莖、葉、花、果實當中都可以發現，並且在粒線體中合成，值得一提的是氨基酸代謝，它在生物素的生合成中扮演著重要的角色，因為氨基酸是很多維生素生合成所需的前驅物。

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G蛋白質耦合受體-1

2013/11/25
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G蛋白質耦合受體-1 (G Protein-Coupled Receptors，GPCRs)
國立臺灣師範大學生命科學系103級莊仁奕

代謝、生長、生殖、感應為判定一物體是否具有生命現象的四個主要依據，其中感應是指對外界刺激產生相對應的反應，從變形蟲的吞噬運動到人體細胞接受荷爾蒙刺激，都是感應的表現。

而外在訊息傳遞到細胞內的方法，除了直接穿過細胞膜之外，還有透過細胞膜上的特殊結構傳遞，G 蛋白耦合受體就是這種傳遞訊息的特殊結構之一。到目前為止，研究顯示 G 蛋白耦合受體僅見於真核細胞，而且參與了很多細胞訊息傳遞過程。

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緊密連接（Tight junction） 下

2013/10/31
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緊密連接（Tight junction） 下
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

請參考：緊密連接（Tight junction）  中

緊密連接屬於封閉不通透的連接，長度約 50~400nm，普遍存在於脊椎動物體內的各種上皮組織（epithelium）。上皮組織可分為三類：

  1. 膜性上皮（membranous epithelium）：由細胞緊密排列成薄膜狀，覆蓋於身體外表面、體腔內表面或管道內表面，分布最廣，即一般泛稱的上皮組織。
  2. 腺狀上皮（glandular epithelium）：構成腺體的分泌部－腺泡（acinus）和它們的導管，以腺狀上皮為主要成分構成器官腺體，如內分泌腺或外分泌腺。但是內分泌腺的胸腺卻有特殊的結締組織－上皮網狀細胞（epithelial reticular cell），和膜性上皮組織一樣具有緊密連接，使細胞緊密接連，並有基底膜隔開結締組織，作為屏障。
  3. 感覺上皮（sensory epithelium）又稱神經上皮（neuro-epithelium）：分布於五官，是具有特殊感覺功能的特化性上皮，感覺上皮的游離端常有纖毛分布，另一端則連接感覺神經纖維。
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緊密連接（Tight junction） 中

2013/10/31
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緊密連接（Tight junction） 中
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

請參考：緊密連接（Tight junction）  上

緊密連接（tight junction；zonula occludens）是兩個細胞的細胞膜連結共同構成一個緊密相連的區域，幾乎連液體都無法穿透的屏障。

緊密連接的結構是由奈米尺度的跨膜蛋白（transmembrane protein）顆粒不斷重複排列形成索鏈狀分支網絡，嵌入兩個相鄰細胞膜中（圖二），每條鏈又皆可獨立作用。隨著鏈數增加可增強阻止通透性的連接，每一條鏈可直接與胞外結構彼此相連，細胞膜兩側不同的外圍膜蛋白（peripheral membrane protein）可固定每一條鏈與細胞內的肌動蛋白（actin）和細胞骨架（cytoskeleton）作連接。於是藉由緊密連接形成連續纖維狀，仿彿焊接般將相鄰細胞的細胞骨架緊密的連接一起，並封閉相鄰細胞間的空隙。

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緊密連接（Tight junction） 上

2013/10/31
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緊密連接（Tight junction） 上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

生物體由細胞構成，多細胞生物的同類細胞和其細胞間質構成組織。細胞與細胞之間靠細胞膜彼此聯繫協調，形成密切相關的組織，這種聯繫協調方式稱為細胞連接（cell junction）。

細胞連接包含細胞表面的特化構造或區域，兩個細胞透過這種結構連接起來。細胞的特化區域包括胞質溶膠蛋白（cytosolic protein）、細胞骨架蛋白（cytoskeletal protein）、細胞外基質蛋白（extracellular matrix protein）、跨膜蛋白（transmembrane protein）等。就功能而言，細胞連接將同類細胞連接成組織,並由相鄰組織間的細胞保持其穩定性和完整性，或達成細胞間訊息傳遞的作用。

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