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

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。 Continue reading →

開放讀序框架 (Open reading frame)
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理陶韻婷

圖片來源：flickr用戶dullhunk

DNA由一長串的核苷酸組成，當細胞進行活動時，會啟動基因產生蛋白質。DNA上會產生蛋白質部分稱為open reading frame（ORF），其中每3個核苷酸（nucleotide）為一組密碼子，經轉錄（transcription）後產生訊息RNA（message RNA, mRNA），再將mRNA上的密碼子（codon）轉譯成胺基酸鏈（amino acid sequence），進而摺疊成蛋白質；此段ORF從起始密碼子（initiation codon）開始，起始密碼子在DNA上通常是ATG，但也有例外，直到終止密碼子（termination codon）之前結束，終止密碼子在DNA上通常是TAA、TAG或TGA。

利用生物資訊軟體尋找基因是相當重要的，可稱為基因預測（gene prediction）或開放讀序框架掃描（ORF Scan）。一段DNA在定序（sequencing）之後，每3個核苷酸為一組密碼子，對於一條長串鹼基序列即有3種分析找尋基因的可能性，而DNA為雙股螺旋，故有6種可能性，如圖一。依序尋找起始密碼子及終止密碼子，但是若此框架片段的密碼子小於50個，通常會被認為是無效的框架，無法轉譯成蛋白質。也就是說若找到一段DNA前有起始密碼子，後有終止密碼子，且長度超過50個密碼子，則此段DNA序列可能是一個基因。

DNA：  5’-GACACCATGGTGCACCTGACTCCTGAGGAGAAGGTCTGCCG-3’
可能性1：GAC ACC ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG GTC TGC CG
可能性2：G ACA CCA TGG TGC ACC TGA CTC CTG AGG AGA AGG TCT GCC G
可能性3：GA CAC CAT GGT GCA CCT GAC TCC TGA GGA GAA GGT CTG CCG

互補DNA：3’-CTGTGGTACC ACGTGGACTG AGGACTCCTC TTCCAGACGGC-5’
可能性4：CTG TGG TAC CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC CAG ACG GC
可能性5：C TGT GGT ACC ACG TGG ACT GAG GAC TCC TCT TCC AGA CGG C
可能性6：CT GTG GTA CCA CGT GGA CTG AGG ACT CCT CTT CCA GAC GGC

圖一  尋找基因的6種可能性（ATG為起始密碼子）

然而，真核生物的基因體（eukaryotic genomes），包含人類基因體，有一些重要的特色，造成基因預測或開放讀序框架掃描的困難性增高。首先因為真核生物基因體的資訊過於龐大，有可能在基因聚集處找到的無效的open reading frame，看起來符合開放讀序框架的定義，卻無法合成出蛋白質。 Continue reading →

維持體溫恆定的分子調控 (The maintenance of body temperature homeostasis)
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：「体温恒常性維持のメカニズムの解明」に成功

圖片來源：維基百科

包括人類在內的哺乳動物體溫，能維持一定，幾乎不受外界環境溫度的影響。此保持體內環境於一定溫度的傾向稱之為「體溫恆定」(body temperature homeostasis)。體溫恆定調控系統的設計堪稱完美，例如：當皮膚感知寒冷時，受器將訊息傳送至大腦的體溫調節中樞，再從中樞傳達對抗寒冷指令至神經末梢。其中下達的部分指令會使負責產生熱能的褐色脂肪組織，產生「非顫動熱能」，另外下達的指令使皮膚血管收縮，以避免熱能散失，這些指令經由交感神經來執行。若熱能仍不足，就透過運動神經，誘發骨骼肌顫動產生熱能，以維持體溫。但體溫恆定的分子機制仍不清楚。

日本京都大學醫學研究所為主的研究團隊，藉由蛋白質Nardilysin的基因剔除小鼠等實驗，解開維持體溫恆定的分子調控機制，其研究成果刊載於2014年2月4日科學期刊「Nature Communications」線上版。

他們發現在常溫下此基因剔除小鼠的體溫，較野生型小鼠低1.5℃。野生型小鼠即使在4℃寒冷環境，體溫也幾乎能維持一定，但是此基因剔除小鼠在寒冷環境2小時後，體溫降至30℃以下，3小時後，再明顯下降至15℃以下。此基因剔除小鼠在寒冷環境較野生型小鼠顫動更為激烈，顯示在感知寒冷而產生顫動熱能並無障礙。另分析產生非顫動熱能的褐色脂肪組織，發現此基因剔除小鼠在常溫下非顫動熱能的產生狀態較野生型小鼠亢進，但缺少適應寒冷環境所必要的額外熱能產生來源。

他們亦發現，在產生熱能的褐色脂肪組織中，β3腎上腺素受器、蛋白質UCP1、以及調控UCP1基因表現的轉錄共同作用因子PGC-1α均扮演重要角色。寒冷環境下，野生型小鼠這些有關於熱能產生的基因表現會上升，但在該基因剔除小鼠則未出現明顯上升。 Continue reading →

科學家解開「鈉」調控「鴉片類訊號」之謎
郭冠廷編譯/德州大學分子生物科學研究所馬千惠責任編輯

編譯來源：Scientists Solve 40-year Mystery of How Sodium Controls Opioid Brain Signaling

圖片來源：http://www.scripps.edu

科學家近日發現「鈉元素（sodium）」如何影響大腦內「鴉片類受體（opioid receptors）」的訊號傳遞原理。這個研究成果是由斯克利普斯研究院（TSRI，The Scripps Research Institute）和北卡萊納州立大學（UNC，University of North Carolina）所共同發現。而這個發現將為與大腦相關的疾病帶來新的療法。TSRI博士後研究員Dr. Gustavo Fenalti說：「這些藥物能為我們帶來針對情緒和疼痛病患的新療法。」

更銳利的成像 更清晰的未來

鴉片類受體的高解析度3D的原子結構圖，讓我們更清楚鈉對訊號傳遞所造成的影響。大腦中的胜肽類訊息傳遞因子（例如：腦內啡、強啡呔、腦啡），或是成分結構相似的植物來源及人工合成藥物（例如：嗎啡、可待因、氧可酮、海洛因）皆能夠活化鴉片類受體。

鴉片類受體在純化和分離的過程當中，極為脆弱易損。它們難以利用X光來進行晶體分析（X-ray crystallography），也無法使用常見於分析大分子蛋白質的「結構映射方法（structure-mapping method）」來進行研究。 Continue reading →

腸內共生菌分泌酪酸提高免疫力
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/德州大學分子生物科學研究所馬千惠責任編輯

編譯來源：〈腸内細菌が作る酪酸が制御性T細胞への分化誘導のカギ〉理化學研究所

日本理化學研究所、東京大學、以及早稻田大學所組成的研究團隊，發現腸內細菌所分泌的酪酸¹，會被吸收到體內，使免疫系統產生作用，增加調節性T細胞²的數量，以抑制發炎或過敏反應。該研究成果2013年11月13日刊載於科學期刊「Nature」線上版。

人類的腸道內具有500~1000種、100兆個以上的腸內細菌棲息其中，特別大腸是腸內細菌非常適合增長的環境，糞便1公克中，比菲德氏菌等腸內細菌棲息平均約1000億個。腸內細菌群彼此互相影響，以保持一定細菌數量的平衡，形成腸道細菌之細菌叢，將纖維食物等營養經發酵作用而分解，產生小分子的代謝產物。該代謝產物能作為腸道上皮細胞的能量來源，或提高腸道收縮蠕動。目前已知腸內細菌具有抑制發炎或過敏的效果，但其機制仍不明。

近年研究發現無菌狀態下飼育的無菌老鼠，其腸道免疫系統的發育情形差，其相關聯的淋巴組織常都很小，另在腸道粘膜製造主要抗體免疫球蛋白A的血漿細胞、以及調節性T細胞的數量也都大量減少。以上這些在無菌老鼠出現的免疫異常現象，經移植入正常老鼠平衡狀態的腸道細菌之菌叢後，免疫系統便回復正常機能。但過去對於腸道細菌之細菌叢如何調控腸道內的免疫系統之分子機制仍不明。 Continue reading →

幹細胞人工合成紅血球
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/德州大學分子生物科學研究所馬千惠責任編輯

編譯來源：増殖能の盛んな赤血球前駆細胞による赤血球を大量生産するための方法確立

(圖片來源：維基百科)

日本京都大學、東京大學等研究團隊，將兩種基因c-MYC、BCL-XL5轉導至由多功能幹細胞(PSCs)或胚胎幹細胞所衍生出的多功能造血先驅細胞(HPCs) ，在試管內生產能幾乎可以無限增殖的紅血球前驅細胞 (imERYPC)，並成功分化為成熟的紅血球，此技術因無須仰賴捐血者的捐血，而能穩定生產紅血球，有助於建立穩定的輸血機制。該研究成果2103年12月17日刊載於科學期刊「Stem Cell Reports」。

人體內運送氧氣的紅血球，因無細胞核，無法自我增殖，因此目前嚴重貧血的血液疾病患者，輸血不得不仰賴捐血者所提供的血液製劑，但在許多地區，隨著少子化及高齡化等原因，捐血者出現漸漸減少的趨勢。因此為建構穩定的輸血機制，希望藉由誘導性多功能幹細胞或胚胎幹細胞等，開發建立在生物體外大量製造紅血球的技術，但是經過一系列的分化測試，得知這些方法並無法獲得足夠數量的血球細胞，必須有不同的嘗試。

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臺大森林系葉汀峰助理教授無油樟基因定序揭開開花植物的面紗發表Science期刊

資料來源：臺大校訊第1168期

溫室栽培之無油樟(攝於美國北卡州立大學森林系Prof. Vincent L. Chiang之溫室)

臺灣大學森林系葉汀峰助理教授參與美國「Amborella Genome Project」計畫—解序無油樟(Amborella trichopoda)基因及功能分析解開花植物演化之謎，並將成果發表科學期刊《Science》。透過葉汀峰助理教授的研究貢獻，展現森林系專業領域多元化包括植物演化、木質細胞壁形成、生物多樣性研究等卓越成果。

生物學家達爾文曾說開花植物的起源「令人討厭的神秘」，至今尚未解開謎底。無油樟是最早開花(被子)植物的始祖，只生長在南太平洋新喀里多尼亞(New Caledonia)地區的巨島上(Grande-Terre)，為孓遺植物。無油樟的胚囊(embryo sac)據信為解開開花植物早期演化中一個試驗期之重要線索，可能代表著裸子植物和被子植物之間的關鍵中間形態。 Continue reading →

類風濕性關節炎與氣壓有關
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：京都大學2014年1月16日訊<関節リウマチの症状は気圧と関連する>

日本京都大學的醫學研究所附屬基因體醫學研究中心與醫學院附屬醫院關節炎研究中心為主的研究團隊，解析在附屬醫院就醫的關節炎患者與氣象廳網頁公布的氣象統計數據於統計學上之相關性，結果發現類風濕性關節炎患者在關節腫脹或疼痛的指標，與氣象數據中的「氣壓」間，具有負相關性。即氣壓越低，關節腫脹或疼痛的指標越惡化。

圖片來源：維基百科

類風濕性關節炎患者通常能感受到「若天氣轉壞，類風濕性關節炎症狀也會轉壞」或「類風濕關節炎的疼痛加重，就知道天氣即將轉壞」。此現象雖從以前就廣為所知，但卻是首次實際使用類風濕性關節炎患者（超過2萬名以上）的臨床數據以及氣象數據來證實兩者之間具有相關性例。該研究成果刊載於2014年1月15日學術期刊「PLOS ONE」。

所謂類風濕性關節炎，就是身體各處的關節引起發炎，產生腫脹、疼痛的症狀，大多發生於女性，在日本約有70萬的患者，約占總人口數的1%，且每年新增1萬5千人發病。隨著病情發展，類風濕性關節炎患者因關節變形使得關節漸漸無法使用，造成日常生活嚴重的阻礙。過去對於類風濕性關節炎的肇因並未充分瞭解，僅知是人體免疫系統辨識異常，將自身關節的部分結構誤認為外來物質而予以攻擊。近年已瞭解其發病原因，找出引發關節發炎的物質：腫瘤壞死因子TNF-α或介白素-6，並開發出以它為標的之治療藥物，使治療效果有顯著的進步。 Continue reading →