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臺大跨團隊合作 突破小頭症基因功能的研究瓶頸

本研究成果於今年(2020)七月底刊登於Nucleic Acids Research期刊。有鑑於近年來,讓南美洲婦女聞之色變的新生兒小頭症,肇因於茲卡病毒感染導致小頭症基因族缺陷,進一步導致大腦皮層發育的缺失而形成小頭的外型(如附圖);此外,小頭症基因族缺失亦在癌症中被發現,顯示小頭症基因在個體先天發育與後天維持上扮演重要的角色。遺傳學和細胞學的研究顯示小頭症基因一號(Microcephalin 1)在維持基因體的穩定性有不可或缺的功能;然而其如何維持細胞基因的完整性和基因修復機轉,至今仍有許多未知,主要是缺乏純化出小頭症基因一號的蛋白來進行機制上的研究。

論文第一作者張皓衍博士為了突破這個困境,以近3年的時間成功以人類細胞的蛋白表達系統,首次建立了小頭症基因一號的蛋白表現及純化的方法;並得到高純度的蛋白來分析其生化功能。他的研究發現小頭症基因一號蛋白具有和DNA結合的能力,這是第一次揭露出在小頭症基因族的成員有如此的生化特性。此外研究也發現,小頭症基因一號蛋白與基因修復酵素RAD51有直接的交互作用,並增進RAD51穩定於受損的基因上來進行後續的基因修復。而透過與臺大化學系李弘文教授研究團隊的合作,進一步以單分子分析的方法學,闡明小頭症基因一號蛋白穩定RAD51與DNA結合的機轉。總結,透過生化和單分子的功能分析,研究團隊發現小頭症基因蛋白具有DNA結合的能力,並藉由直接調控基因修復酵素的活性,來維持細胞基因組的穩定性,也進一步解釋為何小頭症基因對於早期神經發育或後期體細胞維持正常都是重要的。

本次研究成果,顯示了團隊合作的重要性,透過研究專長的彼此互補性,不僅能解決特定的問題,亦能鼓勵對問題有不同角度的思考,進而引導更深入的研究工作,讓不同領域的相互合作提升研究團隊在國際的學術能量。此研究工作是由科技部計畫、臺大及中央研究院支持下進行,計畫參與人員有臺大生化所冀宏源教授研究團隊(張皓衍、李佳怡、葉欣怡),及臺大化學系李弘文教授研究團隊(盧致豪、李微、楊翰霖)。

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論文名稱:“Microcephaly family protein MCPH1 stabilizes RAD51 filaments”

論文網站:https://academic.oup.com/nar/article/doi/ 10.1093/nar/gkaa636/5879433

臺大生化科學所冀宏源教授網頁:http://ibs.ntu.edu.tw/about/staffDetail/49

臺大化學系李弘文教授網頁:https://www.ch.ntu.edu.tw/member/faculty/hwli/lang/en

作者群:Chang HY, Lee CY, Lu CH, Lee W, Yang HL, Yeh HY, Li HW*, Chi P*

更新時間:2020.08.12