生物化學 科學報導

7 月份月底結尾文 – Glycobiology

        組成生物體的四種重要巨分子包括:蛋白質、脂質、核酸、及醣類。核酸負責攜帶和傳遞生物體的遺傳訊息,並藉由基因的活化與否來決定生物體的性狀表現,一個基因被活化或被抑制內含了非常複雜的調控機制,我們知道蛋白質可以利用酵素的活性修飾或是組成轉錄因子,而脂質能夠以賀爾蒙或是分解成小分子脂肪酸等形式來調控基因表現,相較之下,我們對於醣類的知識是知之甚少。

        在生化及分子生物學課本上,我們學到在轉譯後修飾的過程蛋白質會被接上醣基來幫助其正確摺疊並穩定結構,醣類與脂質結合成醣脂質,是組成細胞膜的重要成分,能夠維持細胞膜的穩定及構成細胞上各式各樣的生物標誌。隨著研究方法與技術進步的巨輪不斷被推動下,科學家們得以漸漸掀開醣類的層層神秘面紗,”醣生物學” 也就此衍生,研究的範圍包括醣類的結構、生合成、及其所具有的生物功能。自過去二十年至今的研究成果中,除了許多假說被證實或被修正外,科學家們也正致力於發展醣科學在臨床上的應用。以下為各位讀者整理七月醣生物學專題所報導的科學研究:

        首波主打由目前就讀史丹佛大學化學系博士班的蔡京庭同學,詳細介紹了醣類合成技術主要具有化學法與酵素法,並比較兩種方法的優缺點。隨著近年電腦科學的進步,自動化程式設計與機器學習技術也被應用在醣類合成領域。而在這裡不得不提到許多台灣正港科學家像是:翁啟惠前院長、洪上程教授、吳宗益老師、許聞廉老師等,都是領導醣科學研究發展的佼佼者,可見台灣的醣科學研究在國際上佔有舉足輕重的地位。
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        臨床上觀察到的一個有趣現象:O 型血的人對於心血管疾病的罹患率較其他血型者為低,真的嗎?目前就讀台大分子醫學研究所的林偉強所報導的研究論文以 ABO 血型系統為例,對此提出一個新的觀點:血球細胞上H抗原的醣基化修飾與否可能扮演著關鍵角色。在人類的四種血型中,除了 O 型血球上的 H 抗原保留原始結構未被醣基化修飾外,其餘三種血型的 H 抗原上都具有不同程度及種類的醣基化修飾,而這個差異可能造成血漿濃度不同,進而影響心血管疾病的發生率。不過,心血管疾病的成因眾多,本研究僅提供了其中一個觀點,仍需要更多相關的研究佐證,若是 O 型血的您,也不代表對心血管疾病免疫,仍然要注意飲食管理喔! 
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        台大醫學系畢業的紀威佑則為大家報導了來自日本筑波大學以及筑波產業技術綜合研究所(AIST Tsukuba)的團隊所發表的研究,發現凝集素與胰臟癌細胞的細胞膜上所表現的特殊醣基具有專一性結合的特性,將抗癌藥物與凝集素結合成複合體,如此即可藉由醣基 – 凝集素的結合將抗癌藥藉由胞吞作用進入癌細胞並達到毒殺效果。已知不同種類的癌細胞膜表面具有不同的醣基化修飾,翁啟惠前院長團隊所發展的醣晶片也是利用醣基-凝集素結合的特性,偵測癌細胞膜上所表現的不同醣基而達到篩選癌症的目的。這些結果顯示醣科學的發展在臨床上對於癌症的檢測及治療都提供了新的策略,相信不久的將來將會有更多的突破。
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        最後,由目前就讀於陽明大學微生物與免疫學研究所碩士班的楊宗霖為我們報導將冷凍電子顯微鏡技術應用於醣科學的研究。此研究利用冷凍電子顯微鏡觀察抗癌藥物紫杉醇與穿膜蛋白質 ABCB1 在結構上的交互作用,對於抗癌藥物作用的動力學提供了進一步的解釋,也顯示了輔以不同技術來研究醣科學是能夠獲得相當重要的成果。藉由本研究可知,了解藥物結合後膜上醣蛋白通道的結構變化,對於釐清作用機制、改進有效性、以及新藥開發都是不可獲缺的一環。
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        以上,我們為大家再次整理了這個月醣生物專題所報導的各篇重磅研究,醣生物學是相當複雜的領域,我們旨在用淺顯易懂的科普方式,並正確傳達論文的概念,引領讀者們了解科學的知識及技術,希望讓您對醣科學能夠有進一步的認識。

圖一、細胞膜上覆蓋著許多複雜醣類結構,包括醣蛋白、醣脂質、各式各樣的單醣及其聚合成的聚糖結構。
圖片來源:https://cecionilab.com/science/ 與 https://www.cshlpress.com/default.tpl?action=full&–eqskudatarq=1076

參考文獻:

  1. Sears, P., and Wong, C.H. (2001). Toward automated synthesis of oligosaccharides and glycoproteins. Science291, 2344-2350.
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  3. Shimomura, O., Oda, T., Tateno, H., Ozawa, Y., Kimura, S., Sakashita, S., Noguchi, M., Hirabayashi, J., Asashima, M., and Ohkohchi, N. (2018). A Novel Therapeutic Strategy for Pancreatic Cancer: Targeting Cell Surface Glycan Using rBC2LC-N Lectin-Drug Conjugate (LDC). Molecular cancer therapeutics17, 183-195.
  4. Alam, A., Kowal, J., Broude, E., Roninson, I., and Locher, K.P. (2019). Structural insight into substrate and inhibitor discrimination by human P-glycoprotein. Science363, 753-756.

撰文|黃文彥
審稿|黃芝琳

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黃文彥

台大醫工所博士後研究員,主要研究領域為皮膚幹細胞在組織及器官受損後的再生反應中所扮演的角色。熱愛閱讀及分享不同領域的科學新知,並著力於架起臨床與基礎研究間的合作橋樑,以解決臨床上所觀察到卻無法深入探究的問題。藉著The Investigator Taiwan平台,結交對生醫研究領域有共同興趣的夥伴,一起分享研究,互相激勵出新的想法,更重要的是結合有志一同的夥伴,一起為台灣生醫的發展盡力,期許在世界的潮流中能佔有一席之地。

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