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清大用晶體結構解開腦部鈣化之謎 治療失智露曙光

帕金森氏症阿茲海默症等神經退化病症起因之一是腦部基底核出現鈣化,腦細胞表面的膜蛋白通道阻塞,無法傳送信號分子及營養到細胞內。清華大學生物資訊與結構生物研究所教授孫玉珠研究團隊利用國家同步輻射中心光源,進行X光繞射磷酸鹽轉運膜蛋白晶體,得出繞射圖後進行運算,成功解析出膜蛋白的立體結構,並透過基因序列找到膜蛋白突變的確切位置,讓人類得以首次「看到」失智症的病因。

孫玉珠研究團隊與中央研究院分子生物所研究員蕭傳鐙實驗室合作,解開「磷酸鹽轉運膜蛋白」分子結構之謎,使失智症的治療露出一線曙光。這項由科技部尖端計畫支持的研究成果登上今年8月國際頂尖期刊「科學前緣」(Science Advances),成為台灣膜蛋白研究領域的重要里程碑。

孫玉珠表示,膜蛋白是鑲嵌在細胞膜上的蛋白質,負責傳遞信號並供應能量到細胞內,在藥物開發上扮演非常重要的角色。磷酸鹽轉運膜蛋白則是將磷酸鹽及鈉離子運送到腦細胞內的重要通道,一旦發生病變,通道阻塞,磷酸鈣就會沈澱在細胞膜表面,最終導致腦部基底核鈣化,產生類帕金森氏症的動作障礙或阿茲海默症等神經退化性病變。

孫玉珠指出,解析磷酸鹽轉運膜蛋白並找到突變位置已為治療腦部鈣化踏出了第一、第二步,接下來將與醫師合作,以此結構為基礎來設計藥物,利用電腦計算及模擬,實驗篩選出有效的化學小分子,讓膜蛋白恢復正常,「重新打通阻塞的傳遞通道,撥開失智症患者腦中的迷霧。」

要解析膜蛋白分子結構,首先要培養出膜蛋白晶體,才能用X光繞射的方法看到其中的結構。孫玉珠展示顯微鏡下只有芝麻粒十分之一大小的膜蛋白晶體,「它有稜有角、晶瑩剔透,且蘊藏著重要的分子結構資訊,對我來說比鑽石還珍貴美麗。」

主要負責培養膜蛋白晶體的是研究團隊中的清華大學生資所博士後研究員蔡佳吟。她說,培養第一顆的磷酸鹽轉運膜蛋白晶體就花了一年的時間,之後又耗時一年才得出優化穩定的晶體。

清華大學生資所教授孫玉珠研究團隊耗時近3年才培養出穩定的磷酸鹽轉運膜蛋白晶體。圖/清大提供
清華大學生資所教授孫玉珠研究團隊耗時近3年才培養出穩定的磷酸鹽轉運膜蛋白晶體。圖/清大提供
清華大學生資所教授孫玉珠研究團隊發現磷酸鹽轉運膜蛋白是雙原體,並確認兩個鈉離子及一個磷酸在分子中的位置。圖/清大提供
清華大學生資所教授孫玉珠研究團隊發現磷酸鹽轉運膜蛋白是雙原體,並確認兩個鈉離子及一個磷酸在分子中的位置。圖/清大提供
清華大學生資所教授孫玉珠(右)指導博士後研究員蔡佳吟培養膜蛋白晶體。圖/清大提供
清華大學生資所教授孫玉珠(右)指導博士後研究員蔡佳吟培養膜蛋白晶體。圖/清大提供

失智症 帕金森氏症 阿茲海默症

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