Institute of Plant and Microbial Biology

研究主題
探討染色質修飾及其結構在調控基因表現及細胞生長發育之分子機制

目前本實驗室著重的研究主要有三大主題
I. 染色質修飾在基因表現、細胞生長發育中所扮演的調控角色
II. 真菌之絲狀生長的分子機制
III. 發展ChIP-on-chip以期找出轉錄因子以及染色質修飾在基因體中功能性的圖譜

I. 染色質修飾在基因表現、細胞生長以及發育過程中的調控角色
染色質是由組蛋白(H2A, H2B, H3, H4)形成的八隅體和DNA纏繞成核小體所構成，近來越來越多的研究發現染色質修飾 (chromatin modifications) 在調控基因轉錄的分子機制扮演日趨重要的角色。各種組蛋白修飾在不同的時間、地點造成相異的影響，而在這些修飾之間存在著互相溝通的訊息(cross-talk)，同時，負責染色質修飾的酵素更可以協同作用進而調節染色質結構，並且使得各種結合因子可以辨認特定的染色質結構最後調控基因的活化或是抑制。因此，特定染色質結構變化可以造成基因的表現與否，也就是“組蛋白密碼(histone code)”假說的精髓。本實驗室的研究興趣主要在於了解細胞生長分化的過程中，染色質修飾對於基因調節的分子機制，藉由此基礎研究，進而探討在人類疾病（例如癌症或是其他病變）中受到影響的基因及染色質結構的原因和機制，希望有助於疾病治療的研發。由於酵母菌、真菌、植物、以及哺乳類的基本基因調控都是非常相似的，因此我們使用了烘焙酵母、阿拉伯芥以及癌細胞培養作為實驗的材料，來研究轉錄調節以及染色質構造變化等重要課題（圖ㄧ,圖二, 圖三)。針對這個部分的研究，本實驗室主要的方向有可以分為三項：
1.藉由偵測染色質重整活性、組蛋白修飾的改變以及共同活化分子之間的關係，研究基因轉錄調控並了解其如何影響細胞適應環境壓力的分子機制
2.純化組蛋白磷酸激酶複合體 (Ipl1 complex)，並且深入研究其在細胞週期時對於染色體分離的功能 3.研究組蛋白去甲基酶及其結合複合體(HDMT complexes)在對於染色質結構及基因表現的影響

圖一、組蛋白修飾及其共同活化分子互動對基因轉錄調控的分子機制之示意圖

圖二、磷酸化組蛋白H3及組蛋白修飾酶複合體(tGCN5/coA/hisotne H3Pi)的結晶結構

圖三、酵母菌中五種含有JmjC-domain的組蛋白去甲基酶族群簡圖

II. 真菌之絲狀生長的分子機制
許多醫學病例報告發現，系統性黴菌感染有普遍及擴充之跡像，尤其對於愛滋病患及免疫力不足之病人常造成嚴重傷害。長久以來科學家們找出許多重要的真菌致病因子，以期能作為抗真菌藥物的有效標的，文獻指出此類病原真菌（例如白色念珠菌）主要致病力取決於三個基本的因子：不同細胞型態轉換的能力(酵母菌型態、假菌絲、菌絲)、有效的辨認並且黏附宿主細胞、穿透並進入宿主細胞。其中，假菌絲及菌絲的形成可以有助於黏附在宿主細胞，而黴菌本身與寄主間之細胞連結(cell adherence)被認為是感染初期最重要的因子。我先前的研究中首次找到了可以轉譯出細胞表面凝素蛋白的基因：FLO11，此基因對於酵母菌形成假菌絲以及侵入性生長是非常重要的。大多數的FLO基因均位於染色體末端(telomere)並且其表現受抑制，但是在環境逆境，例如在缺乏葡萄糖以及低氮源，可引發 FLO基因大量表現，進而促進形成假菌絲以及侵入性生長（圖四)。因此，藉由研究FLO基因的調控及凝素蛋白對於酵母菌雙形性的重要性，提供真菌與宿主之間相互關係之資訊，可更進一步了解假菌絲生成的調控機制，並找到這些問題的解答。因此此部分的研究結果也將有助於抗真菌藥物的發展！針對這個部分的研究，本實驗室主要的方向有可以分為二項：
1. 染色質修飾如何調控FLO基因表現及影響烘焙酵母假菌絲的形成
2. 利用小分子化合物及天然化合物篩選抗真菌藥物

圖四、FLO11 對於酵母菌形成假菌絲以及侵入性生長之影響

III. 發展“ChIP-on-chip”技術平台，以期找出轉錄因子以及染色質修飾在基因體中功能性的圖譜
由於染色質修飾對於真核細胞調控基因表現十分重要，然而目前對於“轉錄網路(transcriptional network)”多變的內容仍是未清楚。近期新發展 “ChIP-on-chip”的新技術提供了全面性的操作平台以利研究基因體中“轉錄網路”之訊息。ChIP-on-chip 是利用染色質免疫沉澱法(ChIP)配合雜合晶片上的基因體核酸，找出未知的目標，並且可以配合基因表現的微陣列結果，分辨特定轉錄因子直接及間接的下游調控基因。我們實驗室正在建立改良過的ChIP-on-chip 技術，希望藉由此技術平台，探討細胞面臨環境壓力時，轉錄因子的調控基因機制以及其複雜的轉錄功能性圖譜（圖五)。目前，我們利用此“ChIP-on-chip”技術探討Tcf4轉錄因子及染色質修飾在Wnt訊息傳導途徑中對大腸直腸癌形成所扮演之角色。

圖五、本實驗室正在建立改良過的 CHIP-on-chip 技術之示意圖

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近期著作

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