新闻及香港科大故事

Boundless：科大团队在DICER核酸酶上有什么最新发现？ 阮教授：我们的研究带来了重大的新发现。DICER是一种在基因沉默中起关键作用的酶，我们发现它其实拥有一种「双口袋」机制，可以精确地量度RNA长度，从而决定切割的位置，犹如一把「精密剪刀」。这个发现颠覆了科学界对DICER如何与RNA链相互作用的传统认知。Boundless：什么是「基因沉默」？ 阮教授：基因沉默是指减少或抑制特定基因表现的现象。这个过程可以在细胞内自然发生，也可以通过人工手段诱导实现。基因沉默技术可用于阻止目标基因制造蛋白质，帮助科学家探索基因功能、研究疾病成因，并开发基因治疗方法。Boundless：为什么DICER对基因调控如此重要？ 阮教授：DICER在RNA干扰过程中担当重要角色。RNA干扰是细胞利用小型RNA分子来实现基因沉默的一种机制︰DICER负责把长链RNA切割成微小RNA（microRNA），藉此调控基因表现，确保细胞正常运作。Boundless：这次研究的主要突破是什么？阮教授：我们首次发现了DICER中有一个「偏好辨识尿嘧啶结合口袋」（G-favored binding pocket），能够识别以鸟嘌呤开头的RNA链。在此之前，科学界以为DICER只有一种排斥鸟嘌呤的口袋。我们的新发现改写了这个观念，为DICER的运作机制提供了全新视角。Boundless：研究团队使用了哪些研究方法？ 阮教授：我们结合了大数据分析与高分辨率成像技术，通过大量切割实验，观察了数千种RNA变体与DICER互动的情形，并利用低温电子显微镜（Cryo-EM）技术，在原子级别上清楚呈现DICER与RNA结合的过程。Boundless：研究过程中遇到了哪些挑战？ 

香港科技大学（科大）研究团队在生物学 RNA 沉默机制研究中取得突破性发现，发现人类体内关键核酸酶DICER能精准调控微小核糖核酸（microRNAs, miRNA）的机理。这一科研突破将有助推动基因调控研究的发展，为深入了解癌症、免疫系统疾病及遗传疾病机制提供全新角度。这项研究由科大生命科学部副教授阮俊英教授（Tuan Anh NGUYEN）领导，并由博士生Minh Khoa NGO与Cong Truc LE共同完成，并以《DICER cleavage fidelity is governed by 5′-end binding pockets》为题撰写论文刊登于国际级学术期刊Nature。人类生命的讯息由DNA基因组负责编码，并透过信使RNA（核醣核酸）传递与执行 DNA的遗传讯息。RNA通常是单股，由核醣与 A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）四种核糖核苷酸组成。RNA参与许多细胞的重要功能，包括製造蛋白质、调控基因表现，甚至在某些病毒中充当遗传物质。在RNA的世界中，DICER 核酸酶扮演关键的「精密剪刀」角色，它会将双股RNA切割成极短的小片段，使这些小RNA能进入细胞的沉默系统，用来辨识并关闭错误或不需要的基因讯息，犹如在文章中标记与删除错字。

香港科技大学（科大）生命科学部副教授郭玉松教授领导的研究团队在理解细胞如何管理蛋白质内部运输的机制上取得重大突破。此运输过程不仅对维持生命至关重要，还与多种遗传性疾病关系密切。通过利用创新的囊泡蛋白质组学平台进行分析，研究团队有系统地识别与两种关键细胞运输复合体AP-1和AP-4相关的新型运送蛋白及其关键辅助因子。该项研究成果已于国际知名期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表，研究团队将创新的体外囊泡重组技术及定量质谱基质蛋白组学相结合，成功绘制出前所未见运送蛋白与调控因子的完整图谱。分泌运输路径如同细胞的「邮政服务」，确保蛋白质能够准确地送到正确的目的地，以维持细胞的正常功能。这个系统一旦出现错误，便可能导致严重的生理缺陷。郭教授表示：「长久以来，科学界一直致力于全面绘制适配复合体如AP-1及AP-4的运送蛋白组，这些复合体的功能失常与MEDNIK综合症、X染色体相关智力障碍及AP-4缺陷综合症等严重遗传疾病有直接关係。」郭教授进一步解释：「我们的研究透过在体外重构运输过程，并应用定量蛋白组学，开辟了全新的研究领域。这方法让我们能够直接识别出需要依赖AP-1或AP-4将其包装到囊泡中的蛋白质，从分散和零碎的认知转向对其运输全貌的整体性掌握。这揭示了新的客户蛋白，以及AP-4所依赖的、意想不到的细胞机制。」该团队的创新方法将体外囊泡重组与定量质谱分析技术相结合，让研究人员能够在受控的环境中建立运输囊泡，并对其蛋白质组成进行全面分析。此项研究与香港理工大学姚锺平教授团队合作完成。透过此方法，研究人员识别出依赖AP-1或AP-4运输的特定运送蛋白，这些蛋白从细胞内的中央分选枢纽——高尔基体的反面网络运输。他们确认，蛋白质CAB45为依赖AP-1的货物，而ATRAP（一种I型血管紧张素II受体相关蛋白）则是AP-4的一种新型货物。

香港科技大学（科大）的研究团队揭示囊泡在细胞内局部区域进行短距离运输的机制，为这个生物学家尚未充分认识的领域提供了新方向。 囊泡是一个小的细胞容器，可以执行多种生物功能，包括转运蛋白质、脂质、以及生物体生存所需的其他物质，并回收废料。 除了使用马达蛋白进行长距离运输外，细胞还有在特定区域进行短距离囊泡运输的需求。 然而，这种短距运输的确切机制仍待科学家进行研究。 为了应对这项挑战，一支由科大生命科学部博士研究生裘骅先生及研究资助局博士后研究员吴先登博士所带领的研究团队，在科大前生命科学部讲座教授张明杰和科大生命科学部教授邬振国的指导 下，聚焦于突触囊泡（SVs）的研究，成功揭开了短距离运输的神秘面纱。 他们发现，这些与囊泡相关的特定蛋白质的相分离，能够使囊泡在细胞的不同区域之间以可控的方式移动。 具体而言，一种名为Piccolo的巨型条状蛋白质，可以响应钙讯号，从储备池（reserve pool）提取突触囊泡，并将它们运送到活跃区域（Active zone）。 他们还发现，另一种名为TFG的蛋白质也透过使用类似的相分离过程，协助囊泡从内质网（ER）运送到内质网-高尔基体中间体。 有见及此，研究结果表明，相分离或是细胞调控囊泡以特定方向短距离运输的通用方式。 在细胞中，囊泡需要沿着特定方向移动以满足各种生理需求，细胞不同区域之间的长距离运输主要依赖细胞骨架和马达蛋白，而囊泡也需要在细胞中一些比较局部的区域内进行 短距离运输。 例如，在高尔基体中，囊泡需要在间隔几百纳米的腔室间快速移动，以进行蛋白质的加工与分选。 同样，在神经细胞末梢，突触囊泡则需要在数百纳米范围内从储备区转运到释放位点，以控制神经递质精确释放。 与长距离囊泡运输相比，现时人类除了知道这个过程不涉及马达蛋白外，对细胞如何实现局部的囊泡定向运输机制所知甚少。 因此，此项研究引证了细胞内帮助囊泡在特定方向上进行局部短距离运输的过程，成果至关重要。 吴博士表示：「我们的研究证明，在无需马达蛋白的参与下，囊泡的短距离定向运输可以透过相分离来实现，能在广泛的细胞生物学领域场景中应用。因此，如何将新的 囊泡运输机制拓展至其他已知的细胞过程中，将会成为重要的未来研究方向。」

香港科技大学(科大)及香港理工大学(理大)研究人员开发了体外囊泡重组实验，并通过结合该实验途径及定量质谱分析，发现了囊泡中受特定因子调控被装入囊泡的特定货物蛋白，和介导囊泡运输的新的调控蛋白。该研究成果及实验途径，为进一步揭示分泌途径相关的分子机制提供了重要的新工具。 真核细胞的分泌转运途径是一个非常重要的过程。人体内的很多生长因子，荷尔蒙以及其他重要的因子都是通过分泌转运途径从细胞中分泌出来，从而履行它们的生理功能。另外很多新合成的蛋白必须通过分泌转运途径以被运输到特定的亚细胞目标位点才能行使其功能。在分泌转运途径中承载货物蛋白的运输工具是运输囊泡。就像日常生活中的物流及运输服务，货物蛋白是否能够被运输到正确的靶向位点，关键在于这些货物蛋白是否被准确分选到特定的运输囊泡中。若货物蛋白分选功能缺失，会导致细胞极性建立、免疫功能以及其他生理功能缺陷。 在分泌途径中,调控蛋白质分选的关键参与者包括Arf家族蛋白和货物适配蛋白（cargo adaptor）。 Arf家族蛋白有20多个成员并且分别定位在特定的亚细胞位点。它们在结合GDP的不活跃状态和结合GTP的活跃状态之间循环。结合GTP的Arf 蛋白将胞质中各种货物适配蛋白招募到细胞膜或特定细胞器的膜上，一旦被招募到膜上，这些货物适配蛋白就会识别货物蛋白上的分选信号序列，将货物蛋白包装进入囊泡，实现蛋白质的分选。 尽管我们了解了货物分选的基本步骤原理，但受特定Arf家族成员或特定的货物适配蛋白调控的货物蛋白谱在很大程度上仍未得到充分研究。另外，我们也需要系统的实验途径以发掘及鉴定被特定的Arf蛋白招募到膜上的胞质蛋白。 在本项研究中，科大生命科学部副教授郭玉松的团队利用体外囊泡重组实验重构了将货物蛋白包装进囊泡的过程，并且通过生化的方法分离了富集货物蛋白的囊泡。他们与理大姚钟平教授的研究团队合作，通过定量质谱分析分离的囊泡的蛋白质组学。该研究进一步系统地发现了依赖于GTP和囊泡膜结合的胞质蛋白，其中的一个重要胞质蛋白FAM84B与货物适配蛋白相互作用，并调节跨膜货物蛋白的运输。此外，该研究通过体外囊泡重组实验发现了依赖于GTP水解包装进囊泡的多个新型货物蛋白。

香港科技大学(科大)的研究人员揭示了平面细胞极性(Planar cell polarity，下称PCP)中，控制核心蛋白传送的分子机制。平面细胞极性是人体内调节细胞生长及活动的一个重要过程；有关研究将对开发癌症新药物提供有用线索。 承载Frizzled-6的运输工具 PCP是一个对人体组织发展及器官运作起着关键作用的生物过程。PCP机制出错，会导致人体出现神经系统失调、骨骼发育异常或先天性心脏病等。更坏的情况是，癌细胞可夺取并利用PCP这个机制，促使其生长及扩散。 为替癌症治疗提供一个新方向，由科大理学院生命科学部助理教授郭玉松领导的团队，近日揭示一种名为卷曲受体6（Frizzled-6）的PCP核心蛋白，从细胞中被传送至细胞表面以调控PCP的路径。了解到这个运送路径，科学家便可研究堵截卷曲受体6的运送方法，从而关闭被癌细胞干预的PCP机制，以抑制癌细胞的扩散。 了解其他相关的研究﹕ 香港科技大学研究人员发现基因突变机制 为致命脑癌患者带来新治疗线索  

全球暖化以及温室气体排放让海洋中的含氧量在过去数十年间持续下降1 ，污染并破坏我们的生态系统。为了遏止这个趋势，香港科技大学（科大）的研究团队发现一种机制，有望提升一种环保水生细菌清除二氧化碳的能力，为海洋生产更多氧气。俨如陆地上的树木，蓝绿藻(又名蓝细菌)于海洋进行光合作用，为海洋生物提供氧氧，地球逾20%的二氧化碳都是经由它们所吸取。可是，全球每天有近半的蓝绿藻，因被捕食或受病毒感染而死亡，当中单是一种名为噬藻体的病毒，每日便杀死达全球总量五分之一的蓝绿藻。科大海洋科学系副教授曾庆璐领导的研究团队历时五年，最近终于揭示噬藻体杀死这环保细菌，亦即其宿主(host)的规律，所倚赖的是宿主进行光合作用时所产生的能量。团队利用实验室培植的噬藻体进行研究，发现牠们于黑暗环境中，并不能完全发挥感染宿主的功能，但蓝绿藻却偏偏在晚上被牠们杀死。原来在日照时份，蓝绿藻透过光合作用所生产的能量，会成为噬藻体用作感染其宿主的燃料－令噬藻体在日间完成所有足以破坏蓝绿藻细胞结构的感染过程，使其终在晚上分崩离析。很多生物，包括日出而作、日入而息的人类，都具有昼夜节律，但今次研究首次发现，原来病毒亦具有昼夜节律。 曾教授表示：「透过了解日夜循环如何控制噬菌藻的感染过程，不但能帮助降低蓝绿藻被感染的风险，由此增加其吸收二氧化碳的能力，减轻全球暖化；亦有助日后研究对抗病毒的药物。很多人类疾病都是由病毒引致，现在我们知道病毒感染会受生理节律和昼夜循环影响，这可能为研发相关药物对抗人类病毒提供新见解。」是次研究成果已于科学期刊《美国国家科学院院刊》中发表。

香港科技大学（科大）一支科研团队研发出新一代显微镜，不但能为活细胞拍出立体影像，并且所拍摄的画面质素亦更高，大大扩阔了细胞生物学可研究的范围及提升准确性。 虽然现存的共聚焦显微镜也可拍摄出立体生物细胞图像，但是由于其照射在细胞样本上的激光，较盛夏的阳光还要强100万倍，其强烈的曝光量往往破坏细胞的活力，并将之杀死，细胞生物学研究因而一直受到限制。 由科大杜胜望教授及雷明德教授团队所研发的新型线性贝塞尔光片（LBS）显微镜，其光毒性则仅有目前共聚焦显微镜的千分之一，从而大大延长了被观测细胞的寿命，让科学家得以进行更仔细的观察。光毒性是一种由光引起的敏感性，可导致分子变化。另外，新显影技术的速度亦较共聚焦显微镜快1,000倍，拍摄出来的画面因而更为清晰连贯，有助研究人员更准确及有效率地研究蛋白质于细胞中运行的轨迹，了解细胞变异的情况。杜教授是科大物理学系和化学及生物工程学系教授，亦是超分辨率影像中心副主任。雷教授则是科大物理学系荣休教授。 杜教授表示：「新型线性贝塞尔光片（LBS）显微镜是一项高精密的科学与工程技术，我们将此技术之操作简化，让研究人员不必经过特别培训，便懂得如何使用。我们的技术突破限制，让科学家得以接触细胞底蕴，我期望透过提升研究人员对细胞的理解，能有助他们解开某些疾病的成因与演变。」 为将技术产品化，杜教授、雷教授以及他们的博士生赵腾和赵陆伟共同创立了光原创新科技有限公司。该公司于本年度科大百万元创业大赛中，赢得创新奖及广发证券奖。 有关香港科技大学 香港科技大学（www.ust.hk）是国际知名的研究型大学，其科学、工程、商业管理及人文社会科学领域，均臻达世界一流水平。科大校园国际化，提供全人教育及跨学科研究，培育具国际视野、创业精神及创新思维的优秀人才。科大的研究于香港的大学教育资助委员会「2014研究评审工作」获得最多「世界领先」评级，亦于最新的《QS》年轻大学排名位列全球第2，而科大的毕业生在2016年度的全球大学就业能力调查排名第13位，位列大中华院校之首。