新聞及香港科大故事

Boundless：科大團隊在DICER核酸酶上有什麼最新發現？ 阮教授：我們的研究帶來了重大的新發現。DICER是一種在基因沉默中起關鍵作用的酶，我們發現它其實擁有一種「雙口袋」機制，可以精確地量度RNA長度，從而決定切割的位置，猶如一把「精密剪刀」。這個發現顛覆了科學界對DICER如何與RNA鏈相互作用的傳統認知。Boundless：什麼是「基因沉默」？ 阮教授：基因沉默是指減少或抑制特定基因表現的現象。這個過程可以在細胞內自然發生，也可以通過人工手段誘導實現。基因沉默技術可用於阻止目標基因製造蛋白質，幫助科學家探索基因功能、研究疾病成因，並開發基因治療方法。Boundless：為什麼DICER對基因調控如此重要？ 阮教授：DICER在RNA干擾過程中擔當重要角色。RNA干擾是細胞利用小型RNA分子來實現基因沉默的一種機制︰DICER負責把長鏈RNA切割成微小RNA（microRNA），藉此調控基因表現，確保細胞正常運作。Boundless：這次研究的主要突破是什麼？阮教授：我們首次發現了DICER中有一個「偏好辨識尿嘧啶結合口袋」（G-favored binding pocket），能夠識別以鳥嘌呤開頭的RNA鏈。在此之前，科學界以為DICER只有一種排斥鳥嘌呤的口袋。我們的新發現改寫了這個觀念，為DICER的運作機制提供了全新視角。Boundless：研究團隊使用了哪些研究方法？ 阮教授：我們結合了大數據分析與高解析度成像技術，通過大量切割實驗，觀察了數千種RNA變體與DICER互動的情形，並利用低溫電子顯微鏡（Cryo-EM）技術，在原子級別上清楚呈現DICER與RNA結合的過程。Boundless：研究過程中遇到了哪些挑戰？ 

香港科技大學（科大）研究團隊在生物學 RNA 沉默機制研究中取得突破性發現，發現人類體內關鍵核酸酶DICER能精準調控微小核糖核酸（microRNAs, miRNA）的機理。這一科研突破將有助推動基因調控研究的發展，為深入了解癌症、免疫系統疾病及遺傳疾病機制提供全新角度。這項研究由科大生命科學部副教授阮俊英教授（Tuan Anh NGUYEN）領導，並由博士生Minh Khoa NGO與Cong Truc LE共同完成，並以《DICER cleavage fidelity is governed by 5′-end binding pockets》為題撰寫論文刊登於國際級學術期刊Nature。人類生命的訊息由DNA基因組負責編碼，並透過信使RNA（核醣核酸）傳遞與執行 DNA的遺傳訊息。RNA通常是單股，由核醣與 A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）四種核糖核苷酸組成。RNA參與許多細胞的重要功能，包括製造蛋白質、調控基因表現，甚至在某些病毒中充當遺傳物質。在RNA的世界中，DICER 核酸酶扮演關鍵的「精密剪刀」角色，它會將雙股RNA切割成極短的小片段，使這些小RNA能進入細胞的沉默系統，用來辨識並關閉錯誤或不需要的基因訊息，猶如在文章中標記與刪除錯字。

香港科技大學（科大）生命科學部副教授郭玉松教授領導的研究團隊在理解細胞如何管理蛋白質內部運輸的機制上取得重大突破。此運輸過程不僅對維持生命至關重要，還與多種遺傳性疾病關係密切。通過利用創新的囊泡蛋白質組學平台進行分析，研究團隊有系統地識別與兩種關鍵細胞運輸複合體AP-1和AP-4相關的新型運送蛋白及其關鍵輔助因子。該項研究成果已於國際知名期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表，研究團隊將創新的體外囊泡重組技術及定量質譜基質蛋白組學相結合，成功繪製出前所未見運送蛋白與調控因子的完整圖譜。分泌運輸路徑如同細胞的「郵政服務」，確保蛋白質能夠準確地送到正確的目的地，以維持細胞的正常功能。這個系統一旦出現錯誤，便可能導致嚴重的生理缺陷。郭教授表示：「長久以來，科學界一直致力於全面繪製適配複合體如AP-1及AP-4的運送蛋白組，這些複合體的功能失常與MEDNIK綜合症、X染色體相關智力障礙及AP-4缺陷綜合症等嚴重遺傳疾病有直接關係。」郭教授進一步解釋：「我們的研究透過在體外重構運輸過程，並應用定量蛋白組學，開闢了全新的研究領域。這方法讓我們能夠直接識別出需要依賴AP-1或AP-4將其包裝到囊泡中的蛋白質，從分散和零碎的認知轉向對其運輸全貌的整體性掌握。這揭示了新的客戶蛋白，以及AP-4所依賴的、意想不到的細胞機制。」該團隊的創新方法將體外囊泡重組與定量質譜分析技術相結合，讓研究人員能夠在受控的環境中建立運輸囊泡，並對其蛋白質組成進行全面分析。此項研究與香港理工大學姚鍾平教授團隊合作完成。透過此方法，研究人員識別出依賴AP-1或AP-4運輸的特定運送蛋白，這些蛋白從細胞內的中央分選樞紐——高爾基體的反面網絡運輸。他們確認，蛋白質CAB45為依賴AP-1的貨物，而ATRAP（一種I型血管緊張素II受體相關蛋白）則是AP-4的一種新型貨物。

香港科技大學（科大）的研究團隊揭示囊泡在細胞內局部區域進行短距離運輸的機制，為這個生物學家尚未充分認識的領域提供了新方向。 囊泡是一個小的細胞容器，可以執行多種生物功能，包括轉運蛋白質、脂質、以及生物體生存所需的其他物質，並回收廢料。除了使用馬達蛋白進行長距離運輸外，細胞還有在特定區域進行短距離囊泡運輸的需求。 然而，這種短距運輸的確切機制仍待科學家進行研究。 為了應對這項挑戰，一支由科大生命科學部博士研究生裘驊先生及研究資助局博士後研究員吳先登博士所帶領的研究團隊，在科大前生命科學部講座教授張明傑和科大生命科學部教授鄔振國的指導下，聚焦於突觸囊泡（SVs）的研究，成功揭開了短距離運輸的神秘面紗。他們發現，這些與囊泡相關的特定蛋白質的相分離，能夠使囊泡在細胞的不同區域之間以可控的方式移動。 具體而言，一種名為Piccolo的巨型條狀蛋白質，可以響應鈣訊號，從儲備池（reserve pool）提取突觸囊泡，並將它們運送到活躍區域（Active zone）。 他們還發現，另一種名為TFG的蛋白質也透過使用類似的相分離過程，協助囊泡從內質網（ER）運送到內質網-高爾基體中間體。 有見及此，研究結果表明，相分離或是細胞調控囊泡以特定方向短距離運輸的通用方式。 在細胞中，囊泡需要沿著特定方向移動以滿足各種生理需求，細胞不同區域之間的長距離運輸主要依賴細胞骨架和馬達蛋白，而囊泡也需要在細胞中一些比較局部的區域內進行短距離運輸。例如，在高爾基體中，囊泡需要在間隔幾百納米的腔室間快速移動，以進行蛋白質的加工與分選。同樣，在神經細胞末梢，突觸囊泡則需要在數百納米範圍內從儲備區轉運到釋放位點，以控制神經遞質精確釋放。 與長距離囊泡運輸相比，現時人類除了知道這個過程不涉及馬達蛋白外，對細胞如何實現局部的囊泡定向運輸機制所知甚少。因此，此項研究引證了細胞內幫助囊泡在特定方向上進行局部短距離運輸的過程，成果至關重要。 吳博士表示：「我們的研究證明，在無需馬達蛋白的參與下，囊泡的短距離定向運輸可以透過相分離來實現，能在廣泛的細胞生物學領域場景中應用。因此，如何將新的囊泡運輸機制拓展至其他已知的細胞過程中，將會成為重要的未來研究方向。」

香港科技大學(科大)及香港理工大學(理大)研究人員開發了體外囊泡重組實驗，並通過結合該實驗途徑及定量質譜分析，發現了囊泡中受特定因子調控被裝入囊泡的特定貨物蛋白，和介導囊泡運輸的新的調控蛋白。該研究成果及實驗途徑，為進一步揭示分泌途徑相關的分子機制提供了重要的新工具。真核細胞的分泌轉運途徑是一個非常重要的過程。人體內的很多生長因子，荷爾蒙以及其他重要的因子都是通過分泌轉運途徑從細胞中分泌出來，從而履行它們的生理功能。另外很多新合成的蛋白必須通過分泌轉運途徑以被運輸到特定的亞細胞目標位點才能行使其功能。在分泌轉運途徑中承載貨物蛋白的運輸工具是運輸囊泡。就像日常生活中的物流及運輸服務，貨物蛋白是否能夠被運輸到正確的靶向位點，關鍵在於這些貨物蛋白是否被準確分選到特定的運輸囊泡中。若貨物蛋白分選功能缺失，會導致細胞極性建立、免疫功能以及其他生理功能缺陷。在分泌途徑中,調控蛋白質分選的關鍵參與者包括Arf家族蛋白和貨物適配蛋白（cargo adaptor）。 Arf家族蛋白有20多個成員並且分別定位在特定的亞細胞位點。它們在結合GDP的不活躍狀態和結合GTP的活躍狀態之間循環。結合GTP的Arf 蛋白將胞質中各種貨物適配蛋白招募到細胞膜或特定細胞器的膜上，一旦被招募到膜上，這些貨物適配蛋白就會識別貨物蛋白上的分選信號序列，將貨物蛋白包裝進入囊泡，實現蛋白質的分選。儘管我們了解了貨物分選的基本步驟原理，但受特定Arf家族成員或特定的貨物適配蛋白調控的貨物蛋白譜在很大程度上仍未得到充分研究。另外，我們也需要系統的實驗途徑以發掘及鑑定被特定的Arf蛋白招募到膜上的胞質蛋白。在本項研究中，科大生命科學部副教授郭玉松的團隊利用體外囊泡重組實驗重構了將貨物蛋白包裝進囊泡的過程，並且通過生化的方法分離了富集貨物蛋白的囊泡。他們與理大姚鐘平教授的研究團隊合作，通過定量質譜分析分離的囊泡的蛋白質組學。該研究進一步系統地發現了依賴於GTP和囊泡膜結合的胞質蛋白，其中的一個重要胞質蛋白FAM84B與貨物適配蛋白相互作用，並調節跨膜貨物蛋白的運輸。此外，該研究通過體外囊泡重組實驗發現了依賴於GTP水解包裝進囊泡的多個新型貨物蛋白。

香港科技大學(科大)的研究人員揭示了平面細胞極性(Planar cell polarity，下稱PCP)中，控制核心蛋白傳送的分子機制。平面細胞極性是人體內調節細胞生長及活動的一個重要過程；有關研究將對開發癌症新藥物提供有用線索。 承載Frizzled-6的運輸工具 PCP是一個對人體組織發展及器官運作起著關鍵作用的生物過程。PCP機制出錯，會導致人體出現神經系統失調、骨骼發育異常或先天性心臟病等。更壞的情況是，癌細胞可奪取並利用PCP這個機制，促使其生長及擴散。 為替癌症治療提供一個新方向，由科大理學院生命科學部助理教授郭玉松領導的團隊，近日揭示一種名為捲曲受體6（Frizzled-6）的PCP核心蛋白，從細胞中被傳送至細胞表面以調控PCP的路徑。了解到這個運送路徑，科學家便可研究堵截捲曲受體6的運送方法，從而關閉被癌細胞干預的PCP機制，以抑制癌細胞的擴散。 這個分子機制可以物流及運輸流程作比喻﹕正如剛出廠的製成品，新造好的PCP蛋白需要在細胞內一個名為內質網（endoplasmic reticulum）的「工場」中被摺疊、改良及包裝。然後，這些蛋白便會經由「COPII外殼蛋白聚合體」中所製造的運輸工具，傳送至細胞內被稱為「高基氏體」的分流站。在這個分流站，蛋白會再被安排登上另一個指定的運輸工具，然後被運送至細胞表面。蛋白到達這個目的地後，便會開始調節PCP的過程。

全球暖化以及溫室氣體排放讓海洋中的含氧量在過去數十年間持續下降1，污染並破壞我們的生態系統。為了遏止這個趨勢，香港科技大學（科大）的研究團隊發現一種機制，有望提升一種環保水生細菌清除二氧化碳的能力，為海洋生產更多氧氣。儼如陸地上的樹木，藍綠藻(又名藍細菌)於海洋進行光合作用，為海洋生物提供氧氧，地球逾20%的二氧化碳都是經由它們所吸取。可是，全球每天有近半的藍綠藻，因被捕食或受病毒感染而死亡，當中單是一種名為噬藻體的病毒，每日便殺死達全球總量五分之一的藍綠藻。科大海洋科學系副教授曾慶璐領導的研究團隊歷時五年，最近終於揭示噬藻體殺死這環保細菌，亦即其宿主(host)的規律，所倚賴的是宿主進行光合作用時所產生的能量。團隊利用實驗室培植的噬藻體進行研究，發現牠們於黑暗環境中，並不能完全發揮感染宿主的功能，但藍綠藻卻偏偏在晚上被牠們殺死。原來在日照時份，藍綠藻透過光合作用所生產的能量，會成為噬藻體用作感染其宿主的燃料－令噬藻體在日間完成所有足以破壞藍綠藻細胞結構的感染過程，使其終在晚上分崩離析。很多生物，包括日出而作、日入而息的人類，都具有晝夜節律，但今次研究首次發現，原來病毒亦具有晝夜節律。 曾教授表示：「透過了解日夜循環如何控制噬菌藻的感染過程，不但能幫助降低藍綠藻被感染的風險，由此增加其吸收二氧化碳的能力，減輕全球暖化；亦有助日後研究對抗病毒的藥物。很多人類疾病都是由病毒引致，現在我們知道病毒感染會受生理節律和晝夜循環影響，這可能為研發相關藥物對抗人類病毒提供新見解。」是次研究成果已於科學期刊《美國國家科學院院刊》中發表。

香港科技大學（科大）一支科研團隊研發出新一代顯微鏡，不但能為活細胞拍出立體影像，並且所拍攝的畫面質素亦更高，大大擴闊了細胞生物學可研究的範圍及提升準確性。 雖然現存的共聚焦顯微鏡也可拍攝出立體生物細胞圖像，但是由於其照射在細胞樣本上的激光，較盛夏的陽光還要強100萬倍，其強烈的曝光量往往破壞細胞的活力，並將之殺死，細胞生物學研究因而一直受到限制。 由科大杜勝望教授及雷明德教授團隊所研發的新型線性貝塞爾光片（LBS）顯微鏡，其光毒性則僅有目前共聚焦顯微鏡的千分之一，從而大大延長了被觀測細胞的壽命，讓科學家得以進行更仔細的觀察。光毒性是一種由光引起的敏感性，可導致分子變化。另外，新顯影技術的速度亦較共聚焦顯微鏡快1,000倍，拍攝出來的畫面因而更為清晰連貫，有助研究人員更準確及有效率地研究蛋白質於細胞中運行的軌跡，了解細胞變異的情況。杜教授是科大物理學系和化學及生物工程學系教授，亦是超分辨率影像中心副主任。雷教授則是科大物理學系榮休教授。 杜教授表示：「新型線性貝塞爾光片（LBS）顯微鏡是一項高精密的科學與工程技術，我們將此技術之操作簡化，讓研究人員不必經過特別培訓，便懂得如何使用。我們的技術突破限制，讓科學家得以接觸細胞底蘊，我期望透過提升研究人員對細胞的理解，能有助他們解開某些疾病的成因與演變。」 為將技術產品化，杜教授、雷教授以及他們的博士生趙騰和趙陸偉共同創立了光原創新科技有限公司。該公司於本年度科大百萬元創業大賽中，贏得創新獎及廣發證券獎。 有關香港科技大學 香港科技大學（www.ust.hk）是國際知名的研究型大學，其科學、工程、商業管理及人文社會科學領域，均臻達世界一流水平。科大校園國際化，提供全人教育及跨學科研究，培育具國際視野、創業精神及創新思維的優秀人才。科大的研究於香港的大學教育資助委員會「2014研究評審工作」獲得最多「世界領先」評級，亦於最新的《QS》年輕大學排名位列全球第2，而科大的畢業生在2016年度的全球大學就業能力調查排名第13位，位列大中華院校之首。 傳媒查詢: