Projects
Chemokine oligomerization 趨化素的相聚離合
趨化素是一種分泌到胞外小分子蛋白，隸屬於細胞因子家族下的其中一類，具有趨化免疫細胞到發炎組織周圍的能力。多數的趨化素能形成不同程度的多聚體，不同的多聚體形式能調控不同的生理功能。在生理功能上，趨化素以單體形式結合G蛋白偶合受體誘發下游反應，但以多聚體形式結合細胞表面的葡胺聚醣誘發免疫細胞到發炎組織周圍，多聚體的變化又與濃度相關，增加了生物系統上的複雜性，使得相關研究充滿挑戰。本計劃著重於利用光譜技術研究兩類趨化素 CXCL4 及 CCL5 的多聚體機制，並與其受體之間的作用模式。
趨化因子 CXCL4s 具有抑制血管新生及內皮細胞增生的活性，使得 CXCL4s 在臨床治療上變得極為有價值，CXCL4s在人體中具有兩種不同的變異型，CXCL4 和 CXCL4L1，而 CXCR3 也同樣具有兩種形態 CXCR3A 和 CXCR3B，因此在人體內創造出一個極為複雜的交互作用機制。我們利用 X 光晶體繞射解出了 CXCL4 和 CXCL4L1 四聚體的結構，發現 CXCL4L1的C端擁有一個不同於其它趨化因子的獨特螺旋結構，因此我們首先的目標是想要了解CXCL4 和 CXCL4L1 在溶液結構上的差異並定義出其 C 端螺旋結構的結構指向及動態。而目前認為 CXCR3A 和 CXCR3B 對於其下游的訊號傳遞作用不同，CXCR3A 可以引發刺激性的訊號傳遞而 CXCR3B 則是抑制性的。即使如此，趨化因子和其受體間交互作用的確切機制卻尚未清楚了解及建立，所以我們將具體的研究 CXCL4/CXCL4L1 和 CXCR3A/CXCR3B 間專一性的結合。此外，我們也想要決定出調控 CXCL4 不同聚體的因子以及創造出 CXCL4 不同的多聚體形態，根據以上實驗，我們可以利用 CXCL4 單體或雙體形態方式來與 CXCR3s 做結合，藉此了解趨化因子是以何種結構形態和受體結合，最後再針對不同形態的多聚體做生物活性上的評估。
我們在本計畫長期與法國波爾多大學 Andreas Bikfalvi 教授合作，台灣團隊進行結構方面的研究，法國團隊進行細胞及生理實驗，每年暑假皆定期送學生互訪。
Lectins in Horseshoe Crab's Blood 鱟血的抗菌模式研究
鱟是生活在泥灘地的古生物，它外在的形體，經過兩億年來的演化，變化幾乎不大，而如此古生的物種，面對泥灘地上的細菌，它的血液裏有著一個極為原始，但是卻相當有效的系統來對抗外來的感染，尤其面對細菌兩億年來無情的演化，鱟物種仍然沒有被淘汰。事實上，因為鱟血對細菌的靈敏性，鱟血製成的製劑，已經成為監測細菌感染相當重要的試劑。
而在人類世界，抗藥性的問題問題日益嚴重，越來越多的抗生素無力抵抗這些抗藥性細菌，因此發展新型的抗菌機制成為非常重要的議題。我們希望藉由研究鱟血中的成分，了解並建構鱟血抗菌機制，除了未來可幫助人類對抗病原菌，也為日益減少的鱟，提供保育上更大的助力及意義。
我們一部分工作在研究鱟血漿凝集素 HPL，HPL 蛋白質序列迴異於其他已知蛋白質，且重組蛋白質溶解度極低，已知其功能為辨識細菌之脂多醣內毒素 (LPS)。我們與清華生科院張大慈組成研究團隊，利用輔助蛋白質序列率先於大腸桿菌細胞內表現並純化可溶性的重組 HPL，並發現 HPL 除具備LPS辨識活性外，亦可專一性結合細菌表面特殊的醣分子結構，故開啟辨識數種臨床感染菌株、並抑制其生長的可能性。我們將以物化方法及核磁共振技術探討 HPL 之結構功能相關性，探討 HPL 與多醣鍵結前後之結構資訊。我們另一部分的工作將在於鑑定台灣鱟血中血青素 (Hemocyanin) 的種類及結構，希望進一步知道鱟血中利用血青素運送氧氣的機制。
而台灣目前能觀測到野生鱟的地區，只剩下金門，我們也跟金門水產試驗所合作，利用野生鱟取得的鱟血，進行成分分析，希望可以找到其中的關鍵成分。
Controlling Nano-Magnetite 奈米生化磁珠製成
磁性奈米粒子在奈米及生技領域，可以運用於催化反應與生物藥學上，應用範圍也遍及硬碟磁軌到癌症治療。然而，目前缺乏簡單方法可以控制磁性奈米粒子的大小及形狀，也沒有發展出能以生物分子包覆的製備方法。研究自然界的趨磁細菌 (magnetotactic bacteria) 內的磁小體 (magnetosome) 提供了一個可能方案。磁小體由脂質及蛋白質的外膜包覆奈米尺寸的磁性物質或硫化鐵礦結晶，這些天然磁性奈米粒子的尺寸及形狀，可藉由生物礦化蛋白或胜肽來調控。這個計畫主要目的在於利用多領域合作，包含生化、材料科學、結構生物學等，來優化磁性物質的生物礦化過程，並藉由生物礦化蛋白的結構特性或突變來掌握磁性奈米粒子大小的關鍵。本計劃將鎖定兩個特別重要的生物礦化蛋白 Mms6 及 MamC，界定出具有調節生物礦化過程的長鏈胜肽，藉由這段有特殊功能的胜肽來調控磁性奈米粒子的形狀及大小。一旦獲得合適的胜肽，我們在未來將可連結癌症目標胜肽，製造出有治療功能的標靶磁性奈米粒子。在此計畫的架構下，我們期望可以了解如何在生物體外使用生物礦化胜肽模擬趨磁細菌控制磁性物質結晶的方法。
本計劃，我們與以色列 Ben-Gurion University of the Negev 的 Raz Zarivach 教授一同進行研究，利用彼此的互補性來研究這個問題，台灣團隊使用 NMR 來研究生物礦化胜肽的液態結構與動態，以色列團隊使用 X-ray 來研究生物礦化蛋白質的作用與結構。在長期目標中，我們希望發展出一個簡單方便且可靠的方法來生產尺寸更小的磁性奈米粒子於生物科技應用上。
New Generation of Snake Antivenom 製備新型蛇毒血清
抗蛇毒血清製作是以相對應蛇毒作為免疫原對馬匹進行免疫，過去較難掌握蛇毒免疫原完整蛇毒成份資訊，因此相關規範較少，有鑒於蛋白質體學分析技術逐漸成熟，部分製程勢必無法符合GMP規範。本研究團隊規劃將與聯亞生技合作，利用我們已開發的蛇毒蛋白體資訊改良目前使用的蛇毒抗原，應用在抗蛇毒血清產品的製程上，穩定生產符合GMP規範之高效價抗蛇毒血清產品，未來計劃供應臺灣市場需求，並布局中國、越南及東南亞各國市場。此外，也將整合學界與業界的研發能量，持續改善產品效價提高產品競爭力，並嘗試發展新一代的抗蛇毒血清，期待能夠提早在國際市場取得領先地位。
近年來蛋白質體學蓬勃發展，在蛇毒相關研究應用上也日漸普遍，國立清華大學研究團隊過去幾十年來對於眼鏡蛇毒的研究小有所成，對於眼鏡蛇毒蛋白體資訊已有詳細瞭解。本計劃與本院吳文桂教授一同執行，引進抗蛇毒血清生物製劑生產技術，結合蛇毒蛋白體創新技術，配製新型免疫原，目前能有效降低約一倍的成本，增加產品在亞洲兩個地區以上的適用性。另一方面，配合政府政策，穩定供應臺灣市場需求，開拓國際市場，以有競爭力的產品來響應並重視世界衛生組織所認定的蛇傷疾病，在兼顧經濟及人類社會福祉的基礎下，創造新價值。