理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
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Item PPP2R2B:外遺傳研究暨藥物篩檢模式的建立(2011) 王允麟; Yun-Lin WangProtein phosphatase 2A (簡稱PP2A)是細胞內重要的蛋白去磷酸化酵素,其次單元B調控PP2A在細胞內作用的位置及催化的受質種類。PPP2R2B是表現在腦神經細胞中的PP2A調控次單元B。腦部表現的PP2A調節tau蛋白的磷酸化。Tau蛋白過度磷酸化和PP2A活性下降,皆和阿茲海默氏症(AD)相關。本實驗室的研究亦發現PPP2R2B的低啟動子活性,和國人的阿茲海默氏症顯著相關。本研究第一部份是以PPP2R2B啟動子接上EGFP報導基因,來建立人類胚胎腎HEK-293及神經腫瘤SK-N-SH細胞,轉染入轉錄因子SP1及CREB1後,分析綠螢光量變化,並未呈現預期的調控情形。第二部分為探討PPP2R2B DNA甲基化的外遺傳調控,與阿茲海默氏症的相關性。選取五組年齡及性別配對的病人及正常人DNA樣品,經Bisulfite定序,結果發現AD病人的PPP2R2B的5'端甲基化程度有高於正常人的趨勢,尤其是-311及-310的位置,雖然並沒有到達顯著差異。進一步的神經(SK-N-SH、SH-SY5Y)及非神經(HEK-293)腫瘤細胞PPP2R2B啟動子定序,顯示HEK-293細胞PPP2R2B啟動子上的甲基化,但以去甲基化藥物5-aza-dC處理HEK-293後,PPP2R2B表現量並未顯著上升,MeCP2的抗體的染色質免疫沈澱亦未看到MeCP2蛋白結合到PPP2R2B啟動子上。Item PPP2R2B 基因外遺傳研究及細胞模式研究(2010) 高慈蓬PP2A為真核細胞內一種普遍的絲胺酸/酥胺酸去磷酸酶。PP2A全酶包含結構骨架A次單位、調節B次單位、催化C次單位。PPP2R2B (Bβ)為普遍表現在大腦組織中的調控次單位。PPP2R2B基因透過基因啟動子的差異使用及選擇性裁接,產生Bβ1和Bβ2兩種異構型蛋白。Bβ1啟動子上CAG三核苷酸重複擴增,可能因導致細胞質中Bβ1表現量的上升,而與第十二型脊髓小腦萎縮症相關。相反的,病例-對照組及啟動子的研究顯示,罕見短的CAG三核苷酸重複等位基因和低轉錄活性及阿茲海默氏症相關。為探討Bβ1在阿茲海默氏症上可能扮演的角色,本研究透過bisulfite處理及選殖定序,檢查5個阿茲海默氏症患者及年齡與性別配對的正常人,Bβ1啟動子1 kb片段的序列甲基化情形,結果發現患者的甲基化程度略高於正常人(雖然差異未達顯著性),顯示外遺傳改變可能影響阿茲海默氏症患者Bβ1的表現。此外,本研究並用穩定誘導表現Myc標籤的Bβ1及Bβ2細胞株,來探討Bβ調節的PP2A在神經退化中的角色。結果發現表現Bβ2的細胞活性氧自由基增加。氧化劑TBH及Aβ1-40的添加更顯著提昇Bβ2表現細胞的活性氧自由基。Item Wnt/beta-catenin訊號傳遞路徑基因:ICAT及HBP1之分子變異及肺癌臨床相關性研究(2007) 林素芬研究背景: ICAT (inhibitor of b-catenin and TCF) 和HBP1 (HMG-box transcription factor 1) 抑癌基因分別位於染色體1p36.2和7q31的區域。ICAT和HBP1兩個蛋白質屬於Wnt/b-catenin訊號傳遞路徑的成員,經由拮抗b-catenin/TCF (T-cell factor) 複合體的共同活化作用而抑制Wnt/b-catenin訊號傳遞路徑的功能。因此,本研究假設若ICAT或HBP1有變異的情形發生,可能會造成Wnt/b-catenin訊號傳遞路徑的過度活化而導致腫瘤發生。材料與方法: 我們分析了95位非小細胞肺癌 (non-small cell lung cancer, NSCLC) 病人的ICAT和HBP1蛋白表現、mRNA表現及啟動子過度甲基化情形,並將變異結果和臨床病歷資料做相關的統計分析。我們使用免疫組織染色法 (immunohistochemistry, IHC),觀察病人ICAT和HBP1蛋白,再以反轉錄-聚合酵素鏈反應 (Reverse-transcriptase polymerase chain reaction, RT-PCR) 分析組織細胞中ICAT和HBP1基因mRNA轉錄是否異常,續以聚合酵素鏈反應為基礎的甲基化分析 (methylation-specific PCR, MSP) 偵測ICAT和HBP1基因的啟動子過度甲基化頻率。結果: 本研究發現95位NSCLC病人中ICAT和HBP1蛋白低表達頻率分為別26% (25/95) 和31.6% (30/95),ICAT和HBP1 mRNA低表達頻率分別為37.9% (36/95) 和33.7% (32/95),而ICAT和HBP1基因啟動子甲基化頻率分別為36.8% (35/95) 和45.3% (43/95);ICAT和HBP1蛋白質/mRNA、mRNA/啟動子甲基化、蛋白質/啟動子甲基化表現彼此間都呈現統計上的顯著相關性 (P<0.05);我們也發現,原本有HBP1基因變異的肺癌細胞株在經過去甲基化藥物5’-aza-2’-deoxycytidine的處理之後,會使肺癌細胞株HBP1基因啟動子去甲基化與mRNA蛋白質表現量上升。另外,將ICAT和HBP1變異情形和臨床病理資料作統計相關性分析,結果發現,HBP1 mRNA低表達多發生在抽菸 (P=0.035) 及鱗狀上皮細胞肺癌病人 (P=0.021)。為了探討ICAT和HBP1變異是否會引發Wnt/-catenin訊號傳遞路徑的過度活化而導致其目標基因過度表現,因此本研究亦檢測了50位NSCLC病人之Wnt/-catenin目標基因 MMP7 (matrix metallopeptidase 7) 的表現與ICAT和HBP1蛋白失去活性的相關性,研究結果顯示-catenin過度表現同時MMP7 mRNA亦過度表現的病人之間達統計上相關性 (P=0.008),這些病人中同時有HBP1蛋白失去活性的病例之間統計上亦達邊緣顯著相關 (P=0.069)。結論: 由本研究結果顯示,ICAT和HBP1發生變異,確實在肺癌形成過程中扮演一個重要的角色,其變異主要機制為啟動子過度甲基化。因為ICAT和HBP1變異會失去拮抗b-catenin/TCF複合物活化下游基因的能力,而導致細胞中b-catenin/TCF目標基因,如:MMP7過度表現,進一步導致肺腫瘤的發生或轉移。本研究亦為在癌症病人中首篇完整探討ICAT和HBP1蛋白表現、RNA表現、DNA啟動子過度甲基化的研究論文。Item SLIT2及其相關基因變異與肺癌形成之機制探討(2007) 李世華; Shih-Hua Lee研究背景:自1982年起,癌症即為台灣地區十大死亡原因之首位,其中肺癌的死亡率不論在女性或男性都高居癌症死亡率的首位,儘管目前醫學已相當進步,但對於分子致癌機制仍未完全釐清。目前所知,癌症形成的原因,是由於一連串基因發生變異所造成,和癌症有關的抑癌基因 (tumor suppressor gene) 經研究證實之所以會致癌往往是因其兩個基因座同時發生變異導致失去活性,變異方式多為一基因座產生點突變、小片段鹼基缺失或啟動子過度甲基化 (promoter hypermethylation),而另一基因座發生抑癌基因及鄰近區域DNA大片段缺失 (loss of heterozygosity),導致抑癌基因活性降低而致癌。因此,抑癌基因變異的研究有助於了解癌症形成的機制。 SLIT2蛋白質是一個分泌於細胞膜外的醣蛋白,在神經細胞發育過程當中,可以控制軸突的分支、遷移,並能引導其生長方向,藉此調節神經細胞的發育。已有許多文獻報導指出SLIT2基因在肺癌、乳癌與大腸癌皆有嚴重的基因大片段缺失的情形,以說明此基因在腫瘤形成或轉移過程的重要性。然而,目前並無同時針對位在SLIT2訊號傳導路徑的重要三者成員如: SLIT2、ROBO1和SRGAP1,在癌症病人的完整分子致癌機轉與變異情形的探討文獻。因此,本研究針對台灣地區的肺癌病人其SLIT2、ROBO1和SRGAP1三個基因變異情形以及SLIT2蛋白與癌細胞轉移的關係做深入的研究。 材料與方法:為了探討SLIT2、ROBO1和SRGAP1三基因在肺癌病人中變異情形以及與病人病歷資料的相關性,本研究分析了92位台灣地區非小細胞肺癌 (non-small cell lung cancer, NSCLC) 的病人檢體,利用免疫組織染色法 (immunohistochemistry) 觀察病人SLIT2、ROBO1和SRGAP1蛋白的表現,再以反轉錄-聚合酵素鏈反應 (Reverse-transcriptase polymerase chain reaction) 分析組織細胞中SLIT2、ROBO1和SRGAP1三基因mRNA轉錄是否異常,續以聚合酵素鏈反應為基礎的甲基化分析 (methylation-specific PCR) 偵測SLIT2、ROBO1和SRGAP1三基因的啟動子過度甲基化頻率。此外,SLIT2基因在癌症轉移扮演的角色亦利用細胞模式實驗來釐清。 結果: (1) 實驗結果發現所分析的NSCLC病人中,SLIT2和ROBO1蛋白低表達頻率分別達41.3% (38/92) 與20.1% (19/92),而SLIT2、ROBO1和SRGAP1 mRNA 低表達情形分別為45% (41/92)、11% (10/92) 和34% (31/92),且SLIT2、ROBO1與SRGAP1啟動子甲基化頻率各為63% (58/92)、37% (34/92) 和40.2% (37/92)。(2) SLIT2、ROBO1和SRGAP1蛋白質/mRNA、mRNA/啟動子甲基化、蛋白質/啟動子甲基化表現彼此間都呈現統計上的顯著相關性 (P<0.05)。(3) 此外,SLIT2 mRNA與蛋白屬於低表達者大多是癌症分期晚期的病人 (mRNA, P=0.05; protein, P=0.003) 與有遠端臟器轉移的病人 (mRNA, P=0.023; protein, P=0.013)。(4) 我們也發現,原本有SLIT2基因變異的肺癌細胞株在經過去甲基化藥物的處理之後,會使肺癌細胞株的SLIT2基因啟動子去甲基化、mRNA與蛋白質表現量上升,以及細胞株爬行能力顯著降低 (P<0.001);另一方面,原本爬行潛力不高的肺癌細胞株將SLIT2基因knock down後,會使細胞株的SLIT2 mRNA與蛋白質表現量下降、細胞株爬行能力提高、附著能力下降 (P<0.001)。 結論:本研究證實,SLIT2與SRGAP1基因變異情形確實在肺癌形成過程中(尤其是癌症轉移)扮演一個很重要的角色,其表現變異的機制可能主要透過啟動子過度甲基化所致,我們的研究是第一篇在癌組織樣本中,同時探討SLIT2、ROBO1和SRGAP1三者參與癌症形成的研究。Item 人類遺傳疾病 第一部份:第八型脊髓小腦共濟失調症之分子遺傳及外遺傳研究 第二部份:台灣兩個Netherton徵候群病患家族之分子遺傳研究(2006) 黃淑宜; Shu-Yi Huang第一部份: 第八型脊髓小腦共濟失調症(SCA8)為退化性神經疾病,其特徵為小腦功能異常或亦包含其他部位的神經性異常,此疾病和染色體13q21位置的SCA8基因3'端CTG三核重複擴增相關。自1999年以來,SCA8基因的CTG擴增突變見於遺傳性及偶發性的運動失調患者,及帕金森氏症(PD)、阿茲海默氏症(AD)、Friedreich's運動失調症等退化性神經疾病及精神病患,甚至於極少數正常人。SCA8基因表現於腦的各部位,但轉錄的RNA裁接後並不具open reading frame。在人類及老鼠基因體中,SCA8基因的5'端皆和緊鄰的KLHL1基因(actin結合蛋白)的5'端互補,即SCA8轉錄物和KLHL1轉錄物互為antisense RNA,故SCA8基因可能藉此antisense RNA,來調節KLHL1基因的表現。先前本實驗室對SCA8致病基因進行遺傳分析,亦在台灣人的PD患者中發現的CTG重複擴增的現象(Wu et al., 2004)。本研究利用PCR-genotyping及DNA定序技術,擴大分析正常人族群、運動失調症患者、PD患者、AD患者及其他神經疾病族群SCA8基因CTG重複變異,結果共發現8位個體具CTG重複擴增的對偶基因,包括1位正常人、2位運動失調症患者、1位肌張力異常症患者、1位泛發性路易體患者及3位PD患者。RT-PCR分析正常人和CTG重複擴增病患的淋巴細胞株,發現SCA8基因和KLHL1基因皆有表現。進一步利用甲基化專一的PCR檢測及限制酵素的甲基化檢測,分析SCA8基因和KLHL1基因重疊序列上的CpG島的甲基化情形,發現在正常人和SCA8基因CTG重複擴增患者細胞中,均有不同程度的甲基化情形,但和SCA8基因CTG重複並無絕對相關性。在氧化壓力相關研究中,經由氧化劑t-butylhydroperoxide (TBH) 處理後,正常人及SCA8基因CTG重複擴增患者淋巴細胞株的WST-1細胞增生檢測、Trypan blue排除檢測、Superoxide dismutase assay結果,皆無明顯差異,故推論SCA8基因CTG重複擴增,並未影響細胞株的抗氧化能力。 第二部分: Netherton Syndrome (NS)是一種嚴重的體染色體隱性遺傳皮膚疾病,特色是先天性的紅皮症(congenital erythroderma)、特殊不正常的髮根結構(bamboo hair)及伴隨著體內IgE濃度提高的過敏性表現(atopic manifestations)。NS的病因是由於體內缺少絲胺酸蛋白抑制因子(serine protease inhibitor)的活性,而造成體內絲胺酸蛋白(serine protease)的活性異常提高。到目前為止,NS還沒有非常好的治療方法。NS的致病基因在2000年時被發現,位於染色體5q31-32的SPINK5 (serine protease inhibitor Kazal-type 5)基因,大小為61 kb,含有33個外顯子,其產物LEKTI蛋白,是一種絲胺酸蛋白抑制因子,廣泛的表現在人體各組織中,含有1064個胺基酸,有十五個potential inhibitory Kazal-type domains (D1–D15),包括典型的Kazal-type domain D2和D15。和NS相關的SPINK5基因突變類型主要是產生了前成熟終止密碼(premature termination codon),造成mRNA的不穩定,而使產物蛋白LEKTI (lympho-epithelial Kazal-type related inhibitor)的生成遽減。本研究目的為探討台灣兩個NS病患家族之分子致因。藉著PCR、定序來檢視兩位患者包括啟動子在內的SPINK5基因,找出和患者性狀相關的基因突變,並利用鄰近之6個微衛星序列及SPINK5基因上的5個SNP,對患者270家族進行連鎖分析。結果在患者2567的外顯子25上找到兩個突變點:已報導過的R790X及新發現的T808I,分別遺傳自患者的父親及母親。另一患者270為一新發現的R267Q變異的同型合子,此變異的Q對偶基因在正常人族群中約佔31%,但患者父親並未帶有此變異。進一步利用同步定量PCR (real-time PCR),來檢測患者270是否有缺失突變(deletion),結果顯示患者270在外顯子10的DNA套數和其啟動子鄰近序列(CA)20及D5S2013(為異型合子)相同,即排除其發生缺失突變的可能性。對於患者270在不符合遺傳定律之R267Q位點,推論可能發生基因轉換(gene conversion)。