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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    應用果蠅模式篩選中草藥抑肝散(順寧意)緩解阿茲海默氏症的醫療潛力
    (2021) 鄭詠馨; Jheng, Yong-Sin
    傳統中藥抑肝散過去常用於治療神經退行性疾病、精神官能症、失眠。而阿茲海默氏症是失智症裡各類型中最常見的,主要是以澱粉樣蛋白β (Aβ) 的異常堆積和Tau蛋白的過度磷酸化造成腦部細胞損傷有關。本文利用DPPH檢測中藥抑肝散的自由基清除與抗氧化能力;再透過細胞存活率分析法(MTT assay)檢視中藥抑肝散對於SH-SY5Y神經細胞的保護作用,實驗結果顯示中藥抑肝散具有相當高的自由基清除與抗氧化能力,對於SH-SY5Y神經細胞也有顯著的保護作用。本文利用轉基因果蠅表現Aβ42和hTauR406W毒性蛋白質作為AD動物模式,研究中藥抑肝散對人類Aβ 和人類Tau蛋白過度累積所引發的神經毒性在果蠅上是否具有保護作用。由於人類Aβ蛋白過度表現的Aβ42 會產生複眼退化;因此利用綠螢光蛋白觀察Aβ42 表現所造成的複眼退化,以及計算hTauR406W的背甲剛毛數目,可以評估中藥抑肝散對於Aβ和Tau蛋白過度表現果蠅的神經保護作用,實驗結果顯示中藥抑肝散可以緩解Aβ42 複眼的退化;另外也可以顯著緩解hTauR406W果蠅的背甲剛毛退化。此外,透過高靈敏的免疫磁減量(ImmunoMagnetic Reduction,IMR)技術可以評估Aβ42的Aβ蛋白表現,以及評估hTauR406W的Tau蛋白表現,結果顯示中藥抑肝散可以降低Aβ蛋白以及Tau蛋白的表現。歸納研究結果,可以說明中藥抑肝散對於緩解阿茲海默氏症可能具有替代醫療效果。
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    第19/22型小腦萎縮症果蠅模式之致病機轉研究: 內質網壓力
    (2019) 王子榛; Wang, Tzu-Chen
    第22型小腦萎縮症 (另一名為第19型小腦萎縮症) 主要為A型鉀離子通道 (KCND3 / Kv4.3) 的基因突變所造成的一種顯性退化性神經遺傳疾病。目前造成第22型小腦萎縮症致病機轉並不清楚,我的研究目的:(1) 建立第22型小腦萎縮症的果蠅模式;(2) 解析第22型小腦萎縮症的致病機轉。我們利用轉殖野生型KCND3wt, 突變KCND3G345V 及 KCND3ΔF277 蛋白建立第22型小腦萎縮症的果蠅模式,過量表現突變KCND3G345V 及 KCND3ΔF277 蛋白造成果蠅包括複眼退化、運動功能失調、壽命降低等性狀。由免疫螢光染色發現Kv4.3蛋白質位於內質網,野生型KCND3wt及突變KCND3G345V 及 KCND3ΔF227 核酸 (mRNA) 表現量相同,但突變Kv4.3較野生型Kv4.3蛋白表現量顯著大量降低,推測突變蛋白質因摺疊不正常而被水解,突變Kv4.3蛋白也較正常Kv4.3蛋白質引發更大的內質網壓力 (ER-stress) ,突變蛋白引發果蠅表現更多Xbp1s剪切核酸,及ER-stress感受標誌基因,突變蛋白引發持續性內質網壓力,也造成細胞死亡,表現p53H159N及抑制細胞凋亡蛋白DIAP I (Death-associated inhibitor of apoptosis 1) 則可抑制第22小腦萎縮症果蠅複眼感光細胞死亡,顯示突變Kv4.3蛋白造成的退化是細胞凋亡的結果,由於未折疊蛋白反應 (unfolded protein respose - upr) 是造成內質網壓力的主要原因之一,Xbp1s轉錄因子可促進內質網伴護蛋白表現以助蛋白質正摺疊,我們發現過量Xbp1s蛋白可改善疾病果蠅模式複眼退化,增加突變蛋白表現量,相反地,降低Xbp1s蛋白質表現量則顯著加劇突變Kv4.3蛋白質造成複眼退化,相同地,過量表現內質網伴護白Hsc70,則可顯著改善突變Kv4.3蛋白造成的危害,並增加突變蛋白表現量,顯示Xbp1s及Hsc70有助突變Kv4.3蛋白質折疊,而不受蛋白酶體水解。綜合上述結果,我們認為突變Kv4.3蛋白質引發的持續性內質網壓力為第22型小腦萎縮症的致病原因之一。
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    以BDNF受體TRKB為標的開發治療退化性神經疾病之小分子促效劑藥物-以阿茲海默氏症果蠅模式為平台
    (2019) 吳柏逸; Wu, Bo-Yi
    細胞外Aβ-澱粉樣蛋白(Aβ)形成斑塊和胞內含磷酸化Tau蛋白質的神經纖維纏結(Neurofibrillary tangle, NFT)是阿玆海默氏症(AD)的兩個主要病理特徵。許多研究證明干擾斑塊和/或NFT的發生將會有助AD的治療。經研究顯示腦源性神經營養因子(BDNF)參與AD的發病機制,因其在AD患者腦中的表現會降低,研究發現BDNF對Aβ42和tau毒性具有神經保護作用。我的研究目標是利用果蠅阿茲海默氏症的疾病模式:(1)研究BDNF信息傳遞路徑對AD致病機轉中的作用;(2)以AD果蠅模式篩選有助益的小分子TrkB促效劑,並(3)研究這些促效劑的作用方式。我們發現以RNA干擾果蠅BDNF受體TrkB同源蛋白(Toll 6和Toll 7)的表現,加劇了Aβ42誘導複眼粗糙的表型,也增加細胞死亡的數目,以及類澱粉斑的沉積。顯示BDNF信息傳遞路徑確實伴演Aβ42誘導神經毒性中有一定的角色,此結果也合理化使用果蠅模式篩選TrkB促效劑收治療阿玆海默氏症的策略。以類黃酮及TrkB促效劑類似化合物為篩選目標藥物,在我們初步的篩選中,7,8-DHF, Wogonin, LMDS1及LMDS4可改善因Aβ42造成果蠅複眼退化的性狀,同樣的包括上述的四種小分子藥物及LM016也對因TauR406W突變蛋白造成果蠅背甲剛毛缺失的性狀有改善,進一步發現7,8-DHF,Wogonin,LMDS1及LMDS4降低Aβ42毒性的效果,可因Toll 6和Toll 7的表現下降而減緩,顯示上述藥物有部分是透過BDNF訊息傳遞路徑來改善阿滋海默氏症的病徵,未來我們將以類似方式檢查,藥物壓制TauR406W蛋白毒性是否也是經由強化BDNF息傳遞路徑而來,實驗也將以細胞死亡的數目,類澱粉斑的沉積,及磷酸化Tau蛋白質的表現量,強化上述論証,此外藥物處理是否改變BDNF息傳遞路徑下游基因(如CREB及GSK3β) 的表現量,將有助釐清我們篩選的藥物是否為TrkB促效劑。
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    果蠅血管收縮素轉化酵素在心臟功能分析
    (2013) 廖芳足; Fang-Tsu Liao
    先前的研究已提出Angiotensin-converting enzyme-related (Acer) 基因為果蠅心臟構造發育所需,不過ACER的生理功能並尚未被完全瞭解,有鑒於此,我們採用果蠅RNA干擾株和突變株來降低或提高Acer基因在果蠅心臟表現,並使用Swept Source Optical Coherence Tomography (SS-OCT)光學同調斷層攝影技術來評估ACER是否為活的成蟲果蠅心臟功能所需,我們提出一系列依不同年齡的果蠅心臟收縮參數包括:心跳率(heart rate; HR), 心臟舒張末期面積(end-diastolic area; EDA), 心臟收縮末期面積(end-systolic area; ESA), 收縮分率(percent fractional shortening; %FS) , 心律不整率(arrhythmia index ;AI) 和壓力所誘發心臟效能的影響。當Acer降調時果蠅隨著年齡增加而心臟功能顯著降低,此外,Acer 基因抑制和突變果蠅株的壽命也明顯地比野生型對照組果蠅低,並且用轉殖Acer的基因療法提高Acer表現量後,果蠅Acer突變株所造成的心臟功能衰竭症狀可接近於對照組,因此我們斷定哺乳動物其血管收縮素轉換酵素2(Angiotensin-converting enzyme 2; ACE2)的果蠅同源基因Acer為心臟功能和壽命延長所需,因此哺乳動物的ACE2控制許多心血管的生理特性並涉及心臟的病理變化,本研究發現Acer運用於基因易操弄的動物模式將助於瞭解控制腎素-血管收縮素系統(Renin-angiotensin system; RAS)未知之基因路徑。
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    raw透過限制Dpp的表現抑制果蠅心臟細胞的死亡
    (2009) 楊勝安; Sheng-An Yang
    Raw是djnk作用途徑的組成分子之一,且在背部癒合時能夠調控dpp在leading edge的表現。raw突變的果蠅胚胎中,Dpp的表現範圍於胚胎發育中期(第12-14時期)時將會顯著擴張。以往的研究證實在中胚層表現過多的dpp會造成心臟先驅細胞的增生,而raw突變的果蠅在第13-14時期時,心臟先驅細胞也會過度表現,且心臟細胞的增生與過度表現的dpp於時空上是一致的。然而到了胚胎發育的晚期,多種類型的心臟細胞表現卻都消失。因為在raw突變的果蠅胚胎中,在背部的外胚層和中胚層都有大量的細胞死亡,因此我們假設心臟細胞的缺失是由細胞凋亡所引起。另一方面,因為死亡的細胞和過度表現的dpp於時空上也有高度的一致性,表示過量的dpp可能是造成果蠅細胞凋亡的原因。在本研究中,我們也證實單獨表現dpp即可造成細胞凋亡,且細胞死亡的程度與dpp的活性成正比。此外我們也在中胚層表現顯性抑制的dTAK1而減少了raw突變中的心臟細胞凋亡,證實dpp是透過dTAK1而造成細胞的死亡。另一方面dTAK1也被證實能夠活化dpp及djnk的表現,這代表中胚層的djnk訊號將會持續的被來自背部外胚層大量表現的dpp所活化。再者,我們也證實表現顯性抑制的p53可以減少因為在中胚層大量表現dTAK1所造成的細胞凋亡。因為在哺乳動物中,BMP訊息路徑所造成的細胞凋亡也由dTAK1所中介,因此由BMP所造成的細胞凋亡於演化上應該是非常保守的。
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    Him受Tin基因調控抑制心臟細胞分化
    (2008) 郭明偉; Ming-Wei Kuo
    果蠅的基因tinman (tin)與脊椎動物之Nkx2-5為同源基因,扮演著果蠅的心臟發育與維持功能的樞紐角色。胚胎發育時,如果tin的功能缺失,原本將形成心臟的先驅細胞亦會跟著缺失,導致心臟無法發育成熟;可是在胚胎發育晚期,tin的功能缺失卻只導致各式心臟細胞的型態異常,而使心臟無法發揮正常功能,但胚胎仍能存活。這表示tin在胚胎發育早期是心臟先驅細胞進行特化所需,而在晚期則專司功能之分化。普遍相信,tin應非單獨直接作用在未來發育成心臟的細胞,而被認為是活化許多下游基因,或與其他轉錄因子協同合作發揮效用,以達到健全果蠅心臟形態與功能之目的。在本研究中,我們發現了一個或許在tin的下游作用,並且跟心臟生成相關的基因—Him。Him基因在中胚層之表現,類似但稍晚於tin,並在胚胎發育末期,tin與Him共同表現於心臟與圍心細胞之中。比較tin與Him基因表現的時空挪移,我們提出一個假設:Him是受tin所活化而影響的下游基因。尤有甚者,我們發現藉由RNAi降低Him之表現量會促進心臟細胞之生成;相反的,在中胚層專一提高Him基因的表現量,卻會抑制心臟細胞的生成。既然tin與Him兩者的表現位置互相重疊,我們認為Him可能是tin下游的直接標的。有關Him與心臟相關的專一性加強子已被鑑定出來,序列分析比對發現三個tin的認知結合序列存在Him的加強子區域中。在tin的突變株遺傳背景底下,或者共轉一tin競爭型抑制基因,皆會降低Him強化子的活性。反之,異位表現tin卻能活化Him與心臟相關的強化子。另外,分生實驗證明tin能與Him強化子上具保守性的認知序列接合。因此,我們推斷tin是Him的上游調控者。
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    降低組蛋白去乙醯酶活性減緩果蠅模式之Tau蛋白神經毒性之研究
    (2015) 黃昱嘉
    Tau是一個被大量表現在中樞神經系統之中的蛋白,其功能為穩固神經細胞之中微管的結構,並維持神經系統的完整性。Tau蛋白在過度磷酸化及不正常聚集會造成許多退化性神經疾病通稱為”tauopathies”。這些疾病包括了阿茲海默氏症以及額顳葉失智症。由於研究顯示基因轉錄失調為tauopathies 的致病機轉之一,且抑制組蛋白去乙醯酶可改善上述病徵。因此本研究的目的在於利用果蠅模式,藉由組蛋白去乙醯酶抑制劑及核酸干擾檢驗上述推論。我們先前研究發現在果蠅過量表現人類的Tau蛋白會造成背甲上的剛毛缺少,利用此一模式以核酸干擾的方式,發現降低果蠅的組蛋白去乙醯酶的表現能有效的抑制因Tau蛋白表現所造成剛毛缺失的現象,同樣地,利用一些新穎的組蛋白去乙醯酶抑制劑也可以達到改善剛毛生長的情況,進一步我們發現核酸干擾及抑制劑的處理可增加組蛋白H3的乙醯化。而核酸干擾及組蛋白去乙醯酶抑制劑的處理會降低Tau及Tau磷酸化的表現以及提升Tau的溶解度。然而核酸干擾及部分組蛋白去乙醯酶抑制劑可增加Tau果蠅模式的壽命。綜合上述發現,我們認為降低Tau蛋白的表現量和磷酸化及增加組蛋白H3的乙醯化,可能對病徵有改善的作用。
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    建立第22型脊隨小腦萎縮症的果蠅模式
    (2016) 林勁欣; Lin, Ching-Hsin
    脊髓小腦共濟失調症(Spinocerebellar Ataxia,SCA)為一種顯性遺傳性的神經系統疾病,若雙親其中一位患有此症,其子代不分性別均有一半的罹患機率;雖是同一家族,其發病年齡和病徵也不盡相同。台北榮總與陽明大學從一家系共四代的台灣病人,經臨床鑑定確認患有顯性遺傳的小腦運動失調症,透過進行鏈鎖分析發現不同於已知的SCA亞型致病基因位點,且基因CAG、CTG、 ATTCT並無異常重複突變,判斷此為第22型脊髓小腦共濟失調症。通過全基因組鏈鎖分析定位出SCA22突變位於1號染色體1p21-q23,基因變異是發生在編碼的鉀離子(voltage-gated potassium,Kv)通道Kv4.3的KCND3基因。其中在台灣及法國家族皆發現的基因變異為第227個胺基酸Phenylalanine缺失(p. ∆F227);在美國猶太人及日本家族發現的則是第345個胺基酸由Glycine點突變成Valine(p.G345V)。本研究的主要目的即為建立第22型脊髓小腦共濟失調症的果蠅模式株,利用過量表現KCND3突變基因,來探討基因變異造成的Kv4.3鉀離子通道蛋白對病理症狀如運動能力及壽命的影響,並釐清SCA22的致病機制。在本研究中,我們建立的SCA22模式果蠅,確實出現年齡伴隨的病理特徵,包括細胞凋亡、運動能力下降以及縮短壽命等退化症狀。 此外,在mRNA及蛋白質表現量的測量中,發現∆F227在蛋白質的轉譯功能可能發生異常,由於前人從免疫螢光分析的實驗,發現p. ∆F227的Kv4.3鉀離子通道蛋白無法正常上到細胞膜,且大部分保留在內質網(endoplasmic reticulum,ER),前人研究指出蛋白質累積在內質網會造成內質網壓力(ER stress),我們將近一步觀察細胞是否發生為因應此壓力而產生之相關蛋白質反應。此外由於研究指出鉀離子在調控細胞質離子的恆定上扮演極重要的角色,藉由細胞膜上的鈉鉀離子幫浦(Na+/K+-ATPase)將鉀離子主動運輸至細胞內,及鉀離子通道的開閉調控鉀離子外流,兩者作用平衡可維持細胞容積和防止細胞凋亡發生,我們也將進一步研究過表現G345V基因是否造成細胞內部離子失衡導致細胞的死亡。
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    Angiotensin - converting enzyme related, Acer基因在果蠅心臟發育之功能及調控
    (2005) 林煥雯; Huan-wen Lin
    Renin-angiotensin system(RAS)的主要功能之一為調控脊椎動物血壓的恆定,Angiotensin-converting enzyme(ACE)家族對於心臟發育及型態有重要的影響,近年研究顯示哺乳類ACE2及其在果蠅的同源基因Angiotensin -converting enzyme related(Acer)在胚胎發育時期表現於於心臟及附屬組織。由於果蠅和脊椎動物在心臟發育的形態和基因調控上有高度的保守性,且為研究心臟發育的優良模式,本研究針對Acer基因的表現與調控Acer做詳細的探討。原位雜合顯示Acer 為母系遺傳基因,最早可在受精卵中偵測到,在胚胎開始發育後隨即消失,直到germ band 完全延伸時表現於造背部的中胚層,當心臟先趨細胞形成後,Acer亦持續地表現在這些心肌細胞,直到外胚層背部癒合,且心肌細胞由兩側移動至背中線處結合形成管狀器官,Acer 在心臟特異性的表現顯示其在心臟發育扮演一定的角色,而先前研究也證實在Acer的突變胚胎心肌及圍心細胞有缺失的性狀。為了解上游調控Acer在心臟功能的基因,我們也找控制Acer在心臟特異性表現的增進子(enhancer) 是位在-188~1211序列間,增進子趨動報導基因的表現型式與Acer相似,研究也証實Tinman (tin)和Pannier (pnr)可直接調控Acer基因的表現,顯示Acer 為tin 及pnr的下游基因。由於脊椎動物ACE也會調控血壓的恆定,近而影響心血管功能,我們也嘗試了解Acer基因的活性是否會影響果蠅心臟功能,初步結果顯示,當Acer過度表現除了少數胚胎心肌細胞增生在胚胎發育時死亡外,大部分的果蠅可存活到成蟲,心臟跳動速率不受影響,但心臟較不能耐受激烈的收縮,顯示Acer在成體果蠅心臟功能上也扮演一定的角色。
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    果蠅血管收縮素轉化酵素相關基因表現受tinman 基因直接調控
    (國立臺灣師範大學生命科學學系, 2013-??-??) 廖芳足; 林煥雯; 李靜怡; 蘇銘燦; Fang-Tsu Liao, Huan-Wen Lin, Jing-Yu Lee, Ming-Tsan Su
    血管收縮素轉化酵素相關基因(Angiotensin converting enzyme related, acer)為哺乳類動物血管收縮素轉化酵素2 (Angiotensin converting enzyme 2, ACE2)在果蠅的同源基因,二者皆保有類似的酵素特性。為能進一步了解acer 基因在果蠅的功能,我們利用原位雜合解析其在胚胎發育時期的動態表現型態,實驗發現acer 信息核酸位於未受精的卵中,証實acer 為一母源基因,在胚胎發育初期acer 短暫消失無任何表現,在胚胎發育第十一期時acer 則表現在羊漿胚膜(aminoserosa)及未來形成心臟先驅細胞的背部中胚層,到胚胎發育第十四期時acer 持續表現於羊漿胚膜細胞並開始出現在心臟先驅細胞中,在胚胎發育晚期acer 則僅在心肌細胞中表現,另由報導基因研究發現,調控acer 在心臟細胞表現的加強子(enhancer)位於5’端到第二內插子約1.4 kb 的DNA片段中,此一加強子驅動報導基因表現可受tinman (tin)的表現而表現,突變加強子則不受影響,另由染色體免疫沈澱實驗,我們發現tin 蛋白可結合在加強子上,基於上述結果我們認為tin 可直接調控acer 的表現。