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 以第十七型脊髓小腦運動失調症小鼠模式探討ERK活化與Purkinje神經細胞退化之相關性(2020) 林佳薇; Lin, Chia-Wei脊髓小腦共濟失調第十七型(SCA17)是常染色體顯性遺傳小腦共濟失調的一種亞型,是由TATA結合蛋白(TBP)基因中CAG / CAA重複序列的異常擴展所引起。SCA17的臨床特徵是漸進性共濟失調、痙攣、舞蹈症、類帕金森症和認知障礙。而於神經病理上,以小腦萎縮、Purkinje細胞丟失和神經膠質增生為SCA17疾病常見之特徵,並且最終導致共濟失調和行為障礙。實驗室先前已經建立了SCA17轉基因小鼠,以研究異常的TBP聚集體如何誘導SCA17病理作用。在這項研究中,我們主要分析了4-8周大的小鼠,即疾病發作的起始年齡。 我們發現在4週齡大SCA17轉殖基因小鼠中,出現了Purkinje細胞減少,Purkinje細胞核中出現TBP蛋白的累積和小膠質細胞活化。研究尚發現自6週齡大SCA17轉殖基因小鼠,開始發生Purkinje細胞退化情況,亦同時出現星形膠質和Bergmann膠質細胞的增生,並且觀察到在增生的星形膠質細胞和Bergmann膠質細胞中, ERK有被顯著活化之現象。而6週齡大的SCA17轉基因小鼠,也表現出步態紊亂與運動不協調的情況。進一步確認Purkinje細胞死亡的分子機制,6週和8週齡大的SCA17轉基因小鼠中,Bax / Bcl2比例,活化態的caspase-3和89 kD片段的PARP都有顯著增加。綜和上述,SCA17小鼠自6週齡開始,步態異常及運動不協調的表現與神經病理發病的機制在時序上是相呼應的。我們的研究表明活化的pERK是存在星形膠質細胞和Bergmann膠質細胞中,並且可能導致SCA17小鼠小腦神經發炎現象及神經元凋亡。 此外,我們篩選出了一種GSK3β潛力抑制劑PHA-767491,也已知是一種Cdc7 / CDK抑制劑。我們發現PHA-767491透過抑制神經炎症機制對蛋白質聚集相關疾病,如AD、SCA17各種模式均產生了神經保護作用。在SCA17小腦初代細胞培養和器官切片培養中,給予PHA-767491能降低神經膠質細胞的增生。在SCA17小鼠的動物模型中,給予PHA-767491亦可改善步態異常和降低了神經炎症情況,根據以上結果,我們認為聚焦在抑制神經炎症的途徑,可能是一種治療SCA17疾病的潛在策略。Item 以chaperone、proteasome為目標的多麩醯胺小腦萎縮症治療策略(2013) 龔品睿; Pin-Jui Kung在多麩醯胺居間的疾病中,轉譯CAG三核苷酸重複的擴增造成各自的蛋白中包含一長的多麩醯胺鏈,在神經細胞之細胞核和細胞質中形成聚集。熱休克蛋白可防止蛋白錯誤摺疊及聚集。泛素蛋白酶體系統的活化亦會幫助不正常摺疊蛋白的降解。本研究目標在建立細胞系統,用來鑑定可增強熱休克蛋白/蛋白酶體功能的化合物/中草藥,來治療多麩醯胺疾病。利用螢光報告基因的細胞檢測,本研究發現NH014-1及NC001-8化合物可增強HSF1、HSPA8和HSPA1A表現,NH005和NH006中草藥可增強蛋白酶體功能。另外,本研究建立誘導表現SCA17 TBP/Q36~79的Flp-In SH-SY5Y細胞株,螢光顯微鏡檢視及Metamorph軟體分析顯示,retinoic acid誘導分化後,表現的TBP/Q79蛋白形成聚集,並伴隨神經纖維生長減緩(包含突出、分支數)。化合物/中草藥處理表現TBP/Q79及誘導神經分化的SH-SY5Y細胞後,聚集抑制的情形顯示NC001-8、NH005、NH006為有潛能治療策略。Item 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。Item 中草藥抑制細胞興奮性毒殺模式以治療第十七型脊髓小腦共濟失調症(2013) 徐銘亨神經退化性疾病 (neurodegeneration diseases) 當中存在著由麩醯胺酸活化的興奮性毒殺 (excitotoxicity) ,如多麩醯胺酸疾病 (polyglutamine diseases) 、阿茲海默氏症疾病 (Alzheimer’s diseases) 和柏金森氏症疾病 (Parkinson’s disease) ,會導致過多的鈣離子流入、粒線體內細胞色素 C 的釋放、導致神經細胞凋亡的蛋白質活化,最後使細胞存活率的下降。許多研究報導指出,中草藥的使用,可能是一個治療退化性疾病新方法。因此,我們研究在人類神經母細胞 (neuroblastoma) SH-SY5Y 細胞以麩醯胺酸 (glutamate) 誘導的興奮性毒殺以及使用多西環素 (doxycycline) 誘導出小腦脊髓萎縮症第十七型 (Spinocerebellar ataxia, SCA17) nTBP/Q79-EGFP 細胞中 TBP/79Q-EGFP 融合蛋白的表現後,探討中草藥是否有保護神經細胞的作用。加入麩醯胺酸後導致神經細胞生存率下降,另一項實驗結果顯示NH018和其純化物NH018-1可能為有效的藥物可以增加神經細胞的存活率、NH018-1可以抑制神經細胞的凋亡 (apoptosis) 、降低乳酸脫氫酶 (LDH) 的釋放以及自由基的生成,並且降低鈣離子所造成的Calpain-2 及 α-spectrin breakdown products (SBDPs) 的表現,降低從粒線體釋放出的細胞色素C、增加細胞存活相關蛋白質:Bcl-2、Bax及降低凋亡相關:蛋白質 cleaved-caspase-9、cleaved-caspase-3和cleaved-PARP等的表現。在誘導TBP/79Q-EGFP 融合蛋白表現的細胞上,NH018-1為有效的藥物可以增加細胞的存活率以及降低cleaved-caspase-9、cleaved-caspase-3和cleaved-PARP等的表現。而施打NH018-1藥物在SCA17的基因轉殖鼠上,能夠有效地延長其在滾輪 (rotarod) 上面跑的時間、步行實驗 (footprint) 上的好轉,在其運動失調的症狀上發揮療效,以及降低 TATA box-binding protein (TBP) 、 Calpain-2 和 cleaved-caspase-3的表現。總合以上,實驗結果顯示出NH018和NH018-1藥物在加入麩氨酸以及誘導出小腦脊髓萎縮症第十七型細胞TBP/79Q-EGFP 融合蛋白的表現後,藉由抑制細胞的凋亡可以增加 SH-SY5Y 細胞以及小腦脊髓萎縮症第十七型細胞的存活率,因此NH018和NH018-1可能為有潛力治療小腦脊髓萎縮症第十七型疾病的藥物。Item 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。Item 第二及十七型脊髓小腦共濟失調症之分子檢測及SCA17 TBP擴增淋巴細胞的氧化壓力研究(2006) 陳玢璘; FL Chen摘要 脊髓小腦共濟失調症(SCA)為一群神經退化性疾病,其主要特徵為小腦功能異常,有時也會出現其他神經異常情況,其中第二型及十七型SCA (SCA2、SCA17)和蛋白轉譯區CAG三酸重複擴增相關。SCA17致病基因位於染色體6q27位置,其產物為轉譯起始因子TATA binding protein (TBP)。本研究利用基因型分析(genotyping)技術,首先分析台灣地區包括正常人族群、運動失調症患者、PD患者、AD患者、精神病患者及其他神經疾病族群SCA2、SCA17基因CAG重複範圍,結果於SCA2中發現1個位於正常及擴增範圍邊界的對偶基因(32個重複),及4個擴增的致病對偶基因(35、40、48及49重複),於SCA17中則未發現擴增的致病對偶基因,但觀察到5個邊界的對偶基因(44~46重複)。為了了解致病機轉,本研究建立了正常人及SCA17病人的EBV轉型淋巴細胞,並架構了包含 3~61 CAG三核重複的 TBP cDNA,表現於SK-N-SK細胞,利用氧化劑t-butylhydroperoxide (TBH)來檢測這些表現正常與擴增CAG三核重複的細胞對氧化壓力的忍受度。細胞存活及SOD活性定量結果顯示,與表現正常TBP基因的細胞相較,表現擴增TBP基因的細胞對於氧化壓力的忍受度會下降。利用定量蛋白體學方法,比較正常人及SCA17病人淋巴細胞的蛋白表現,初步結果發現一些熱休克蛋白及氧化壓力相關蛋白表現的變異。