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人體運輸細胞大解密 本校鄭惠春老師動力蛋白研究 獲CELL刊登【2015.01.20秘書處】

本校生物資訊與結構生物研究所鄭惠春助理教授的研究「Allosteric Communication in the Dynein Motor Domain」榮登國際知名期刊Cell,該研究首次揭開動力蛋白ATP酶如何調控結構變化,以及動力蛋白如何調控其內ATP的水解循環。此研究可望成為許多與動力蛋白相關聯的神經退化疾病,像是帕金森氏症、或是阿茲海默症的研究基礎。

 

鄭惠春老師表示,分子馬達是一群功能和結構上非常有趣的蛋白質,在細胞裡扮演許多重要的角色,如DNA複製、蛋白質合成與分解、能量生成、物質傳輸、鞭毛和纖毛擺動等,這些過程都少不了分子馬達的作用。而動力蛋白是分子馬達的其中一員,負責運輸有用的物質跟不要的廢物,維持人體機能。將人體細胞譬喻為一座城市的話,動力蛋白就是城市中的貨車,負責運輸的工作。

 

近年來,分子馬達成為非常熱門的研究主題,其中許多分子馬達的機制已被解開,但動力蛋白卻是個例外,雖然早在1960年代就已發現其存在,但半個世紀以來,科學家對其作用機制卻所知有限,主要原因在於動力蛋白分子量極大,不易被大量純化,故鮮少有機會進一步定量分析。

 

為了解決純化和結晶不易的困難,鄭惠春老師提出一種新構想,利用蛋白質工程的手法化繁為簡,剪裁該動力蛋白,只保留核心部份,提高該蛋白的產率,並增加其結晶的成功率。除了解決純化的問題之外,鄭惠春教授以X光繞射獲得動力蛋白的三維結構,並與加州大學舊金山分校Gira Bhabha博士利用低溫電子顯微鏡技術,一同揭開動力蛋白部份的運動機制,包括動力蛋白在三度空間的結構,以及它在運輸物質時,形狀的變化等,了解分子如何運作、作用,這是世界上第一次有辦法能針對動力蛋白運動機制進行深入的了解。

 

鄭惠春老師表示,在基礎科學的研究上,瞭解動力蛋白的結構變化機制能增加世人對於分子馬達的了解。在醫學上,動力蛋白和許多神經退化疾病有所牽連,如帕金森氏症、亨丁頓舞蹈症、阿茲海默症,透過對動力蛋白的研究,增進對這些疾病更深入的了解,也希望在未來可以透過這些分子研究,研究出藥物來加速或減緩分子運動,抑制疾病。

 

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