生物醫學研究所

抗昏迷記憶之神經網路與分子機制 本校生物醫學研究所吳嘉霖助理教授團隊，利用果蠅模式生物研究大腦神經網絡與分子機制如何控制記憶固化與儲存的過程。 此項研究成果於2016年5月19日刊登於國際期刊《PLOS Genetics》。    記憶的資訊如何在大腦內整合與儲存是神經科學領域最重要的問題之一。 大腦記憶形成過程可以區分成三個階段：經驗的獲得(acquisition)、記憶固化(consolidation)及擷取(retrieval)。 透過古典制約(classical conditioning)的行為學概念，果蠅可以把兩個獨立事件產生關連性學習(例如氣味與電擊)，並將此學習經驗轉變成嗅覺記憶儲存於大腦內。 蕈狀體(mushroom body)是果蠅大腦的學習與記憶中樞，此結構由五千顆左右的神經細胞所組成，可根據其神經軸突(axon)的分布將其分類為 αβ、α´β´ 及γ 三種神經元。 果蠅嗅覺學習經驗的獲得，首先發生於蕈狀體γ 神經元，之後會轉換為較不穩定且只會短暫存在的昏迷敏感型記憶(labile anesthesia-sensitive memory, ASM)以及較為穩固且可長期存在的抗昏迷記憶(consolidated anesthesia-resistant memory, ARM)。 然而在過去的研究文獻中，對於ARM的神經分子機制琢磨並不深。    研究團隊透過抑制不同類型的蕈狀體神經元(αβ、α´β´或γ)，觀察果蠅在記憶形成過程中，這些神經元與其基因表現在各個記憶形成階段所扮演的角色。 團隊發現，果蠅大腦內有兩套獨立的神經網絡系統—αβ及α´β´，分別透過不同的分子機制處理並儲存抗昏迷記憶(ARM)。 當抑制蕈狀體αβ神經元及radish基因的表現時，一部分的ARM消失了；而抑制蕈狀體α´β´神經元及octβ2R基因時，也觀察到類似的現象。 更有趣的地方在於，當兩套神經網絡同時被抑制時，ARM則完全消失了。 研究團隊更進一步發現兩種不同的蕈狀體輸出神經元過透神經傳導物質麩胺酸(glutamate)的釋放，來讀取儲存於蕈狀體αβ及α´β´神經元的ARM 。 由於ARM是屬於較為穩固且可長期存在的記憶，推測可能用來儲存與果蠅生存有關的學習經驗，因此大腦中利用兩套不同系統共同執行ARM的固化，讓重要的學習經驗得以在短時間內在腦中形成記憶並分散儲存於不同腦區。 此研究成果提供一個全新的視野，解釋生物體如何將重要的學習經驗在短時間內轉化為穩固的記憶並儲存。    此篇論文第一作者楊主淮為本校生物醫學研究所碩士班學生。 主淮大學就讀於本校生物醫學系，在大三下學期以大學部專題生身分加入吳嘉霖老師的研究團隊，積極從事果蠅遺傳學、大腦神經影像學及動物行為學等研究工作。 歷時三年的努力，終於完成這個重要的研究成果，並順利發表於國際著名期刊PLOS Genetics。 參考網址：http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006061

由郁兆蘭老師帶領的本校（CGU_Taiwan）團隊 8 名團員，出席 2016 年 10 月 27 日至 31 日在美國波士頓舉行的國際基因工程生物競賽（The International Genetically Engineered Machine Competition，簡稱 iGEM），在全世界高達 295 隊伍中脫穎而出，榮獲銀牌獎，為校爭光，讓世界看見長庚，全校師生同感殊榮。 國際基因工程生物競賽，是由美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）創辦的國際合成生物學競賽，至今已舉辦了十一屆。過去幾屆台灣參賽的隊伍有陽明大學、台灣大學、交通大學與慈濟大學，皆有優異的表現。今年長庚大學再度組隊參賽，陣容堅強再次獲大獎，值得鼓勵與表揚。 本校團隊（iGEM_CGU）目前擁有 11 名團員，分別來自生醫系和電子系，指導老師為生醫系郁兆蘭老師以及資工系李季青老師。此次競賽主題選擇利用利什曼原蟲（Leishmania）作為抗原的載體，以病毒的抗原蛋白以及傳統測試抗體產生的卵蛋白作為探討樣本，並評估 Leishmania 作為佐劑的可能性，解決現今佐劑研發瓶頸，希冀未來能應用於多種疫苗。 在美國波士頓舉行的決賽中，團員積極參與各項活動，完成實驗項目、英文口頭報告和壁報展。學生自發性組隊，拜訪國內眾多疫苗研究單位，投入實驗設計，並於高中、社福單位和科博館對高中生和民眾宣導合成生物學以及疫苗知識，並和台北醫學大學和美國羅莎琳富蘭克林大學的教授一同合作，此外，與國內外逾 30 個團隊進行賽前交流，因此能榮獲殊榮。本團隊今後將更加精益求精，朝著讓世界看見長庚的目標前進以及增進長庚學生國際視野開闊和研究的獨立設計執行能力。

此獎項為中央研究院為鼓勵國內年輕學者在學術上做深入研究並有重要貢獻而設定，主要分為數理科學、生命科學、人文及社會科學三組，每組每年設獎額以五項為原則。申請人須為年齡未逾42歲、於國內學術研究機構、或公私立大學院校有專任職務者。黃國正老師為生命科學組得獎人之一。本年度頒獎典禮於6月7日於中研院生物醫學科學研究所B1C演講廳舉行舉行。     黃國正老師三篇代表作分別為三個不同的主題，第一篇研究主題是在探討CXCR4基因在小腦發育中所扮演的角色。我們發現CXCR4在小腦的發育中會影響小腦granule cells的遷徙，間接造成Purkinje cells的發育異常，並影響小鼠的行動能力(PLoS ONE2014)。第二篇研究是利用憂鬱症病人的DNA分析，並結合小鼠的模式來探討長期壓力對粒腺體DNA數量與功能的研究。我們發現在憂鬱症病人的唾液與血液中的粒腺體DNA的量比正常人多，為了瞭解因果關係，我們在小鼠上執行長期壓力的實驗。我們發現長期給予壓力會造成粒腺體DNA增加但卻功能異常，這研究提供了粒腺體與憂鬱症的關係(Current Biology2015)。第三篇研究是在探討成年小鼠腦中新神經細胞的功能為何？我們利用誘發性的基因剔除方式停止小鼠海馬迴中的神經新生。此外，我們也利用X-ray的方式停止腦神經新生來驗證基因剔除的實驗結果。在這研究中我們提出不同於以往的看法，我們的實驗數據顯示新的神經細胞其功能是對環境壓力做出適當的生理反應(Nature Communications2015)。   中研院公告網址： http://www.sinica.edu.tw/manage/gatenews/showsingle.php?_op=?rid:8278 得獎人簡介與獲獎簡評： http://www.sinica.edu.tw/manage/dore/file.php?inc=newslib.php&_path=../gatenews&file=0000fh.pdf&_field=filea