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更新日期:110年3月4日

臺大分細所黃筱鈞老師團隊在大腸桿菌中以合成生物學方法重建不對稱細胞分裂 研究成果刊登《Nature Communications》

「不對稱細胞分裂」為生物是否能正確發育成體關鍵的基礎,然而傳統由上而下(top-down)方法學多顯示重疊機制,難以從現存複雜表象得知其設計邏輯。鑑此,黃老師團隊在對稱細胞分裂的單細胞物種大腸桿菌中,利用外加已知其特殊性質與大腸桿菌正交的外源蛋白,嘗試從下而上(bottom-up)重現單細胞內的不對稱性與分裂。根據研究證明,聚合作用能在大腸桿菌中建立穩健極性,招募RNA聚合酶不對稱開啟基因表現,而限制擴散能輔以在微米尺度不對稱分配決定細胞命運的下游蛋白來實現分化。其中基因迴路設計構建,基於合成生物方法學,於中研院化學所涂熊林老師與許昭萍老師團隊協助下,利用螢光相關光譜學量測關鍵分子之擴散係數,與反應擴散模型輔證極端的動態固定與擴散競爭,建立單細胞中不對稱性。研究首次人工在細胞第一次分裂建立下游功能蛋白空間不對稱性與兩子細胞不同命運,提供了發育細胞生物學互補證據。從合成發育學(synthetic morphogenesis)角度,未來設計將能精準到單細胞為單一位元。研究也暗示,不對稱細胞分裂中組成元件演化先後起源,與至今之所以被保留所需功能,預期會是未來值得探索的重要研究方向。

本研究團隊核心人員為臺大分細所在學與歷屆畢業生,感謝團隊所有成員持續不懈的努力,同時感謝科技部探索研究計畫鼓勵大膽開創性的研究與傑出學者養成計畫後續經費支持,以及感謝臺大系統生物學中心與生科院TechComm生物影像平台技術支援。

詳細研究成果請參閱:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21135-1

  • 圖1

    以合成生物學方法在大腸桿菌第一次細胞分裂建立功能蛋白空間不對稱性與兩子細胞不同命運

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