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基因體暨生物資訊學研究所 助理教授

Dr. Liu, Jyung-Hurng 劉俊宏 博士

結構生物資訊學實驗室

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研究方向

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本實驗室主要研究以下重要生物巨分子的結構,並探討其在生物體內的功能:

I. 酵母菌染色質重塑複合體 RSC

在真核細胞內,基因組 (Genome) 通常被保護而包裹成染色質 (Chromatin),以防止外來的傷害。但是,當細胞要進行去氧核糖核酸 (DNA) 的轉錄 (Transcription)、複製 (Replication)、傷害修補 (Damage repair) 與重組 (Recombination) 時,染色質會感受到細胞的訊息而改變其構造。染色質重塑複合體 (Chromatin remodeling complexes) 會利用消耗三磷酸腺苷 (ATP) 來改變核仁小體 (Nucleosomes) 的結構與分佈情形,進而重塑染色質的構造。在酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae) 細胞內有兩組染色質重塑複合體,分別是 SWI/SNF (SWItch / Sucrose NonFermentable) 與 RSC (Remodelers of the Structure of Chromatin) 複合體。然而兩者中,只有 RSC 複合體對於酵母菌的生存與細胞週期進行是重要且必需的。RSC 複合體內至少含有 16 個蛋白質,其中部分蛋白質成員也同時參與 SWI/SNF 複合體的組成。

Chromatin remodeling complexes

Function of chromatin-remodeling complexes. (A) Native chromatin may conceal key DNA-binding sites. (B) A chromatin-remodeling complex either repositions the nucleosomes along the DNA or chemically modifies the histones. (C) DNA-binding sites become accessible. (D) The transcription complex is recruited to the site.

This diagram is adapted from Genetics: Analysis of Genes and Genomes. 6th Ed., Chap.11 (2005) [Publisher]

II. 果蠅 JAK/STAT 訊息傳遞途徑

Janus activated kinases (JAKs) 與 Signal transducers and activators of transcription (STATs) 組成的 JAK/STAT 訊息傳遞途徑引導人體內許多重要的生理程序,包含:免疫反應、血球生成、發炎現象以及神經與胚胎的發育。JAK/STAT 訊息傳遞途徑的持續活化也與人類的多種腫瘤的發生,尤其是造血系統惡性腫瘤有關。相較於人,果蠅 (Drosophila melanogaster) 體內有一套簡單的JAK/STAT 訊息傳遞途徑。目前已知其中主要成員包括:三個配體 (Unpaired:Upd、Upd2 與 Upd3)、一個細胞膜上的受器 (Domeless, Dome)、一個 JAK (Hopscotch, Hop) 與一個 STAT (STAT92E)。雖然成員簡單,卻參與了果蠅的體節生成、性別決定、免疫反應、血球生成、眼睛細胞的增生及分化、以及中樞神經、後腸與氣管的發育。

UPD/JAK/STAT signaling
This diagram is adapted from Development. 133, 2605-16 (2006) [PubMed] [Full text]

III. 鏈黴菌染色體末端蛋白

鏈黴菌 (Streptomyces) 是一種普遍存在於土壤內的絲狀細菌,屬於革蘭氏陽性菌。鏈黴菌可製造出許多有價值的醫藥品,其中以種類繁多的抗生素最為人所悉。不同於一般細菌具有環形的 染色體,鏈黴菌的染色體與質體的構造為直線形。鏈黴菌染色體與質體的端粒 (Telomeres) 均帶有末端蛋白 (Terminal proteins),它們以共價鍵結合上去氧核糖核酸 (DNA) 的 5' 端。除了保護染色體與質體的端粒構造,目前認為當鏈黴菌染色體利用本身的複製起始點 (The chromosomal origin of replication, OriC) 進行雙向複製後,末端蛋白還擔當引子 (Primer) 來補齊延遲股 (The lagging strand) 上的端點複製問題 (The end replication problem)。

Streptomyces plasmid

Racket frame structure proposed for linear Streptomyces plasmids.The black circles represent the terminal protein attached to the 5’ ends, which is required to protect the ends and complete the replication of both plasmid termini. The ovals represent juxtaposition proteins that bring together the plasmid termini by binding to specific regions of palindromic symmetry. The ori located near the center of the plasmid is depicted by the box and the arrows indicate the bidirectional DNA replication from this ori.

This diagram is adapted from Front. Biosci.4, D43-62 (1999) [PubMed] [Full text]