研究線蟲體內脂褐素累積與環境毒素的關聯性用以治療老化引起的退化性疾病 FY2012~
脂褐素為動物老化過程中體內逐漸產生之顆粒狀黃褐色色素沉積。研究發現其為代謝反應殘餘之有害物質,主要沉積於神經細胞或橫紋肌細胞等後分裂時期細胞中。某些人類神經退化性疾病,例如阿茲海默症等,部分成因便是類似機制由某些蛋白質(Amyloid βPeptide, Aβ)毒性代謝廢物堆積於腦部所致。雖然相當多的研究已投入於了解這些有毒代謝廢物與其所導致的疾病之相關聯性,但是成因仍莫衷一是並且如何移除這些代謝廢物也仍極具挑戰性。線蟲在過去三十多年來,已逐漸成為一種新興的生物醫學研究之實驗動物模型。相信運用於本計畫中脂褐素堆積與環境毒素相關性之探討將會是相當適合的動物平台。過去的研究已證實高濃度之脂褐素堆積可能是造成許多老化相關疾病的成因之一,但是其中詳細機制仍未完全理解。本研究將嘗試運用三種技術來移除或降低脂褐素,並且搭配基因工程所創造出相關病狀之基因轉殖線蟲加以驗證。
此整合型計畫之主要目的為結合數種可能之線索,經由研究脂褐素堆積與環境毒素之相關性來探討老化動物之退化性疾病。野生型與多種不同突變性狀之線蟲可藉由餵食重金屬或是活性氧分子來比擬人類經由飲食中獲得有害物質。在此,我們量子點外殼表面修飾後可以專一性結合特定物質的特性來追蹤與偵測多種感興趣特定物質於線蟲體內之濃度。核殼結構之量子點經由生物相容性之二氧化矽外殼包覆後可以避免傳統結構之量子點釋放出毒性離子來造成活體動物傷害;本研究之核殼結構量子點發散螢光波長為540 nm,而脂褐素之自體發散螢光波長為620 nm。經由攝取有毒物質造成之脂褐素堆積與核殼結構量子點於線蟲體內作用,則特定物質於線蟲體內之濃度分佈便可以藉由光學影像偵測獲得。本研究計畫中提出兩種微晶片,分別用以快速篩檢與移除脂褐素。其中篩檢型微晶片是將單一線蟲包覆於液滴內培養,利用動態影樣分析技術可以於一日內分析1000隻以上線蟲;另外一型則是利用光電效應進行加熱之微流體晶片。此定址式加熱設計可以局部快速加熱線蟲蟲體,用以引發熱休克蛋白表現。熱休克蛋白是一種高度演化保留性蛋白質,也是細胞內用以自我防禦周遭環境變動所造成壓力之重要機制,其調節性之表達可以提供動物生存於不同之環境中。先前研究證實熱休克蛋白對於某些退化性疾病之回復與抑制具有正面之影響。另外一方面,近年來研究也發現鈣離子訊息途徑之改變與發展出許多老化相關生物指標有關,因此鈣離子失去恆定將會造成多種與疾病相關之蛋白質或醣類之不正常堆積。計畫中將同時觀測鈣離子的平衡是否也可能造成脂褐素異常。
本研究計畫中,我們假設(1)暴露於環境中之毒素,如重金屬或是活性氧分子,將會加速脂褐素之堆積;(2)有害之脂褐素之堆積會縮短線蟲之生命長度;(3)移除或抑制脂褐素之堆積可能有機會治癒線蟲老化引起之相關疾病。第一個假設可以利用餵食線蟲某修特定毒素與量子點,進而偵測脂褐素、特定毒素與量子點於線蟲體內堆積之位置與濃度,而液滴基礎之微流體晶片有助於快速分析線蟲螢光模式之影像;第二個假設可以利用長壽命突變型之線蟲來餵食特定毒素,進而觀察是否其生命長度受到改變;第三個假設可以運用光電加熱晶片、飛秒雷射與奈米粒子熱裂解於短壽命突變型或類阿茲海默症表現型之線蟲來移除脂褐素堆積,進而觀察是否其生命長度受到改變。此外,研究熱休克蛋白與鈣離子訊息途徑對於脂褐素堆積之影響,也可以尋找出導致老化相關疾病更清楚之分子機制。經由此研究產出之結果,可以提供眾多線索於治療高等動物老化相關疾病。
此提案之計畫旨在尋求可能造成老化相關疾病中環境毒素造成脂褐素堆積之病因。經由本研究團隊自我研發之創新工具與技術,將可以利用體內與體外清除途徑來抑制或中止老化線蟲脂褐素之堆積。此研究同時可以促進理解有關脂褐素堆積與線蟲生命長度之生理連結。最終成果預期可以對未來老化相關疾病治療有顯著的貢獻。
此整合型計畫之主要目的為結合數種可能之線索,經由研究脂褐素堆積與環境毒素之相關性來探討老化動物之退化性疾病。野生型與多種不同突變性狀之線蟲可藉由餵食重金屬或是活性氧分子來比擬人類經由飲食中獲得有害物質。在此,我們量子點外殼表面修飾後可以專一性結合特定物質的特性來追蹤與偵測多種感興趣特定物質於線蟲體內之濃度。核殼結構之量子點經由生物相容性之二氧化矽外殼包覆後可以避免傳統結構之量子點釋放出毒性離子來造成活體動物傷害;本研究之核殼結構量子點發散螢光波長為540 nm,而脂褐素之自體發散螢光波長為620 nm。經由攝取有毒物質造成之脂褐素堆積與核殼結構量子點於線蟲體內作用,則特定物質於線蟲體內之濃度分佈便可以藉由光學影像偵測獲得。本研究計畫中提出兩種微晶片,分別用以快速篩檢與移除脂褐素。其中篩檢型微晶片是將單一線蟲包覆於液滴內培養,利用動態影樣分析技術可以於一日內分析1000隻以上線蟲;另外一型則是利用光電效應進行加熱之微流體晶片。此定址式加熱設計可以局部快速加熱線蟲蟲體,用以引發熱休克蛋白表現。熱休克蛋白是一種高度演化保留性蛋白質,也是細胞內用以自我防禦周遭環境變動所造成壓力之重要機制,其調節性之表達可以提供動物生存於不同之環境中。先前研究證實熱休克蛋白對於某些退化性疾病之回復與抑制具有正面之影響。另外一方面,近年來研究也發現鈣離子訊息途徑之改變與發展出許多老化相關生物指標有關,因此鈣離子失去恆定將會造成多種與疾病相關之蛋白質或醣類之不正常堆積。計畫中將同時觀測鈣離子的平衡是否也可能造成脂褐素異常。
本研究計畫中,我們假設(1)暴露於環境中之毒素,如重金屬或是活性氧分子,將會加速脂褐素之堆積;(2)有害之脂褐素之堆積會縮短線蟲之生命長度;(3)移除或抑制脂褐素之堆積可能有機會治癒線蟲老化引起之相關疾病。第一個假設可以利用餵食線蟲某修特定毒素與量子點,進而偵測脂褐素、特定毒素與量子點於線蟲體內堆積之位置與濃度,而液滴基礎之微流體晶片有助於快速分析線蟲螢光模式之影像;第二個假設可以利用長壽命突變型之線蟲來餵食特定毒素,進而觀察是否其生命長度受到改變;第三個假設可以運用光電加熱晶片、飛秒雷射與奈米粒子熱裂解於短壽命突變型或類阿茲海默症表現型之線蟲來移除脂褐素堆積,進而觀察是否其生命長度受到改變。此外,研究熱休克蛋白與鈣離子訊息途徑對於脂褐素堆積之影響,也可以尋找出導致老化相關疾病更清楚之分子機制。經由此研究產出之結果,可以提供眾多線索於治療高等動物老化相關疾病。
此提案之計畫旨在尋求可能造成老化相關疾病中環境毒素造成脂褐素堆積之病因。經由本研究團隊自我研發之創新工具與技術,將可以利用體內與體外清除途徑來抑制或中止老化線蟲脂褐素之堆積。此研究同時可以促進理解有關脂褐素堆積與線蟲生命長度之生理連結。最終成果預期可以對未來老化相關疾病治療有顯著的貢獻。