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研究發展

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實驗室名稱:粒線體醫學與生殖醫學研究室

主持人:高淑慧老師

實驗主題: 研發粒線體疾病的分子診斷和生殖科技輔助療程的適用性

1. 粒線體遺傳疾病之分子診斷及鑑定

2. 粒線體疾病之細胞模式建立及分子病理機轉研究

3. 著床前粒線體基因診斷於胎兒基因篩檢的運用性

4. 生殖細胞老化與粒線體基因突變相關性之研究

5. 開發減緩子宮內膜異位及抗沾粘纖維化之生物可崩解性水膠

粒線體是細胞中的重要胞器 (organelle),主要在進行呼吸及氧化磷酸化作用(oxidative phosphorylation) 產生ATP,以供細胞正常生理功能的運作。近年來研究證實粒線體具有移動 (Movement)、融合及分裂 (Fusion and Fission)、生合成 (Biogenesis) 及粒線體自噬 (Mitophagy) 等功能,並且需要維持平衡狀態。當粒線體功能缺損時,常引發能量供應不足及氧化壓力 (oxidative stress) 的反應,進而誘導細胞走入凋亡 (apoptosis)、焦亡 (pyroptosis) 或自噬 (autophagy),進而造成粒線體疾病 (mitochondrial disease) 及一些退化性相關的疾病。


體染色體顯性遺傳的視神經萎縮症(ADOA)因OPA1基因突變,引發粒線體融合及分裂異常,其淋巴母細胞粒線體成碎裂狀。(Shu-Huei Kao; May-Yung Yen, et al. Investigative Ophthalmology & Visual Science April 2015, Vol.56, 2269-2278.)

Mitochondrial disease是由粒線體呼吸傳遞鏈發生異常的疾病總稱,其發生可能自細胞染色體或是粒線體染色體(mtDNA)的突變。粒線體疾病大部分會影響多個系統,產生神經及肌肉的病變。其遺傳模式可能是經由母系粒線體DNA遺傳,或由體染色體遺傳。如何進行粒線體遺傳疾病之分子診斷及鑑定著實重要,目前在臨床上利用次基因定序,大量篩檢突變基因; 以串聯質譜法,來檢測代謝性物,仍無法完全解釋其臨床表現相關性或是功能上的意義。因此,粒線體疾病之細胞模式建立以活體細胞體外培養,並輔以能量代謝儀 (Seahorse XFp Analyzer) 進行個人化代謝功能分析,了解細胞能量途徑(carbohydrates、glycogen or fatty acid)是否異常,應證其基因表現之缺損;另外亦可提供疾病細胞以作為藥物篩選平台,進行治療前後之能量代謝表現,以提供病人未來治療之考量。


體染色體顯性遺傳的視神經萎縮症(ADOA)因OPA1基因突變,其淋巴母細胞粒線體功能異常,氧氣消耗速率 (OCR) 降低,產酸率 (ECAR)增加。(Shu-Huei Kao; May-Yung Yen, et al. Investigative Ophthalmology & Visual Science April 2015, Vol.56, 2269-2278.)

生殖細胞的粒線體功能被認為與胚胎生長與著床潛能有非常重要的關係。生殖細胞的老化與粒線體基因突變都被發現會影響胚胎生長與著床能力。如何建立著床前粒線體基因診斷於胎兒基因篩檢,協助病患未來能以生殖科技輔助療程孕育新生兒。


鼠胚胎發育圖。一般當胚胎長到囊胚 (Blastocyst) 時,中間會形成像囊一樣的空腔稱為囊胚腔;內部有密集聚集的細胞群,稱為inner cell mass;而在囊胚四周的細胞群稱為滋養層(trophoblast)。若進行胚胎著床前基因/染色體診斷或篩檢(PGD/PGS),可以囊胚進行。

實驗技術:

  • 粒線體疾病模式細胞株之建立 (mitochondrial disease-model cell lines)
  • 粒線體功能及生物能量代謝分析 (Seahorse XFp Analyzer)
  • 粒線體基因突變鑑定 (Identification of mitochondrial DNA mutation)
  • 粒線體組織切片活性染色 (Mitochondrial histochemical activity stain)
  • 流式細胞儀分析 (Flow cytometry analysis)
  • 共軛焦顯微鏡分析 (Confocal microscope analysis)
  • 電子顯微鏡分析 (TEM analysis)
  • 即時定量 PCR (real-time quantitative PCR)
  • 小鼠超排卵及卵細胞收集培養 (Superovulation and oocyte collection and culture)
  • 小鼠胚胎收集及培養 (Mouse embryo collection and culture)
  • 小鼠體內及體外著床分析 (In vivo and in vitro embryo implantation)
  • 子宮內膜異位模式小鼠 (Endometriotic mouse model)

 

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