生物醫學

授課老師: 黃斌

高雄醫學大學生物醫學暨環境生物學系 系主任 再生醫學與細胞治療研究中心 副執行長

生物醫學

暨

環境生物學系

高雄醫學大學

生 命 科 學 院

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

1.地球配重

2.磁力線

3.元素逃逸

火星拓荒

主要探討極地環境生物之適應與生存方式。

(http://www.ifuun.com/a2018062414144279/)

2

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology 2

--- 分化 與 分裂

分化(differentiation)、

去分化(dedifferentiation)對

細胞的生長影響

2

前世 vs. 今生

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

第一週: 量子生物

從量子解釋物理化學效應所影響的巨觀生物世界之各項生理變化。

作者:

吉姆.艾爾-卡利里(Jim Al-Khalili)，量子物理學家

約翰喬伊.麥克法登(Johnjoe McFadden)，分子遺傳學家

有改變到原子核質量，撞擊速度及能量 E=MC ²

太陽是融合還是分裂?

輕,小分子  融合 重,大分子  分裂

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology (摘錄自 國家同步輻射中心,2020)

「同步加速器光源設施」，又稱「同步輻射設施」或「同步光源」，乃外觀為環形之 粒子加速器，電子束以接近光速的速度於具強大磁場的環型加速器中繞轉而產生高亮 度光束，其波長涵蓋硬X光、軟X光、紫外線與紅外線，用以探討各學科領域中不同 物質的特性，已廣泛應用於物理、化學、生物、醫學、材料、化工、環保、能源、地 質、考古、微機械、電子、奈米元件等基礎與應用科學研究。

粒子加速器與同步輻射

，將幅射離子束，由四面八方集中照射顱內特定腦瘤，如同太陽光之聚光點

，腦瘤接受極高的治療劑量

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

潘朵拉的盒子 --- 為何我們長大了，卻遺 失掉許多能力?

主要講解遺失蛋白質在胚胎發生以及逆轉年齡的角色。

基因 (轉錄)  mRNA (轉譯)  蛋白質  (轉譯後修飾)

以老鼠胚胎發育探討遺失蛋白質

• Department of Biomedical Science and Environmental Biology

• Center for Stem Cell Research

Kaohsiung Medical University, T AIW AN

Dr. Bin Huang

huangpin2@kmu.edu.tw

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

The discovery of missing protein

Human genome project

2% encode proteins 98% else are gene?

Proteins? tissue specific?...

Human proteome project, HPP

Missing protein (failed to identify)

Novel protein

(gene redefined)

Missing proteins

• With the successful completion of the Human Genome Project, the

Human Proteome Organization (HUPO)

30% of which do not have experimental evidence

• The Chromosome-Centric Human Proteome Project (C-HPP) was launched with the long-term goal of comprehensive annotation of the expression, subcellular localization, interaction network and function of the full set of proteins encoded on each chromosome.

(Legrain, et al. Mol. Cell. Proteomics, 2011)

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Five main reasons for proteins without evidence of missing proteins are : (1) Technology limitation

(2) expression heterogeneity of protein present only in rare levels (3) Gene silence

(4) Error in genome annotation

(5) Parsimonious protein: homologous proteins in databases

(Horvatovich et al. 2015)

Why Protein Missing ?

It can be best explained by “Temporary Mission”

(Duek et al. 2016)

A Key in turn on the down stream signaling

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Timing, Timing, Timing

Why we missed in missing protein?

TAIWAN is officially assigned to decode missing proteins on chromosome 4

Taiwan Proteomics Society (TPS)

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Gene similarity

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Similar organogenesis between mouse

and human

Embryo sampling

13.5 day 12.5 day

11.5 day 10.5 day

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

MasSpec analysis (質譜儀分析)

MissingProteinPedia (http://www.missingproteins.org), a community biological database that is complementary to the high-stringency HPP methodologies currently underway.

(Baker, et al. 2017, Nature Commu, 8:14271)

Data alignment format

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Data amending system

Human missing proteins comparative

system

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Formal report

More than 182 missing proteins are identified and 17 of them are applied in further physiological

study

Antibody production--- epitope Prediction

NKX1-1 PNKFNSRRR NKX1-2 KPKRKRTGSDS NKX1-3 SDSKSGKPRRA

PTCHD1-1 NRSKHRLY PTCHD1-2 RKTREDQHVKE PTCHD1-3 SKKKRKEKKNP

OTOGL-1 FEATSPRYF OTOGL-2 WGQYHFE

ASXL3-1 ALRQQQKRRN ASXL3-2 EQSDSPSGSE ASXL3-3 IEKEKKTEPW

2/24 Imm-

3/3 Imm-

ELISA test

3/10 IFA/Peptides/CpG

Western blot and

IHC

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

embryonic lysate 40ug/well

10 ％ SDS PAGE Transfer to PVDF 2% BSA in PBS. RT 2hr

+PBST wash NKX1. PTCHD1.

OTOGL. ASXL3.

α –serum 1:250. RT 2hr +PBST wash α -Mouse IgG HRP 1:5000

ECL

ASXL3

248.49kDa

NKX148.4kDa

GADPH

46kDa

Evaluation of antibody efficiency

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Mice 6.5-8 Days Embryo 5ug/well

10 ％ SDS PAGE Transfer in PVDF 2% BSA in PBS. RT 2hr

+PBST wash NKX1. PTCHD1.OTOGL. ASXL3.

α –serum 1:250. RT 2hr +PBST wash α -Mouse IgG HRP 1:5000

ECL

NKX1 ^48.4kDa GADPH ^46kDa 6.5D 7D 7.5D 8D Adult

Brain

Western profile of NKX1

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Mice 6.5-8 Days Embryo 40ug/well

10 ％ SDS PAGE Transfer in PVDF 2% BSA in PBS. RT 2hr

+PBST wash NKX1. PTCHD1.OTOGL. ASXL3.

α –serum 1:250. RT 2hr +PBST wash α -Mouse IgG HRP 1:5000

ECL

OTOGL1 ^225.75kDa ASXL3 ^248.49kDa

GADPH ^46kDa 6.5D 7D 7.5D 8D

250 130

Anti-serum

Naive-serum

Anti-serum Naive-serum

Western profile of ASXL3 and OTOGL1

NKX1 expressed in cytotropoblast

Placenta

Embryo

Cytotrophoblast

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Highlights

• Mouse embryonic sample

• Algorithm software

• Whole genome wide missing proteins

同時具有分裂增殖成另一個與本身完全相同的細胞，

以及分化成為多種特定功能的體細胞兩種特性。

幹細胞在生命體由胚胎發育到成熟個體的過程

中，扮演最關鍵性的角色，即使發育成熟之後，一

般相信幹細胞仍然普遍存在於生命體中，擔負著個

體的各個組織及器官的細胞更新及受傷修復等重責

大任。

細胞(totipotent stem cells)，以及受精卵生長5日後，囊胚體內一簇具有分 化成動物各種器官組織的內細胞團的複功能幹細胞(pluripotent stem cells)。

而成熟組織幹細胞即為人類出生後的某些器官，如腦、胰臟或骨髓含有的 幹細胞，在特殊條件下可分化成有限幾種組織。其分化潛能最弱，故被稱 為多潛能幹細胞(multipotent stem cells)。

血小板。因此，造血幹細胞的移植在醫療上有無窮的用途。不同的成體 幹細胞中，造血幹細胞(hematopoietic stem cells，HSC)存在於骨髓、嬰 兒臍帶血、以及成人週邊血液。 這是一群未分化的血液細胞，可以製造 血液與免疫系統細胞，如運輸氧氣的紅血球、幫助凝血的血小板、抵抗 感染的白血球、產生抗體的淋巴球等。造血幹細胞可用來治療許多血液 疾病、腫瘤、先天代謝異常與免疫缺陷等疾病。此外，在臨床上治療癌 症使用抗癌藥物療法或放射線療法時，雖殺死癌細胞，但也常傷害到健 康的骨髓幹細胞，這時醫師如移植幹細胞至病人身上，可以再製造出新 的血液與免疫系統而延續患者生命。

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

幹細胞與

癌細胞僅一線之隔

幹細胞治療以發展數十年，能否分離

幹細胞仍是一個困難

次細胞的移植

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

癌細胞的ATP 會有比較多嗎???

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

粒線體的作用

粒線體在細胞間的移動

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

CD24

10.0% 15.3%

+mito control

+mito +mito

control control

24h 0h

紅

:

:

胃癌MKN45細胞

胃癌 MKN45細胞

跨細胞轉殖人類纖維母細胞粒線體至人類胃癌細胞

胃癌細胞因轉殖外源粒線體而 持續幹細胞化

以螢光顯微鏡確認粒線體轉移

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

癌細胞移動能力(

以wound healing 實驗)下降了~~~

而惡化指標也下降

了~~

拯救 細胞 加速

死亡

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

留給大家思考~~~~~

52

演講者:

Bin Huang (黃斌) PhD.

huangpin2@yahoo.com.tw

生物醫學暨環境生物學系 主任

• 壞的細菌?

• 好的細菌?

法國矛盾---紅酒 多酚 (白藜蘆醇)

復活島上的一種抗生素---

Rapamycin 益生菌的微環境

這些是什麼器官呀?

神經疾病 精神疾病 呼吸系統疾病

心血管疾病

胃腸道疾病 肝病 自體免疫性疾病

代謝性疾病 腫瘤

計畫，震驚世界! (研究便便計畫)

美國政府投入1.21億美元，並啟動民間投入4億美元。

三大主要目標:鼓勵學科交叉，開發平台技術並鼓勵數據

共享，加強人才培養。

* Microbiota cells >

human cell

*

Microbial > >>

human genes

*Weights 1.2~2.0 Kg

*Metabolic output same as Liver

*Stabilities by

age 3 years

1.居住在一起但沒有親緣關係的人群，擁有高度相似的腸道微生物結構

2.飲食、藥物和生活方式相關因素影響了>20%的人群個體間菌群差異 3.菌群資料可以提高體質的預測精準，如預測血糖和肥胖症等

4.經由改變菌群來改善治療效果的方法可望在將來推廣，而不用考慮宿 主的遺傳背景。

老鼠也變胖了~~~

的影響是很大

利用基於右旋氨基酸的順序標記代謝探針(STAMP)評估移植菌群的活性

用螢光右旋氨基酸(FDAA)標記供體小鼠的腸道菌 群，成功定植的菌群同時具有兩種螢光標記

STAMP可用於評估糞菌移植效率

次世代基因定序(NGS)確定多少

DNA 片段

困難梭菌，給治療了

老經驗

US FDA 通過糞菌移植 使用於「頑固性困難梭 菌感染」

黃龍湯

第一例糞菌移 植使用於馬腹 瀉

現代免疫學之父 Metchnikoff證實益 生菌對人體有益處

第一次使用糞菌移植 治療「困難梭菌感染

」

(FMT, 糞菌移植)--- Stool Transplant

明日之星

P1:尿路上皮癌患者

接受了抗CTLA-4和PD- 1抑制劑治療兩周後發 生結腸炎

P2:前列腺癌患者

接受了CTLA-4抑 制劑治療發生結 腸炎

進行健康者糞菌移植(HMT)後

，其結腸炎症狀在2周內得到 緩解，大腸鏡檢查證實，腸道 炎症在一個月內幾乎完全恢復

進行健康者糞菌移植 (HMT)治療後，結腸 炎緩解

二位受試者糞菌移植後患者結腸粘膜處的T細胞組成發生改變

(CD8+細胞毒性T細胞明顯減少，而CD4+FoxP3+T細胞多)。

粉狀 膠囊 優酪乳

優格 起司

• 寡糖與腸道菌

硫化氫 (hydrogen sulfide, H ₂ S)

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

https://easyhealthoptions.com/hydrogen-sulfide-the-smelly- secret-to-living-longer/

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

Involvement of H

S in various physiological and

pathological functions

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

「蒜」為何厲害，奧妙在於硫化氫

2018-01-26

蒜是常見的調味蔬菜，一直是人們用於治療疾病和保持健康的食品之一。一般認為

，大蒜具有抗氧化、抗菌、抗動脈粥樣硬化等作用。做飯時，生吃大蒜或用蒜爆鍋 調味也是家常事。那麼，蒜的神奇保健功效究竟在何處呢？

原文網址：https://kknews.cc/health/2epqxar.html

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

1. 大蒜生吃有助於心臟健康

美國一項研究發現，將新鮮的大蒜切片或搗碎後生吃更有助於心臟健康。原 因在於其中豐富的抗氧化劑---硫化氫。硫化氫能軟化血管，促進血液流通，

起到心臟保護的作用，而經過烹煮或曬乾的大蒜卻無此功效。

硫化氫是一種有刺激性氣味的氣體，研究發現，適量的硫化氫會對人體心血 管系統起到保護作用，有效預防心臟和老年痴呆等病症。硫化氫主要經呼吸 道吸收，進入體內一部分很快氧化為無毒的硫酸鹽和硫代硫酸鹽等經尿排出

；一部分游離的硫化氫則經肺排出，無體內蓄積作用。

2. 大蒜防病治病多面手

•流感流行時，除可生吃大蒜或醋蒜外，還可將大蒜搗碎，加10倍的水，取其 汁液滴入鼻中，起到預防作用

•腦膜炎流行時，經常吃些醋浸大蒜，可預防發病

•炎炎夏季，每日吃幾瓣大蒜，可防止急性菌痢和急性腸炎

•經常吃生蒜，還可預防胃癌，原因在於大蒜有抑制和殺滅幽門螺桿菌的作用

•經常生吃大蒜，可降低高脂血症患者體內的膽固醇含量

原文網址：https://kknews.cc/health/2epqxar.html

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

除了硫化氫，人體的細胞還會自行合成一氧化氮與 一氧化碳

• 一氧化氮 (Nitric oxide, NO) --- 擴張血管，神經受損、

發炎反應

• 一氧化碳(Carbon monoxide) --- 紅血球功能

未來科學家徵稿~~~

1. 3-5人，自行尋找組隊 。 --- 核心價值:同理心、判斷 2. 設定創意主題。 --- 核心價值: 分享、批判

3. 一張紙雙面A4構想書撰寫，中文，行距1.0，大小12，須包含題目

、起因、現況、解決方式。 --- 核心價值: 創意、包容。

4. 請轉成 PDF檔案，於2020/4/10 PM5:00 mail to huangpin2@yahoo.com.tw

5. 4/15最後一堂課將頒獎~~ 並說明入選的原因。

生物醫學暨環境生物學系 Department of Biomedical Science and Environment Biology

準備要讓夢想起飛了嗎?

Thanks for your listening ~~~