闡釋受損基因修復機制 癌症臨床應用基礎

Prof. Grzegorz Ira

貝勒醫學院Baylor College of Medicine

Prof. Anna Malkova

愛荷華大學 University of Iowa

Prof. Patrick Sung

耶魯大學 Yale University

冀宏源助理教授 國立臺灣大學 與中研院合聘National Taiwan University Academia Sinica

資料來源：衛生福利部（原衛生署）

癌症連續 31年居十大死因之首

Photos courtesy of G. S. Martin

正常細胞

癌細胞

民國 101年 國人十大死因排名 死因 每隔多久有 1 人

死亡1 惡性腫瘤 12分 2 秒2 心臟疾病 30分 41秒3 腦血管疾病 47分 31秒4 肺炎 56分 25秒5 糖尿病 56分 37秒6 事故傷害 1 時 16分 28秒7 慢性下呼吸道疾病 1 時 23分 5 秒8 高血壓性疾病 1 時 45分 24秒9 慢性肝病及肝硬化 1 時 45分 38秒10 腎炎、腎病症候群及腎

病變2 時 1 分 28秒

基因損傷（如 DNA 雙股斷裂）、修復、與癌症。

修復受損的 DNA 細胞凋亡

自由基的攻擊 DNA 複製受損

輻射線 環境中的突變劑

DNA 雙股斷裂

若修復 DNA 的反應失調則••••

• 基因體的不穩定，如染色體 的斷裂等

• 老鼠的胚胎無法發育

• 癌症的高發生率 遺傳性乳癌 : BRCA 基因突變

• 不孕等性狀

安潔莉娜裘莉

“同源重組”反應修復 DNA 的機制

聚合酶進行複製

斷裂的雙股 DNA   

DNA 修復完成

單股 DNA       

同源配對及交換       

D-loop 結構            

D-loop 結構            

聚合酶進行複製

DNA 修復完成

哪些基因參與聚合酶修復DNA的反應 ?

Prof. Grzegorz Ira

貝勒醫學院Baylor College of Medicine

Prof. Anna Malkova

愛荷華大學 University of Iowa

以遺傳學和酵母菌為研究材料Pif1 解旋酶能幫助細胞有效的修復受損的DNA

酵母菌

Molecular Cell Biology, 2013

Pif1 解旋酶：解開雙股螺旋 DNA

Pif1 解旋酶促進修復 DNA 的分子機轉尚未明暸

D-loop 結構            

聚合酶進行複製

DNA 修復完成

生化學研究

遺傳學研究

生物性狀

體外建構反應系統

Rad51, RPA, Rad54 RFC1, RFC2, RFC3, RFC4, RFC5, PCNA, Pol3, Pol31, Pol32, Pif1

建構體外同源重組反應系統 至少須 13 種高純度的蛋白質

D-loop 結構            

聚合酶進行復製

DNA 修復完成

Prof. Patrick Sung

耶魯大學 Yale University

冀宏源助理教授 國立臺灣大學 與中研院合聘National Taiwan University Academia Sinica

純化蛋白質來建構體外同源重組反應系統

酵母菌和細菌的 蛋白質表達系統

大量養菌約 24-48升 細胞破碎

細胞萃取物在冷房進行蛋白質純化

Lehninger Principles of Biochemistry, 2013Molecular Cell Biology, 2013

得到高純度的蛋白質

Pif1 解旋酶          

雙股DNA斷裂所產生的單股DNA

          

同源雙股DNA   

      

同源重組反應   

      

Rad51,

Rad54        

D-loop 結

構           DNA 聚合

酶          

DNA複製以修復缺失的DNA

          

單股DNA   

      

D-loop 結

構          

DNA複製以修復缺失的DNA

        

Pif1 解旋酶           DNA 聚合

酶          

4 分鐘   

      

8 分鐘   

       正常   

      

突變   

      

正常   

      

突變   

      

Rad51, RPA, Rad54 RFC1, RFC2, RFC3, RFC4, RFC5, PCNA, Pol3, Pol31, Pol32, Pif1

須 13 種高純度的蛋白質

Pif1解旋酶促使 DNA聚合酶能有效地複製 DNA，以完成 DNA修復及維持基因體的穩定性

斷裂的雙股 DNA   

D-loop 結構            

聚合酶進行複製 Pif1 解旋酶失活的狀況下            

聚合酶

Pif1 解旋酶          

Pif1 解旋酶解開雙股DNA          

DNA 修復完成           

DNA 異常           

基礎研究到臨床醫學應用     

在癌症細胞株，抑制 Pif1 的活性會促使癌細胞凋亡

Cancer Research, 2011, 71(14) 4998

1. 篩檢臨床癌症病人的Pif1解旋酶表達量，來研究 Pif1解旋酶與癌症治療的臨床醫學實驗。

2. 高純度的 Pif1解旋酶可用於建構藥物篩選平台，來研發 Pif1的抑制劑。

從生化學的研究來探討 DNA 修復的分子機轉

癌症 基因多樣性 同源重組

結構及單分子研究 生化機制探討

細胞及動物實驗

癌症的診斷與治療

誌謝

國立臺灣大學 （深耕計劃）

國立臺灣大學生命科學院     

國立臺灣大學生化科學研究所  

中央研究院生物化學研究所

行政院國家科學委員會       

冀宏源實驗室研究團隊