Project title
94學年度國家科學及技術委員會補助研究計畫
Acronym
專題研究計畫
Internal ID
NSC94-2320-B040-043
Principal Investigator
Status
research project
Start Date
August 1, 2005
End Date
July 31, 2006
Organizations
中山醫學院生命科學系
Partner Organizations
Project Web Site
Options
造成聽障之Connexin基因族與CLAUDIN14基因突變的功能研究
Description
著絲點在有絲分裂及減數分裂的過程中扮演了相當重要的角色，它負責將姐妹染色
分體或同源染色體平均分配至兩個子代細胞中有關。若功能不正常或失去功能的著絲
點通常會造成染色體套數不完整的現象，也就是可能產生所謂的Aneuploid。在細胞遺
傳學上的研究報告指出aneuploidy 和自發性的流產，先天性的染色體疾病，如唐氏症
和透納氏症，甚至與某些癌症的發生有關。近年來，有許多實驗室為了改良基因治療
載體，於是致力於研究人類人造染色體的建構上。但想要瞭解Aneuploid 形成的機制
及成功地建構人類人造染色體為基因治療的載體，就必須先透澈著絲點的功能及構造。
著絲點在染色體上是以一種收縮的結構型態顯現，而其分子結構的基本元素包括重
複性的鹼基序列稱之為衛星DNA 及一群名為著絲點鍵結蛋白質(centromere-binding
proteins; CENP)所構成特殊的結構名Kinetochore。就目前所知，從低等到高等的生物
體，著絲點的衛星DNA 往往差異相當大，且在不同種族甚至同一種但不同個體間也
都不同；然而，著絲點的蛋白質的功能及構造卻保留相當大的一致性，因此它們兩者
之間是如何組織成一個具有功能的著絲點，一直是研究學者們想一探究竟的問題。已
有許多實驗室分別緻力於著絲點DNA 族群或著絲點蛋白質的功能研究，其中著絲點
的衛星DNA 有著相當大的差異，使得著絲點的構造及功能更加複雜且不易瞭解。近
年來，在建構人造染色體的過程中發現以來自不同染色體上的阿爾發衛星DNA 作為
著絲點DNA 的基本架構元素時，會影響人造染色體形成獨立染色體的穩定性。因此，
人造染色體成為一個良好的模式用來分析衛星DNA 是否具有形成著絲點的活性：包
括新形成的著絲點是否能和著絲點鍵結蛋白質包裝形成Kinetochore 結構及是否能和
紡錘絲結合然後正確的將人造染色體分開。
本實驗室一直致力於哺乳類著絲點衛星DNA 的分子結構及功能之研究，其中包括
建立完整的著絲點DNA 族群的資料庫，找尋特定且有意義的著絲點DNA 序列，架構
著絲點衛星DNA 的3-D 空間結構及細胞週期中各個階段的衛星DNA 的結構變化及如
何和著絲點蛋白包裝形成kinetochore 的結構。先前我們已選殖並鑑定了三種印度山羌
衛星DNA 家族，分別為I、II 和IV；最近，我們又從建立的印度山羌BAC 資料庫中
選殖出第五衛星DNA 家族。然而這些選殖出的衛星DNA 片段無法說明在形成具功能
性著絲點時的必要性。因此在本計劃中，我們將利用人造染色體的建構分析這些衛星
DNA 的著絲點活性；同時分析建構人造染色體所需的必要元素；及利用人造染色體分
析額外染色體的行為。首先我們將選殖出更多著絲點DNA，並完成這些著絲點DNA
的基因組結構：主要是利用免疫沉澱法取得的著絲點蛋白鍵結DNA 作為探針來篩選
BAC 資料庫中的含有衛星DNA 的BAC 菌株，進一步將分析選殖所得的著絲點DNA
的鹼基序列、染色體分佈位置、基因組的排列情形及蛋白質鍵結情形；再來我們將加
以改造這些選殖出的BAC DNA 成為人造染色體，然後將這些由BAC 改造成的人造染
色體送入印度山羌的細胞中，經長時間培養後，分析人造染色體的穩定性、衛星DNA
的著絲點活性、建構人造染色體的必要元素、及人造染色體在有絲分裂時期的分裂能
力；接下來將山羌細胞中的人造染色體轉殖到大腸桿菌中大量複製後，分析人造染色
體的大小及基因組組成結構；最後將這人造染色體再轉染入其他哺乳類細胞，分析帶
有外來衛星DNA 的人造染色體的穩定性及外來衛星DNA 的著絲點活性。預期此一研
究的結果，會有新的著絲點衛星DNA 被發現，並瞭解這些衛星DNA 在著絲點活性中
所扮演的角色，還有穩定人造染色體的建造將來可作為基因治療的載體。electrical resistance (TER)的方法來瞭解CLAUDIN14基因突變後對tight junction功能造成的影響。同時我們將利用Tet-On蛋白表現系統(Tet-On indicuble expression system)來探討CLAUDIN14基因和Cx29基因之間的關係。相信這三年計畫如能獲得支持將對遺傳性聽障的成因和機制有更深入的瞭解。
分體或同源染色體平均分配至兩個子代細胞中有關。若功能不正常或失去功能的著絲
點通常會造成染色體套數不完整的現象，也就是可能產生所謂的Aneuploid。在細胞遺
傳學上的研究報告指出aneuploidy 和自發性的流產，先天性的染色體疾病，如唐氏症
和透納氏症，甚至與某些癌症的發生有關。近年來，有許多實驗室為了改良基因治療
載體，於是致力於研究人類人造染色體的建構上。但想要瞭解Aneuploid 形成的機制
及成功地建構人類人造染色體為基因治療的載體，就必須先透澈著絲點的功能及構造。
著絲點在染色體上是以一種收縮的結構型態顯現，而其分子結構的基本元素包括重
複性的鹼基序列稱之為衛星DNA 及一群名為著絲點鍵結蛋白質(centromere-binding
proteins; CENP)所構成特殊的結構名Kinetochore。就目前所知，從低等到高等的生物
體，著絲點的衛星DNA 往往差異相當大，且在不同種族甚至同一種但不同個體間也
都不同；然而，著絲點的蛋白質的功能及構造卻保留相當大的一致性，因此它們兩者
之間是如何組織成一個具有功能的著絲點，一直是研究學者們想一探究竟的問題。已
有許多實驗室分別緻力於著絲點DNA 族群或著絲點蛋白質的功能研究，其中著絲點
的衛星DNA 有著相當大的差異，使得著絲點的構造及功能更加複雜且不易瞭解。近
年來，在建構人造染色體的過程中發現以來自不同染色體上的阿爾發衛星DNA 作為
著絲點DNA 的基本架構元素時，會影響人造染色體形成獨立染色體的穩定性。因此，
人造染色體成為一個良好的模式用來分析衛星DNA 是否具有形成著絲點的活性：包
括新形成的著絲點是否能和著絲點鍵結蛋白質包裝形成Kinetochore 結構及是否能和
紡錘絲結合然後正確的將人造染色體分開。
本實驗室一直致力於哺乳類著絲點衛星DNA 的分子結構及功能之研究，其中包括
建立完整的著絲點DNA 族群的資料庫，找尋特定且有意義的著絲點DNA 序列，架構
著絲點衛星DNA 的3-D 空間結構及細胞週期中各個階段的衛星DNA 的結構變化及如
何和著絲點蛋白包裝形成kinetochore 的結構。先前我們已選殖並鑑定了三種印度山羌
衛星DNA 家族，分別為I、II 和IV；最近，我們又從建立的印度山羌BAC 資料庫中
選殖出第五衛星DNA 家族。然而這些選殖出的衛星DNA 片段無法說明在形成具功能
性著絲點時的必要性。因此在本計劃中，我們將利用人造染色體的建構分析這些衛星
DNA 的著絲點活性；同時分析建構人造染色體所需的必要元素；及利用人造染色體分
析額外染色體的行為。首先我們將選殖出更多著絲點DNA，並完成這些著絲點DNA
的基因組結構：主要是利用免疫沉澱法取得的著絲點蛋白鍵結DNA 作為探針來篩選
BAC 資料庫中的含有衛星DNA 的BAC 菌株，進一步將分析選殖所得的著絲點DNA
的鹼基序列、染色體分佈位置、基因組的排列情形及蛋白質鍵結情形；再來我們將加
以改造這些選殖出的BAC DNA 成為人造染色體，然後將這些由BAC 改造成的人造染
色體送入印度山羌的細胞中，經長時間培養後，分析人造染色體的穩定性、衛星DNA
的著絲點活性、建構人造染色體的必要元素、及人造染色體在有絲分裂時期的分裂能
力；接下來將山羌細胞中的人造染色體轉殖到大腸桿菌中大量複製後，分析人造染色
體的大小及基因組組成結構；最後將這人造染色體再轉染入其他哺乳類細胞，分析帶
有外來衛星DNA 的人造染色體的穩定性及外來衛星DNA 的著絲點活性。預期此一研
究的結果，會有新的著絲點衛星DNA 被發現，並瞭解這些衛星DNA 在著絲點活性中
所扮演的角色，還有穩定人造染色體的建造將來可作為基因治療的載體。electrical resistance (TER)的方法來瞭解CLAUDIN14基因突變後對tight junction功能造成的影響。同時我們將利用Tet-On蛋白表現系統(Tet-On indicuble expression system)來探討CLAUDIN14基因和Cx29基因之間的關係。相信這三年計畫如能獲得支持將對遺傳性聽障的成因和機制有更深入的瞭解。