Dr. Hsueh-Chi Sherry Yen 顏雪琪 博士

分生所助研究員

研究方向

Protein Turnover Regulation and Systems Biology

蛋白質網路受到轉錄、轉譯、轉譯後修飾及蛋白質降解等各層級調控;蛋白質體(proteome)如何獨立於轉譯層級而被調控則是現代生物學的關鍵問題。人類細胞中具六百多種E3泛素連接酶(E3 ubiquitin ligase)負責標的蛋白質降解;相較於一千多種轉錄因子,蛋白質降解對基因表現的調控在細胞中的地位和複雜程度幾乎與轉錄調控相當。E3泛素連接酶所調控的蛋白質在不同時間、地點皆具不同的穩定度,然因開發全蛋白質體降解研究工具時的技術挑戰,大部份蛋白質的穩定度仍屬未知。蛋白質降解能快速活化或抑制訊息傳遞;相較於以蛋白的生合成活化訊息傳遞路徑,蛋白質降解提供細胞快速適應環境變化的機制;許多病毒和細菌因而演化出控制宿主蛋白質降解路徑的能力,使宿主無法對入侵的病原體做出適當反應。此外,當人體中蛋白質降解失去控制時,將使許多蛋白質異常堆積,進而造成如癌症等許多疾病的發生。了解蛋白質的降解機制不僅有助於基礎科學研究、更能為開發新藥提供寶貴的資訊。

我們的研究致力於研發高通量技術,由基因體和蛋白質體的系統性觀點應用於研究蛋白質降解的調控及找出E3泛素連接酶的受質。泛素所引導的蛋白質降解(Ubiquitin-mediated proteolysis, UPS)是細胞中主要的蛋白質降解途徑,而此機制的受質專一性則來自E3泛素連接酶。許多E3泛素連接酶都有成為藥物標靶的潛力,因此找出E3泛素連接酶的相對應受質是非常重要的研究工作。我們和Stephen Elledge博士的團隊合作,研發出得以測量活細胞全蛋白質穩定度的技術稱GPS ( Global Protein Stability )。結合流式細胞儀(FACS)和微陣列(microarray)判讀數據分析單一顆細胞的蛋白質,GPS技術得以在活細胞中同時監測超過八千種蛋白質的穩定度。透過GPS,我們在哺乳動物蛋白體相關領域中有許多新穎的發現,諸如蛋白質大小及蛋白質穩定度的高度相關性、不同穩定度的蛋白質間獨特氨基酸分佈以其及在細胞中的不同功能等。此外,我們利用GPS研究cullin-RING E3泛素連接酶(cullin-RING E3 ligases, CRL)家族中SCF複合體的相對應受質,不僅找到75%的已知受質,更進一步發現數百種新的受質。這些成果顯示GSP具有成為研究E3泛素連接酶及其受質交互作用網絡通用平台的潛力。

GPS技術為蛋白質降解研究開創了許多可能性:GPS能找出當細胞受到刺激、基因改變或是發育轉變時改變穩定度的蛋白質;GPS能利用特定蛋白質的穩定度作為疾病特徵,藉此診斷疾病和了解疾病的機制;GPS也能結合基因功能喪失(loss of function, ex: RNAi)、基因功能獲得(gain of function)或化學藥品篩選(chemical screen)的方法,找出調控我們感興趣的蛋白質之上游蛋白或化合物。此外,將GPS所得的蛋白質穩定度資訊和轉錄體(transcriptome)、分子交互作用組(interactome)和磷酸化蛋白質體(phosphoproteome)等資料庫做連結,我們將能縱觀分子調控網路的全貌、發掘蛋白質降解與其他生物調節形式的對談。

我們目前的計畫主要著重於改善GPS的靈敏度、數據呈現的忠實度、適用性和通量,進而研發新一代的GPS。我們同時也將繼續探討CRL家族E3連接酶的功能,並且釐清CRL所引導的蛋白質降解機制。就長遠而言,我們有興趣探討其他層級的調控網路和蛋白質降解間的配合,也將致力於發展分析全蛋白質調控方式的高通量技術。

Yen Figure

 

(A) GPS報導基因建構示意圖 DsRed和GFP-X的融合蛋白皆由同一個啟動子所表現,試驗蛋白質X和GFP融合並和GFP在同一讀框。

(B) GPS分析四步驟