視覺化探討星狀神經膠細胞粒線體複合體---損傷所引發之粒線體壓力

粒線體不僅是能量的供應站，更是細胞生死的仲裁者。它身兼高活性氧族的主要製造廠與受害標的之角色，同時可藉由調節鈣離子衡定及粒線體膜電位去極化等來引發數種致死蛋白的釋放，進而使細胞走向凋亡的不歸路。諸多證據顯示不穩定或受損的呼吸鏈複合體會加重的粒線體壓力及細胞凋亡。過去幾年，本實驗室已藉由數株粒線體DNA 突變之骨髓瘤細胞質融合株的研究，觀察到粒線體DNA突變導致的呼吸鏈複合體損傷(如常見型粒線體DNA 斷損引發的複合體一,四及五病變)所加重粒線體壓力與細胞凋亡間的關連及調控。為更深入地探討單一粒線體複合體損傷在神經病變與老化疾病上扮演的角色，本研究計劃擬縮小範圍針對粒線體複合體一所引發的粒線體壓力，作仔細地病理機制視覺化勘察。粒線體複合體一是座落在粒線體內膜的蛋白質聚合體，它是粒線體呼吸鏈傳遞電子的入口，它的損傷會直接阻礙呼吸鏈上之電子傳遞，進而造成能量生成抑制及顯著的氧化壓力。臨床上可引發數種特定的人類粒線體疾病。許多證據發現神經退化疾病及老化病人腦內的粒線體常伴隨著複合體一異常，且與巴金森氏症有強烈關聯。星狀神經膠細胞是中樞神經係統內為數最多之細胞。星狀神經膠細胞內粒線體的正常運作，除了足以影響神經膠細胞自身存亡外，並可進而影響周圍神經細胞之功能，或間接地藉由調節血管功能來改善神經細胞之活性。目前星狀神經膠細胞粒線體複合體一異常，會如何加重粒線體壓力的機制仍不清楚，因此本研究計劃擬以藥物引發粒線體複合體一損傷的星狀神經膠細胞株為材料，並與含正常粒線體DNA 及無粒線體DNA(將引發複合體一,三,四,及五病變)的星狀神經膠細胞株作比較。此外，並擬與粒線體DNA 特定斷損引發複合體一點突變的T8993G (將引發複合體五病變)，常見型粒線體DNA 斷損，ND5 或ND6 細胞質融合細胞株作比較。研究目的擬鎖定同步視覺化粒線體高活性氧族生成，鈣離子衡定及各機轉間的互動及其與粒線體膜通透改變及細胞凋亡之關連仔細勘察。技術上為能在單一活細胞的粒線體上直接同步視覺化粒線體複合體一之數項病理機轉，將應用單及雙-或-多光子雷射掃瞄顯微影像技術，配合數種新型的螢光蛋白與粒線體螢光染劑，以期將使細胞生物的研究領域拓展至單一活細胞內的胞器層面。相較於單光子光徑激發，雙-或-多光子的單體積點激發，獨具低光化學毒性的特性，因此特別適合活細胞尤其是病變細胞之長時間動態觀察。本計畫的研究成果不僅可以為粒線體複合體一損傷的引發之病理機轉及臨床治療定位，而對粒線體病生理功能的深層探索，更可提供掌控星狀神經膠細胞凋亡程式的解碼，以祈在粒線體複合體異常與神經退化及老化疾病之預防治療上提供新的生機。

系統編號:PC9808-0568
原計畫編號:NSC98-2320-B182-005-MY3