本院生物化學研究所陳瑞華特聘研究員(中)、本院細胞與生物學研究所周申如副研究員(右)及本院生物化學研究所江尚殷博士生(左)

智能障礙、癲癇和自閉症等患者通常需要特殊治療、教育和長期照顧,對家庭和社會經濟都是相當大的負擔。為了找出大腦發育異常的成因,過往學界研究多聚焦於基因轉錄層面,較少探討蛋白質修飾的重要性。本院生物化學研究所陳瑞華特聘研究員和本院細胞個體生物學研究所周申如副研究員的跨領域研究發現,人體中的蛋白SOX11不穩定會導致大腦發育異常;研究團隊並找到可以穩定SOX11的機制,提出蛋白質穩定大腦發育密切相關的新觀點。研究成果已於本(2)月12日發表於國際期刊《科學進展》(Science Advances)。

大腦皮層掌管感覺、運動、情緒、認知等多項重要功能,其發育涉及複雜過程,包括神經生成、神經細胞移動、組織建構及神經網路形成,任一環節失調便可能造成神經性疾病。研究團隊發現,遺傳性大腦發育異常、有智能障礙表型的病人曾出現去泛素(註一)蛋白USP11變異。實驗發現,雖然小鼠缺少USP11時,SOX11仍可進行基因轉錄,但因其蛋白不穩定,還是會導致大腦發育異常。在行為學分析(例如:小鼠走迷宮)中,USP11缺失之成鼠確實有學習記憶和社交情緒等多重障礙。

研究團隊發現在大腦發育過程中,USP11可抑制SOX11蛋白的泛素化(註二),進而穩定SOX11的表現。這項穩定機制不但參與了神經生成,也使生成之神經移動到正確位置,以建構正常的神經網路。

陳瑞華特聘研究員表示,「此研究對大腦發育異常所致疾病之診斷和治療提供了新的思考方向,未來也可望用來檢測胎兒的大腦發育狀況。」此外,研究團隊發現變異後的USP11不僅會喪失穩定SOX11的功能,也無法支持大腦正常發育,更凸顯USP11穩定SOX11的作用機制對人類大腦發育的重要性。

本論文第一作者為本院生化所博士生江尚殷。研究團隊包括本院生化所林淑妤研究副技師,本院細生所郭紘志研究員,以及本院生物醫學科學研究所黃怡萱研究員。研究經費由中央研究院及科技部共同支持。

論文全文連結: https://advances.sciencemag.org/content/7/7/eabc6093


(註一)泛素(ubiquitin):由76個胺基酸所組成的蛋白質,多數存於真核細胞中,功能為標記需要分解掉的蛋白質。

(註二)泛素化:一種重要的細胞調節過程,可調節、代謝細胞中蛋白濃度,並去除過多、受損或突變的蛋白質,同時也涉及基因表達、轉錄調節、DNA損傷修復等人體調控機制。如果調節出現問題,將會導致疾病。