我們 對於 纖毛 的 印象 , 是 在 氣管 、 , 的 纖毛 推動 或 卵子 草履蟲 ,的 意義,細胞 仰賴 這些 纖毛 或 特 化 鞭毛 ,, 特定 的 方向 移動。

氣管 表面 的 纖毛,由 電子 拍攝。 圖 Wikimedia

初級 纖毛 —— 不會 動 的 纖毛 有 什麼 用?

從 單 細胞 生物 演變 到 多 細胞 生物 漫長 歷程 中, 纖毛 協助 運動 的 似乎 不再 重要 但 細胞 仍然 保留 這個 胞 器。 , 初級 (。 許多 神經 細胞 ,就是 初級 (。 許多 神經 纖毛,然而 科學 界 對於 這些 纖毛 的 功能 或 不清楚 不清楚 腦 科學 研究所 教授 蔡金吾 研究 神經 系統 中 的 纖毛 試圖 解析 纖毛 與 腦部 發育 疾病 以及 腫瘤的 關係。

科學家 認為 初級 纖毛 僅 是 演化 中 中 中 而成 的 後來 功能 發生 變化 : 它們 具有 的 功能 ,,伸出 ,,成了 一個 像是 般 構造,可以 感應與 接收 外來 訊息,有助 細胞 的 訊息 傳導。

初級 纖毛 不僅 在 生理 與 發育 過程 中 扮演 著 重要 角色,在 許多 細胞 中 當 初級 初級 缺陷 時,也會 造成 細胞 功能 的 缺失 甚至 統稱 為 纖毛 ( ( (neuropathy疾病 者,, 常有 發萎縮 等 問題,推測 初級 纖毛 的 缺陷,影響 神經 系統 的 生理

纖毛 在 神經 系統 中 的 功能 究竟 是 什麼 呢? 蔡金吾 在 神經 發育 的 中,, 出現 在 神經 幹,包含 大腦 的 放射 狀 膠質 ((radial glial cells, RGCs)與 小腦 的前驅 (Progenitors of neurons) Granule)。 許多 分化 完成 的 神經 細胞 也 具有 ,,少數 一個 例外 ,則 腦中 成熟 顆粒 ( (granular neurons) 不 促使 蔡金吾 的 研究團隊 , ,纖毛 在 不同 細胞 、 不同 時期, 分別 具有 什麼 功能。

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緣起 : 心 中心 體 纖毛 息息相關

不過 蔡金吾 並不是 原先 就想 研究 ,,起初 的 研究 興趣 是 探討 中心 體 對於 神經 細胞 ( (neurogenic migration) 作用 的 影響。 中心 體 心 中的 微 組織 中心, 在 細胞 分裂 時 將到 子 細胞。

蔡金吾 在 哥倫比亞 大學 就讀 博士班 ,, 研究 大腦 發育 疾病— 平 腦 (lissencephaly) 的 致病 機 轉。 大腦 過程 , 的 過程 位於 腦部 ,,而. . ,造成 發育 上 的 缺陷。

大腦 發育 過程: 神經 幹 細胞 經過 不對稱 分裂 (asymmetric cell division)後,形成 神經 細胞,持續 朝上 遷徙。 圖 / 沈 佩 繪

然而, 中心 體 和 纖毛 有 什麼 關係?其實,纖毛 是 由 中心 體 長 出來 的!

幹 下方 的 中心 體會 朝下 長出 初級 ,,等到 分裂 時 纖毛 則 消失 不見。

與 中心 體 示意圖。 圖 / 沈 佩 泠 繪

活化 的 天線,導致 腫瘤 形成

Dr.. 母 細胞 瘤 的 發 , , 了 與 纖毛 的 正面 母 細胞 小腦 小腦 小腦 細胞 會顆粒 前驅 細胞 生長 必須 一種 因子 ),卻不 知道 為什麼。

蔡金吾 研究 團隊 透過 小 腦電 穿孔 技術,將 特定 DNA 送入 小腦 的 神經 幹 ,,以 操控 要 表現 的 蛋白質。

研究 團隊 以 雙 光子 顯微鏡 觀測 小腦 發育 的 , , 讓 Atoh1 轉錄 因子 過度 表現 , , , 發現 , , ,此外 發現 初級調控,Atoh1 的 過度 , , , , 、 ,, 進而

小鼠 後 的 神經 發育 中 中,, 幹 細胞 從小 腦 往下 遷徙 至 小腦 大腦 由 下 往上 遷徙 Atoh1 過度 , , , 纖毛 會 促使 細胞 不斷、 形成 腫瘤。 圖 / 修改 自 參考資料 3

. ,原先 並 沒有 特別 思索 纖毛 與 神經 細胞 的 , , , , 卻 研究 研究 有著 直接 或 間接 的。 、 生物研究所 ,期望 透過 先進 技術,更 精準 地 進行 實驗 操縱,共同 纖毛 – 中心 體 複合 體 神經 發育 過程 中 的

學生 多 探索,會有 意想不到 的 旅程

蔡金吾 鼓勵 學生 們 不要 只是 假說 ​​的 脈絡 走 , 更 要 觀察 、、 多。 他 經歷 , 有 , ,, 眼角 的,意外 發現 一群 新 的 細胞 —— 外層 放射 狀 細胞 (external radial glial cells, oRGs),當時 科學家 認為 只有 靈長類 , 也 打破 過去 的

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還有 蔡金吾 剛 回 臺灣 時,聆聽 一場 癌症 生物學 的 演講,聽到 講 者 利用 基因 在 誘發 突變,以 鑑 癌症 進程 中 中 ,卻讓 他 後來夢到 : 不是 也 能把 跳躍 基因 應用於 大腦 基因 基因 醒來 ,,他 衝到 電腦 論文 資料 庫 搜尋 相關 , 類似 研究。 於是 他 帶領室 學生,結合 子宮 內 電 ((in womb electrophoresis)技術,把 跳躍 基因 送到 大腦 的 神經 幹 中中,, 篩選,成功 像是 Eureka moment,一個 靈光 乍現 的 時刻。

蔡金吾 鼓勵 學生 多 觀察 、 多 探索。 圖 / 劉 馨香 攝

研究 雖非 一帆風順,但是 、 的 ,, 卻讓 ,,, , (當然,是 再現),不要 感到 ,,而是更進一步 去 探究。 蔡金吾 : : 「這 可能 也是 為什麼 我 十歲 的 ,,就想 要做 科學研究。」

蔡金吾 的 跨領域 人生

受到 華裔 太空人 王 贛 駿 教授 的 啟發 , , 物理學 產生 的 對 的 好奇 , 物理 , 的 實驗室 進行 ,,架設 光 鑷子(optical tweezers),應用於 細胞 力學 的 ,,後來 經過 臺大 生命 科學 系 教授 嚴震東 大學 大學 微生物 大學 進行 ,,後來又 到 哥倫比亞 進行 ,蔡金吾 一路上 累積 的 跨領域 研究 ,,其實 原先 原先 的。 ,,人生 筆直 的 坦途,但是 當 機會 的 ,,我 會去 抓住 它。 」

未來 蔡金吾 除了 延續 過往 大腦 與 小腦 發育 疾病 研究 之外, 近年來 也 投入 神經 疾病 疾病 希望 能夠 找到 適合 的 靶,減緩 社會 社會 多 ,除了探究 疾病 的 機制 ,,也 期望 能夠 找到 方法,協助 疾病,改善 患者 的 生活。

參考資料

1. Tsai, J., Chen, Y., Kriegstein, A. R., & Vallee, R. B. (2005). LIS1 RNA interference inhibits neural stem cell division, formation, and movement at multiple stages. Journal of Cell Biology, 170 (6), 935-945.

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2. Hsiao, C., Chang, C., Ibrahim, R. B., Lin, I., Wang, C., Wang, W., & Tsai, J. (2018). Gli2 modulates cell cycle re-entry through autophagy-mediated regulation of primary cilia length. Journal of Cell Science, 131 (24), jcs221218.

3. Chang, C., Zanini, M., Shirvani, H., Cheng, J., Yu, H., Feng, C., Mercier, AL, Hung, S., Forget, A., Wang, C. Cigna, S. M., Lu, I., Chen, W., Leboucher, S., Wang, W., Ruat, M., Spassky, N., Tsai, J., & Ayrault, O. (2019). Atoh1 controls the formation of primary cilia to allow the proliferation of SHH-inducing granule neuron progenitor cells. Developmental Cell, 48(2), 184-199 AH.