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第十七型脊髓小腦萎縮症年輕轉殖小鼠聲門功能異常之研究

脊髓小腦萎縮症（Spinocerebellar ataxias；SCA )，是一種漸進性的神經退化性疾病，目前發現有二十八種不同類型，其中第十七型主要症狀是步伐不穩、吞嚥與發音困難、肌肉張力失調、震顫性麻痺、眼球震顫、聽覺遲緩、漸進的癡呆、癲癇等，致病原因是TATA-box結合蛋白(TATA-box binding protein)上的的N端有一段CAG三核苷重複過度擴增，形成過長的多麩醯胺酸 (polyglutamine ; polyQ) 突變蛋白，並引起這種蛋白沉澱，導致細胞毒性，以致於產生神經元退化。吞嚥與發音困難可能與聲門運動功能異常有關，管制聲門運動的神經主要是喉返神經，唯也受到橋腦的調節，臨床上發現脊髓小腦萎縮症的病人，其橋腦也有發生萎縮，橋腦是呼吸調節中樞 (pneumotaxic center)的所在，也涉及聲門運動的調控。我們實驗室過去曾利用SCA17轉殖鼠為實驗材料，發現SCA17轉殖鼠在六個月時，聲門運動的調控機制不佳。問題是六個月的小鼠已經是年老的動物，我要問的問題是年輕轉殖小鼠（二到三個月）是否也會呈現聲門運動調控機制異常，這一點非常重要，可以告訴我們年輕病人是否也有吞嚥與發音的問題。研究分成兩大部分，第一，利用辣椒素刺激肺部的無鞘神經C纖維，引起反射作用，觀察喉返神經呼吸活動的反應，結果發現年輕轉殖小鼠，低劑量辣椒素所引起反射作用是，血壓下降、心跳減慢及呼吸暫停，與野生小鼠無異，在呼吸暫停期間，喉返神經呼氣活性（也稱吸氣後活性）顯著上升，這種上升反應既見於自主呼吸的轉殖小鼠，也發生在麻痺且以人工呼吸機送氣的轉殖小鼠，但是人工送氣下的轉殖鼠，反應卻遠遠小於野生型小鼠;第二是觀察其聲門運動，結果發現，在一般情況下，野生小鼠吸氣時面積顯著大於轉殖鼠，但呼氣時候面積並無差異，在給予辣椒素引起呼吸暫停期間，轉殖小鼠與野生小鼠的聲門都會內收且關閉，在呼吸恢復後回復後的第一次呼吸週期，聲門面積對照面積相比並無差異。這些結果說明，年輕的SCA 17轉殖小鼠其聲門運動對辣椒素引起的反射反應與野生型動物相似，也暗示轉殖小鼠聲門的調控機制可能正常。

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探討Kryptolebias marmoratus個體的攻擊性與勇敢程度、探索傾向以及學習能力之間的相關性:前次打鬥經驗的影響以及荷爾蒙機制

具有攻擊性的個體通常較為勇敢，並傾向主動探索陌生的環境，同時有比較好的學習表現。這種不同個體間呈現出相似之行為間的相關性被稱之為行為群（behavioral syndrome）。前人提出，這些行為之間的相關性可能來自於這些行為受到相似的生理機制的影響；例如，一種荷爾蒙同時調控兩種以上的行為，而使得這些行為呈現彼此相關的現象。本篇測量Kryptolebias marmortus的攻擊性與勇敢程度、探索傾向以及學習表現之間的相關性。同時藉由強制給予一次落敗／獲勝經驗改變個體的攻擊性，來探討這些行為與攻擊性之間的相關性是否會受到前次打鬥經驗所影響而改變。本篇研究藉由測量個體的各個行為和睪固酮以及皮質醇濃度之間的相關性，來探討這些行為的相關性是否可能源自於它們皆受到此二荷爾蒙的調控而引起。實驗結果發現，個體的攻擊性與勇敢程度成正相關，而攻擊性和探索傾向以及學習表現之間則沒有顯著的相關性。實驗同時發現，個體的攻擊性與勇敢程度之間的相關性並不會受到前次打鬥經驗所影響。除此之外，個體的攻擊性以及勇敢程度皆與睪固酮基礎值成正相關。這些結果顯示攻擊性－勇敢程度行為群穩定存在於K. marmortus個體中，而此二行為的相關性可能源自於它們皆受到睪固酮基礎值所調控。

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念珠藻麥芽寡糖苷海藻糖合成酶及水解酶之選殖、表現及特性分析

海藻糖是由兩個葡萄糖中間以α,α-1,1-糖苷鍵結的非還原性雙醣類。海藻糖廣泛存在於植物、昆蟲、酵母菌及細菌中。海藻糖可以保護生物體抵抗各種壓力，例如冷、熱、乾燥等。海藻糖可以應用在許多方面，例如當作食品的甜味劑、防腐劑、穩定劑、使用在化妝品或藥品。在工業生產海藻糖，可以利用maltooligosyltrehalose synthase (MTS) 和 maltooligosyltrehalose trehalohydrolase (MTH) 酵素系統，將低價的澱粉轉化為高價的海藻糖以降低成本。原核生物的藍綠菌Cyanobacteria Nostoc可以生長在極端的環境下，並且在乾燥的狀況下細胞可以累積海藻糖。在Nostoc punctiforme IAM M-15 及 Nostoc flagelliforme已被證明了在乾燥的壓力下，MTS及MTH的RNA表現量會增加。因此，推測Nostoc在乾燥的壓力下，MTS和MTH會參與反應以促進海藻糖的合成，提升細胞內海藻糖的濃度，以度過乾燥的環境。2001年，Nostoc punctiforme PCC 73102的完整基因體序列已經被定序，但它的MTS和MTH性質尚未被研究。除此之外，我們由台灣的烏來採集了Nostoc sphaeroides當作研究對象。本論文由Nostoc punctiforme PCC 73102 (NP) 及 Nostoc sphaeroides選殖MTS及MTH的基因，並以大腸桿菌表達重組酵素。並針對NPMTS作生化特性之分析，NPMTS重組酵素的最適溫度為30℃，最適pH值為8。NPMTS放置在10~30℃ 1小時酵素仍可維持穩定。額外加入1 mM的Ca2+、K+、Mg2+、Na+或Mn2+離子可略為增加NPMTS的活性，然而添加Cu2+及Zn2+離子則會抑制酵素活性。NPMTS以maltohexaose當受質時的轉糖活性較使用maltopentaose、maltotetraose、maltotriose和amylase高。然而，當使用maltotriose當受質時，NPMTS之水解活性會升高。NPMTS使用maltohexaose當作受質時的Km為57.9 mM，Vmax為1.9 U/mg. 以上結果闡述了此麥芽寡糖苷海藻糖合成酶之特性，並提供未來在生物技術的應用上，改進NPMTS的線索。

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颱風頻繁之亞熱帶雨林四種樹營養再吸收之探討

颱風是台灣最常見的自然擾動，颱風會造成大量的落葉，落葉會伴隨營養流失及光合作用效能下降。林木在大量落葉後，是否會藉由調整再吸收效率，來補償颱風所造成的營養損失？ 本研究自2010年8月進行至2010年12月，在福山試驗林一號集水區選擇山龍眼、長葉木薑子、綠樟與鋸葉長尾栲等四個樹種，追蹤分析颱風前後其成熟葉、落葉營養動態，以了解颱風如何影響林木再吸收效率的變動。研究期間有兩個中度颱風影響台灣，依次為9/19登陸的凡那比颱風與10月下旬接近台灣的梅姬颱風，兩個颱風皆帶來豪雨，但僅有凡那比颱風有較大風勢。研究結果顯示，兩個颱風對落葉量與再吸收效率造成的影響並不一致，9月的凡那比颱風對福山生態系帶來的影響大於10月的梅姬颱風。非颱風侵襲的11月有另一波落葉量高峰，山龍眼與長葉木薑子在9月凡那比侵襲期間落葉量較大，而綠樟與鋸葉長尾栲在11月的落葉量較大。在營養再吸收率方面，凡那比颱風造成N、K的再吸收效率下降，Ca、Mg再吸收效率上升，但對P再吸收率影響不大；另外梅姬颱風對營養再吸收效率沒有明顯的影響。追蹤颱風過後的數週，N再吸收效率沒有回升，顯示福山林木對應頻繁擾動，不會以耗費能量增加再吸收效率的方式來補償生長，以避免枝葉又受到不可預期擾動打落而失去更大量的營養。不同樹種在颱風與非颱風期間的落葉量有很大差異，且即使在非颱風期間亦有很大的差異，因此在討論颱風與非颱風期間的再吸收時，宜針對不同樹種分別採樣，才不會因物種間落葉量及再吸收的差異模糊了颱風對再吸收的影響。P再吸收效率與再吸收度皆高於N，顯示P是福山生態系的限制因子。

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脊髓小腦運動失調症第十七型之微生物藥物篩檢模式：以 β-半乳糖苷酶結構互補特性偵測蛋白溶解度

多種遺傳性神經退化疾病為多麩醯胺 (polyglutamine, polyQ) 相關疾病，其中第十七型脊髓小腦萎縮症 (spinocerebellar ataxias type 17, SCA17)，於染色體 6q27 位置上的 TATA-box binding protein (TBP) 基因之轉譯區，發生 CAG 三核苷酸重複擴增導致，可能的分子致病機制為突變的 TBP 蛋白上具有擴增的多麩醯胺片段，造成蛋白結構錯誤摺疊，導致轉錄調控功能喪失。因此，建立一個可篩選出有助於抑制 TBP 蛋白聚集之藥物的篩檢模式，對於治療第十七型脊髓小腦萎縮症是極重要之事。根據 β-半乳糖苷酶 (β-galactosidase, β-gal) 蛋白結構中的 α 和 ω 二片段可互補形成具活性之酵素的特性。本研究建立表達 TBP/α 融合蛋白之大腸桿菌表達系統，此系統藉由含多麩醯胺擴增的 TBP 蛋白不正常聚集，連帶影響 α 片段構形，而無法形成有活性的 β-半乳糖苷酶，導致無法代謝 X-gal，菌落無法呈現藍色的表現型。經表現型分析、基因型分析、西方轉漬分析及 β-半乳糖苷酶比活性分析，發現以 JM109(DE3) 大腸桿菌作為pGEX-5x-3-fTBP(Q40)-lacZα 質體之表達宿主，表達出不溶性 fTBP(Q40)/α 融合蛋白，菌體不具有 β-半乳糖苷酶活性，呈現出符合微生物藥物篩檢系統所必須具備的非藍色表現型。故選定 JM109(DE3)/pGEX-5x-3-fTBP(Q40)-lacZα 作為微生物藥物篩檢的模式菌株。並以海藻糖處理模式菌株，發現海藻糖可抑制 fTBP(Q40)/α 融合蛋白聚集，可作為此微生物藥物篩檢系統之正控制組。利用盤式培養方式培養此菌株，可以應用於高通量的藥物篩檢，預期藉此系統可以快速篩選出可抑制多麩醯胺擴增之蛋白聚集的藥物，加速第十七型脊髓小腦萎縮症的藥物開發。

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劍尖槍鎖管發光器官內共生發光細菌之鑑定及特性分析研究

前人研究 (Fukasawa & Dunlap, 1986) 指出共生於劍尖槍鎖管 [Uroteuthis (Photololigo) edulis] 發光器官內的發光細菌為Photobacterium leiognathi，然而本研究有新的發現。本研究從臺灣北部海域釣取劍尖槍鎖管，並就其發光器官內的共生細菌進行基因、生理和生化特性的探討。「16S rDNA」和「luxF」兩種基因的序列比對和特徵分析的結果顯示，25株分離自五尾劍尖槍鎖管的發光細菌中，有24株為Photobacterium mandapamensis，另外1株為P. leiognathi。因此，劍尖槍鎖管發光器官內的共生細菌應大多數為P. mandapamensis，僅少數發光器官內有P. mandapamensis和P. leiognathi同時共生 (cosymbiosis) 的情形。本研究分離的24株P. mandapamensis中，有7株的發光基因操縱組 (lux operon) 呈現部分雙套 (merodiploid) 之情形，這些菌株也對生活環境的「溫度」和「鹽度」因子有差異性的表現，而發光強度上更出現有1～60倍的差異。根據這些基因變異及生理、生化特性的差別，本研究推測P. mandapamensis與劍尖槍鎖管建立共生關係的初始，是由多個已具變異特性的菌株由海水中進入發光器官內拓殖，而非僅由單一菌株進入拓殖的情形。此外，本研究也發現除了基因型的差異之外，某些生理和生化特性的差異也可被應用於區分親緣關係接近的P. mandapamensis和P. leiognathi二菌種，包括P. mandapamensis可於含7% NaCl的培養液中生長，但P. leiognathi則否；P. mandapamensis的離胺酸去羧酶 (lysine decarboxylase) 測試呈陰性反應，而P. leiognathi則呈陽性反應；P. mandapamensis具有同化蘋果酸 (malate) 的能力，而P. leiognathi則否。而本研究所建立之發光細菌的簡易、準確生長測量方法，更可成為其他發光細菌研究的重要研究方法參考。

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融入討論的雙重情境學習模式對學生血糖恆定概念學習之影響

本研究旨在探討透過融入討論的雙重情境學習教學模式，對學生血糖恆定概念學習成就及類比思考的影響。研究採準實驗設計，研究對象為台北市某國中七年級學生兩個班級，合計72人。依研究設計分為融入討論的雙重情境學習組 (n=38)、未融入討論的雙重情境學習組 (n=34)。研究者依照雙重境情學習模式設計並進行三個教學事件，協助學生學習血糖恆定。其中融入討論組在雙重情境學習模式步驟中針對較抽象困難概念加入小組的討論，希望藉此讓學生互相交流知識，以更利於概念學習。在雙重情境教學前後施測「學習成就測驗」，從t-test、共變數分析及質性分析結果發現，兩組學生的血糖恆定成就測驗得分均明顯成長，但融入討論組並未優於未融入討論組。而由融入討論組的簡答題結果，可看出在血糖調節機制高層次概念提升的效果。從類比學習單中發現融入討論組的類比思考成果，提出的類比內容相似度高，且偏向以表面特徵相似性進行類比，在未融入討論組的類比思考呈現上較具多樣性。

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探討五種中藥單方處理非小細胞肺癌細胞株之效果

替代性療法近來在許多疾病中因為療效良好而備受關注；其好處 為除了可以有效的治療疾病之外，相較之下，其所帶來的毒性或是副 作用可能低於傳統的治療方式。多年以來，肺癌即是許多國家癌症死 亡的首位，而本研究主要的目的就是想要探討傳統的中草藥配方是否 對於非小細胞肺癌細胞株A549, NCI-H460, NCI-H520 具有抑制其生 長或是存活的效果。我們對細胞分別用了五種不同的中草藥 (HC1-HC5)作處理，再探討這些藥物是透過甚麼樣的機制去減低細胞 生長的情形。我們發現在五種中草藥方內有兩種中草藥HC3以及HC4 對於減低非小細胞肺癌細胞株之存活率有顯著的影響，但相同的劑量 對於正常細胞株MRC5 則沒有太大的影響。另外我們也以流式細胞 儀以及西方墨點轉漬的實驗進一步的探討藥物處理對於細胞週期的 表現影響，我們發現在藥物處理後細胞族群較多停滯在G1 以及G2 的現象，分析調節細胞週期的蛋白質表現結果也符合流式細胞儀看到 的結果。除此之外，我們也發現了A549 側群細胞(具有類癌幹細胞的 特性)的比例在經過藥物處理後有顯著降低的趨勢，我們也分析了間 質-表皮轉換(MET)的相關蛋白以進一步的解釋癌幹細胞可能的變化 機制。另外我們也觀測到癌細胞的轉移能力因為藥物的處理而降低。 由我們的分析結果顯示這些藥物也許有潛力可以應用於肺癌治療。

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探討雄性費洛蒙對成年雌鼠副嗅球內之神經元新生的影響

目前已知在成年哺乳類動物大腦內有神經幹細胞存在。其中一處位於側腦室旁的側腦室下區（subventricular zone）。此處的神經幹細胞分化為神經母細胞後會往嗅球遷移，並分化成中間神經元（interneuron）。此過程稱為神經元新生，並由細胞增生、遷移、分化及細胞存活四個過程所組成。嗅球按其結構可以分成主嗅球與副嗅球兩大部分，分別掌管環境中氣味因子及費洛蒙的訊息傳遞。根據日前研究顯示，雄性小鼠的費洛蒙可以刺激雌鼠副嗅球內的神經元新生，而且也會對懷孕的雌鼠造成布魯斯效應（Bruce effect）¬－懷孕早期的雌鼠暴露於非交配雄鼠的費洛蒙氣味下，所造成的流產情形。雖然目前已知費洛蒙會對神經元新生造成影響，但對於它們是否會影響新細胞的增生、分化或存活則還不清楚。此外，目前也還不清楚是否雌鼠副嗅球內的神經元新生對於費洛蒙記憶形成的重要性。因此，本實驗主要想探討雄性費洛蒙對於雌鼠副嗅球內之神經元新生所造成的影響。根據實驗結果，我們發現雄性費洛蒙可以促進側腦室下區的細胞增生及副嗅球內新細胞的存活，但對於副嗅球內的神經元分化則沒有影響。當有費洛蒙記憶的雌鼠暴露於含有另一雄性費洛蒙環境下時，會降低副嗅球內新細胞的存活率。而此由費洛蒙誘導之神經元新生，可能需經由正腎上腺素調控。由以上結果可知，雄性費洛蒙對雌鼠副嗅球內之神經元新生具有相當重要的角色。

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翠斑草蜥個體遺傳多樣性與體外寄生蟲及形質對稱性的相關性

一個多倍體生物體內其各套染色體彼此間基因的異同，稱之為個體的遺傳多樣性（individual genetic diversity），而個體的遺傳多樣性與其適存度（fitness）之間的關係一直都是遺傳學家感興趣的議題。目前為止在遺傳多樣性的研究中一般會以個體的異型合子歧異度（heterozygosity）做為遺傳多樣性的指標，而所謂異型合子優勢假說（heterozygote advantage hypothesis），即指異型合子的個體相較於同型合子（homozygous）的個體會有較高的適存度。我的研究是利用一整批同時同地採獲的翠斑草蜥（Takydromus viridipunctatus），選用8組微衛星基因座作為異型合子歧異度的遺傳指標，而使用體外寄生蟲的數量與左右兩側的鱗片對稱性做為該個體的適存度指標，來檢測翠斑草蜥遺傳多樣性與適存值特徵之間的關係。如果符合異型合子優勢假說，我預期（1）異型合子歧異度愈高的個體，體外寄生蟲的承載量越少；（2）異型合子歧異度愈高的個體，其左右鱗片越對稱。結果顯示，雄性翠斑草蜥的異型合子歧異度與其體外寄生蟲的承載量呈現顯著的負相關，並且其頭部鱗片越對稱；而雌性則無此現象。目前針對爬行動物異型合子優勢假說的探討仍然極為有限，而本研究可能是目前所知唯一呈現統計顯著的案例。