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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 醫學院
  3. 生理學科所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/76900
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor詹智強(Chih-Chiang Chan)
dc.contributor.authorWen-Yu Lienen
dc.contributor.author連文瑜zh_TW
dc.date.accessioned2021-07-10T21:39:56Z-
dc.date.available2021-07-10T21:39:56Z-
dc.date.copyright2020-09-10
dc.date.issued2020
dc.date.submitted2020-08-11
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/76900-
dc.description.abstract大腦是老化調節中樞,壽命長短會受大腦調控,但卻少有研究討論特定腦區內調控壽命的分子機制及其可能的神經迴路。本論文以果蠅為模式動物,著重於腦神經調控壽命的機制及迴路。果蠅大腦中的蕈狀體相當於哺乳類的海馬迴以及下視丘。實驗結果顯示,在果蠅蕈狀體抑制rab27會促進長壽。因此我們在特定腦區進行核糖核酸干擾作用,建立Rab27在蕈狀體調控壽命的神經迴路,從大腦單側2000顆神經元構成的蕈狀體,縮小範圍剖析至大腦單側約73顆α/β posterier神經元。在蔗糖濃度梯度分層實驗中發現,rab27KO造成磷酸化態核糖體蛋白S6激酶(p-S6K)的分層位置明顯位移,進一步利用免疫沉澱法及蛋白質交互作用鄰位連接法證明Rab27與p-S6K具有直接交互作用。再從免疫螢光染色結果得知,無論在α/β posterier神經元中的軸突或樹突皆觀察到p-S6K蛋白量明顯減少。此外,只在α/β posterier神經元過表達非活化態s6k (s6kDN) 就可有效延長壽命。我們也發現α/β posterier神經活性會隨著年紀明顯增加,只要操弄α/β posterier神經特性就會明顯改變壽命。有趣的是,rab27KO會降低α/β posterier神經活性,以及影響α/β posterier神經元內蛋白新生能力。更重要的是,只在α/β posterier神經元中過表達仿磷酸化S6 (phosphor-mimetic S6) 會顯著回復rab27KO造成的壽命延長及蛋白新生成降低。因此,我們推論Rab27調控α/β posterier神經活性,並經由TOR訊息路徑影響蛋白新生成,進而維持正常的壽命。另外,我們利用GS果蠅株過表達目標基因進行壽命調節基因篩選,從果蠅資料庫挑選會對應到人類同源基因的GS影響基因,再藉由rab27KO延長壽命的優勢,在rab27KO背景中,只在rab27表現細胞中過表達GS影響基因,篩選出顯著影響壽命的基因。實驗發現,在這些顯著影響壽命的基因中,我們篩選到數個已知調控壽命的基因,以及不同GS株卻影響到相同基因,說明我們建立的果蠅壽命基因篩選系統,可公平篩選出每一個影響壽命的人類同源基因。本研究對於探討未知的人類同源基因在中樞神經系統中如何相互作用維持個體壽命,可起開端之效。zh_TW
dc.description.abstractThe nervous system is a major tissue to modulate lifespan. The mammalian CNS has been proposed to regulate aging; however, the minimal sufficient region and the underlying mechanism for neuronal regulation of longevity remain unknow. In the first part, we show that the Drosophila lifespan is modulated by rab27, encoding an evolutionarily conserved Rab GTPase mediating the exocytic machinery, and functioning in a small subset of neurons of the mushroom bodies (MB), a brain structure which shares analogous functions with mammalian hippocampus and hypothalamus. Depleting rab27 in the α/β posterior neurons of the MB is sufficient to extend lifespan, enhance systemic stress responses, and alter energy homeostasis, all without trade-offs in major life functions. Within the α/β posterior neurons, rab27KO causes the mislocalization of phosphorylated S6K thus attenuates TOR signaling, resulting in decreased protein synthesis and reduced neuronal activity. Consistently, expression of dominant-negative S6K in the α/β posterior neurons increases lifespan. Furthermore, expression of phospho-mimetic S6 in α/β posterior neurons of rab27KO rescued local protein synthesis and reversed lifespan extension. These findings demonstrate that inhibiting TOR-mediated protein synthesis in α/β posterior neurons is sufficient to promote longevity. In the second part, we performed a modifier screen to identify novel Drosophila longevity genes with human homologs. This screen identified potential enhancers and suppressors whose overexpression in rab27KO background regulate longevity. Some genes have been previously reported to regulate lifespan, validating that this screening approach for candidate genes is feasible. Our findings demonstrate that genes regulating functions of rab27-expressing neurons may be critical in human longevity traits, and await further investigation.en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-07-10T21:39:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1
U0001-1108202010481100.pdf: 10039996 bytes, checksum: 192d78a8724299f8895a1033b6160707 (MD5)
Previous issue date: 2020
en
dc.description.tableofcontents論文貢獻 i
謝辭 ii
中文摘要 iii
英文摘要 v
第一章 研究背景 1
1.1 老化與影響因子 2
1.2 中樞神經系統與老化 3
1.3 果蠅蕈狀體 4
1.4 膜內運輸與老化 5
1.5 Rab膜運輸蛋白 6
1.6 Rab27蛋白 9
1.7 壽命調控訊息傳遞路徑 14
1.8 本論文研究主題 15
第二章 研究材料與方法 16
2.1 果蠅飼養條件與方法 17
2.2 果蠅株 17
2.3 實驗用抗體 18
2.4 製備rab27剔除果蠅株 19
2.5 檢測壽命方法 20
2.6 即時聚合酶鏈式反應 (Real-Time Quantitative PCR) 21
2.7 測量果蠅幼蟲長度與成蛹時間 22
2.8 測量果蠅體內三酸甘油脂與葡萄糖含量 22
2.9 測量果蠅進食量 23
2.10 測量果蠅體重 23
2.11 測量母果蠅下蛋量 23
2.12 測量果蠅記憶學習能力 23
2.13 組織免疫螢光染色 (Immunohistochemistry) 24
2.14 光遺傳學操作 (Optogenetic manipulation) 25
2.15 西方點墨法 (Western blot) 25
2.16 共同免疫沉澱法 (Co-immunoprecipitation) 27
2.17 蔗糖梯度密度分層法 (Sucrose density gradient fractions) 27
2.18 蛋白質交互作用鄰位連接法 (Proximity Ligation Assay) 28
2.19 測量Kaede螢光蛋白 29
2.20 基因篩選模式 29
2.21 影像處理 29
2.22 統計方法 30
第三章 研究結果 31
3.1 失去rab27會延長果蠅壽命及增加壓力抵抗能力 32
3.2 探討失去rab27影響果蠅脂肪體中FOXO入核 34
3.3 在成蟲時期減少神經細胞中rab27表現可延長壽命 35
3.4 rab27在蕈狀體α/β posterior神經群中參與壽命調節 37
3.5 改變α/β posterior神經元的特性會影響壽命 39
3.6 Rab27調節壽命與胞吐作用較無關聯 41
3.7 剔除rab27使α/β posterior神經活性降低 42
3.8 Rab27藉由TOR訊息路徑調控個體壽命 43
3.9 探討Rab27與其他調控壽命延長訊息路徑 45
3.10 Rab27與S6K相互作用並影響其在細胞體內的位置 46
3.11 Rab27在α/β posterior神經中調控TOR訊息路徑 47
3.12 Rab27在α/β posterior神經中與p-S6K調控蛋白新生成 47
3.13 α/β posterior神經中促進S6磷酸化回復失去rab27所造成的壽命延長 48
3.14 探討其他Rab蛋白參與Rab27調控壽命延長訊息路徑 49
3.15 基因篩選 (genetic screen) 尋找調控壽命的新基因 50
第四章 研究討論 54
4.1 生物能量資源分配與取捨 (Trade-off) 55
4.2 Rab27以細胞非自主的方式調節壽命 56
4.3 Rab27調節壽命與胞吐作用的關聯性 57
4.4 胰島素訊息路徑與TOR訊息路徑是平行關係 57
4.5 探討TOR訊息路徑與下游因子S6K及4E-BP的關聯 60
4.6 一小群神經元參與個體壽命的調節 61
第五章 實驗圖表 64
圖1 失去rab27會延長果蠅壽命 65
圖2 CRISPR/cas9剔除rab27果蠅株及不同飼養環境皆造成長壽 66
圖3 rab27KO在不同基因背景皆增加壓力抵抗能力 67
圖4 rab27KO延長壽命與沃爾巴克氏菌無關 68
圖5 老年的rab27KO的學習記憶受到影響 69
圖6 rab27KO增加脂肪體內的FOXO入核比例 70
圖7 rab27KO的長壽與SOD基因較無關聯 71
圖8 rab27KO不影響果蠅幼蟲發育 72
圖9 成蟲時期減少神經細胞中rab27表現可延長壽命 74
圖10 在卵巢抑制rab27不影響壓力抵抗能力 76
圖11 rab27在果蠅蕈狀體調節壽命 77
圖12 rab27在果蠅蕈狀體α/β posterior神經群中調節壽命 79
圖13 rab27Crispr-KO果蠅蕈狀體α/β posterior神經中表達rab27回復壽命延長 80
圖14 改變α/β posterior神經元特性會影響壽命 82
圖15 Rab27調節壽命與胞吐作用較無關聯 83
圖16 α/β posterior神經活性隨著年紀增加 84
圖17 剔除rab27使α/β posterior神經活性降低 85
圖18 正常或剔除rab27下隨著年紀影響α/β posterior神經活性 86
圖19 抑制α/β posterior神經活性可能促進長壽 87
圖20 Rab27藉由TOR訊息路徑調控個體壽命 88
圖21 探討Rab27與其他調控壽命延長訊息路徑 89
圖22 Rab27與S6K相互作用並影響其在細胞體內的位置 90
圖23 Rab27在α/β posterior神經中調控TOR訊息路徑 92
圖24 剔除rab27降低α/β posterior神經中新生成蛋白 94
圖25 在α/β posterior神經中促進S6磷酸化回復失去rab27造成的壽命延長 95
圖26 rab27KO果蠅餵食Haloperidol可回復壽命 96
圖27 探討其他Rab蛋白參與Rab27調控壽命延長訊息路徑 97
圖28 調控壽命基因篩選初步結果 99
表1 實驗果蠅壽命統整表 100
表2 Gal4s表達位置 107
參考文獻 108
附錄 125
dc.language.isozh-TW
dc.subject果蠅zh_TW
dc.subject雷帕黴素靶蛋白zh_TW
dc.subject核糖體蛋白S6激酶zh_TW
dc.subject膜運輸蛋白Rab27zh_TW
dc.subject蕈狀體zh_TW
dc.subject壽命延長zh_TW
dc.subjectDrosophilaen
dc.subjectlifespan extensionen
dc.subjectmushroom bodyen
dc.subjectRab27en
dc.subjectS6Ken
dc.subjectTORen
dc.titleRab27於神經系統調控壽命之機制zh_TW
dc.titleMechanism of lifespan regulation by Rab27 in Drosophila nervous system
en
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear108-2
dc.description.degree博士
dc.contributor.oralexamcommittee汪宏達(Horng-Dar Wang),吳嘉霖(Chia-Lin Wu),王培育(Pei-Yu Wang),許翱麟(Ao-Lin Hsu)
dc.subject.keyword果蠅,壽命延長,蕈狀體,膜運輸蛋白Rab27,核糖體蛋白S6激酶,雷帕黴素靶蛋白,zh_TW
dc.subject.keywordDrosophila,lifespan extension,mushroom body,Rab27,S6K,TOR,en
dc.relation.page140
dc.identifier.doi10.6342/NTU202002905
dc.rights.note未授權
dc.date.accepted2020-08-13
dc.contributor.author-college醫學院zh_TW
dc.contributor.author-dept生理學研究所zh_TW
顯示於系所單位:生理學科所

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