理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    植化素Withaferin A 引發人類非小細胞肺癌鐵依賴型細胞死亡的影響
    (2021) 呂奕靜; LU, I-Ching
    鐵依賴型細胞死亡(ferroptosis)為一調節性細胞死亡形式,其導致細胞死亡的特徵為:還原活化態的鐵存在、氧化含多元不飽和脂肪酸的磷脂質及脂質過氧化修復能力缺失,被認為是對抗惡性癌細胞的新契機。肺癌是全球死亡人數最多的癌症,預後不佳且死亡率逐年攀升,除傳統治療方法外,臨床也針對EGFR突變型(mutant-type)的肺癌細胞株開發標靶藥物,但對於無突變的EGFR 原生型(wild-type)肺癌細胞效果不彰。本研究透過基因分析發現肺癌細胞內鐵相關基因FTH1表現量不僅與ferroptosis發生有關,亦影響南非醉茄之萃取物Withaferin A (WA)作用於肺癌細胞的活性。經實驗證實儲鐵蛋白FTH1表現量較低的惡性非小細胞肺癌細胞CL1-5對ferroptosis inducer敏感性高,且WA經由提高進鐵蛋白TFRC提升細胞內鐵含量、增加生成細胞lipid ROS與抑制細胞抗氧化能力,並透過自噬體包裹、降解FTH1,促使容易產生氧化還原作用的游離鐵釋出,誘導CL1-5細胞發生ferroptosis。另外,WA合併肺癌臨床化療藥物能藉由引發ferroptosis造成肺癌細胞死亡。綜合以上結果,透過天然植化素WA誘導癌細胞產生ferroptosis,以改善EGFR 原生型之非小細胞肺癌細胞對化療藥物及標靶藥物療效有限的治療困境,是對抗惡性肺癌腫瘤相當具有潛力的新策略。
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    以微矩陣比較基因體雜合方法偵測東西方肺癌族群新穎致癌基因及其機制與臨床探討
    (2011) 羅芳宜; Fang-Yi Lo
      近年研究顯示,腫瘤形成基因於不同種族之間存在差異性。因 此,鑑別各人種族群之間共通及具有差異性的基因群,是近代研究腫 瘤形成的重要課題。為了進一步探究腫瘤形成相關基因的分子機制, 本研究收集了40 對來自於臺灣肺癌病人(由台北榮民總醫院胸腔外 科許瀚水醫師提供檢體)及20 對來自於美國白種肺癌病人(由美國 芝加哥大學附設醫院胸腔外科Dr. Ravi Salgia 醫師提供檢體)的東西 方肺癌族群樣本,對其進行微矩陣比較基因體(array-comparative genomic hybridization, array-CGH) 的圖譜分析。本研究發現,於東方肺癌群族偵測到17 段染色體變異區域,涵蓋註解基因數為476;並 於西方肺癌群族偵測到20 段染色體變異區域,涵蓋註解基因數為 459。進一步針對本研究室先前分析出的expression array 基因群進行 一致性比對,篩選214 個於肺癌族群中基因結構變異及基因表現異常 趨勢相符的候選基因,並對候選基因進行基因已知功能的資料庫搜 尋。這些候選基因包含位於6p22.1 參與MAPK 路徑的 ZNF322A 基 因、位於10q24.1 參與Rho GTPase 路徑的 ARHGAP19 基因、位於 10q24.1 參與Wnt 路徑的 FRAT2 基因、以及位於17p13.3 功能與 motility 相關的 PAFAH1B1 基因。本研究對這四個極具潛力的候選 基因進行即時定量聚合酶鏈鎖反應系統、chromogenic in situ hybridization 方法、反轉錄即時定量聚合酶鏈鎖反應系統及免疫組織 染色法,確認候選候選基因於臨床肺癌樣本及肺癌細胞株中的基因變 異情形,其結果顯示候選候選基因其基因體套數及其 mRNA 表現量 皆於肺癌組織中高於正常組織 (P<0.001~P=0.06)。本研究亦利用反轉 錄即時定量聚合酶鏈鎖反應 及免疫組織染色法對101 位肺癌族群檢 測 PAFAH1B1 基因其 mRNA 及蛋白層次變異情形。結果發現 PAFAH1B1 基因於 mRNA 層次的過度表現頻率為62.4%,於蛋白層 次過度表現頻率為57.4%,且此基因於mRNA 及蛋白層次的過度表 現皆與病人的晚期具有相關性 (mRNA:P=0.008,蛋白層:P=0.008), 且屬於腺細胞癌 (P=0.020) 及男性 (P=0.049) 的病人於蛋白層次的 過度表現具有較差的預後,顯示PAFAH1B1 基因於肺癌族群具有過 度表達的變異;細胞及動物實驗顯示過度表達PAFAH1B1 且可能促 進肺癌細胞轉移能力。本研究提供了第一個東西方肺癌族群新穎基因 變異資料庫,並以細胞、動物及臨床模式探討基因變異之致癌機轉。
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    新穎抗癌藥物及其所影響之蛋白對於肺癌治療的效性探討
    (2010) 譚一泓; Yi-Hung Carol Tan
    目的:標靶治療是目前癌症治療的主要研究方向,大多數的肺癌患者對於化學療法或是放射線療法都有強烈的抗藥性,因此新穎的抗癌藥物以及新的治療目標是極需被開發研究的。在此論文的第一部分研究目的,希望鑑定新穎的小分子化合物OSU03013,是否可以作為肺癌新穎抗癌藥物。OSU03013其為舊藥celecoxib的衍生物,屬於cyclooxygenase (COX)-2的抑制劑。在攝護腺癌研究中證實OSU03013透過3-phosphoinositide- dependent kinase 1 (PDK1)/AKT訊息傳導路徑抑制腫瘤生長,此外,OSU03013也使用在乳癌的研究中。因此我們也希望能定義出OSU03013在肺癌中的目標蛋白及影響的生物路徑。此論文的第二部份是探討新穎c-Met抑制劑PHA665752對肺癌細胞生長及轉移的抑制作用,以及新穎治療目標基因Cbl (Casitas B-lineage lymphoma) 於肺癌病人檢體之突變情形。c-Cbl基因位於人類染色體11q23.3的位置,c-CBL蛋白目前已被發現主要參與細胞訊息傳導路徑以及酪氨酸激酶接受器(如:c-Met 和EGFR)的負調控角色,因此,本研究推測c-Cbl的突變或許是造成c-Met和EGFR過度表現的原因之一。此外,結合PHA665752 以及c-CBL 正常蛋白的共同抑制作用,或許可以成為新穎治療肺癌的策略。 實驗方法與設計:論文的第一部分,為了探討OSU03013是否有潛力成為新穎抗癌藥物,本研究利用肺癌細胞之毒殺作用及其細胞學鑑定,之後利用二維電泳、質譜分析等蛋白質體學的方法找尋藥物的目標及影響蛋白,並分析這些蛋白/訊息傳遞路徑與細胞生長調控的關係。論文的第二部分,利用肺癌細胞之毒殺作用來探討PHA665752的抑制效果,並利用基因定序及生物功能探討的方式,在總共一百一十九位來自台灣、美國白種人及黑人肺癌病人腫瘤組織中來研究c-Cbl的基因突變圖譜,並且在非小細胞肺癌細胞株中探討c-Cbl基因突變後影響細胞生長的狀況。此外,並利用c-Met抑制劑PHA665752及c-Cbl 正常基因轉染的共同處理,在細胞及動物實驗中來探討c-Met抑制劑及c-CBL正常蛋白對癌細胞的抑制作用。 結果:第一部分的結果指出OSU03013具有高度細胞選擇性毒殺作用,而此藥物對於肺正常細胞在相同濃度處理並沒有毒殺作用,所以是一個治療肺癌的潛力藥物。在細胞學鑑定實驗中,我們發現OSU03013的細胞致死劑量在48小時的測試下約1~4 M,會造成細胞週期停滯在間期一 (Gap 1, G1 arrest) 的現象;OSU03013在肺癌細胞同時也藉由內質網壓力效應去引發細胞凋亡 (apoptosis)。在蛋白質體學的實驗中,我們發現此藥物在肺癌細胞之目標蛋白包含了cAMP-dependent protein kinase inhibitor β form (PKIB, 激酶抑制蛋白)、數種G proteins (G蛋白)、數種Heat-shock proteins (熱休克蛋白)、Antioxidant enzymes (抗氧化蛋白)、及其他調控細胞生長、代謝的蛋白;這些蛋白有許多皆以Western blot (西方點墨法) 確認。經由分子模擬的實驗顯示,OSU03013會與ATP競爭然後與cAMP-dependent protein kinase (PKA)結合,並且抑制PKA的訊息傳導路徑,推測因此抑制了肺癌細胞生長。第二部份的結果指出,c-Met普遍過度表現於肺癌細胞中,而PHA665752對癌細胞具有毒殺作用、降低c-Met的表現,並且會引發早期細胞凋亡的機制。此外,一百一十九個肺癌病人樣本中,有一個已知的基因多型性變異 (signal nucleotide polymorphism) L620F以及八個位於表現子(exon)的c-Cbl突變型,其突變機率為百分之六點七。在三十七個台灣肺癌病人樣本中,有百分之二十一點六失去異合性(Loss of heterozygosity)的情形發生;另一方面,S80N/H94Y、Q249E、W802stop突變分別專一性發現於美國白種人、台灣人、非裔美人。在A549細胞中轉染此三種突變型c-CBL蛋白會導致細胞生長率以及移動能力的增加。最後,無論是在細胞或動物實驗中,將PHA665752以及c-CBL正常蛋白單獨或共同處理癌細胞有抑制其生長的現象,亦有抑制細胞轉移的情形。 結論:本研究為首篇在肺癌細胞中偵測OSU03013藥物之抑制癌細胞潛力,並由分子及蛋白質體學的研究結果發現此藥物會經由抑制PKA訊息傳導路徑來抑制癌細胞生長,並導致GSK3的去磷酸化,進而使在肺癌細胞中通常過度表現的-catenin被分解。此外,基於c-CBL可以負調控酪氨酸激酶接受器的表現,加上PHA665752亦可抑制c-Met在細胞中的過度表現,或許將來可以發展c-Cbl之基因治療,並且配合PHA665752的共同治療成為新的癌症治療方向。