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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    PPP2R2B基因:啟動子記述及Bβ1/Bβ2 isoform在神經退化的角色
    (2010) 林志信; Chih-Hsin Lin
      PPP2R2B (亦稱為Bβ)廣泛表現在神經元,可調節去磷酸酶PP2A對tau及其他受質的去磷酸化作用。PPP2R2B基因5'端CAG重複擴增,導致體染色體顯性遺傳的神經退化性疾病第十二型小腦萎縮症。相反地,低轉錄活性且稀有短的等位基因,與台灣阿茲海默氏病和原發性顫抖症相關。本論文的第一部分在探討PPP2R2B基因CAG重複序列的角色,和鄰近cis要素及相關蛋白質調控PPP2R2B表現的情形。缺失/特定點突變、電腦模擬、cDNA 過度表現等實驗顯示,CREB1和SP1結合在CAG 重複的上游保守序列,來增加PPP2R2B的表現;然而TFAP4結合在CAG 重複的下游保守序列,來降低PPP2R2B的表現。DNA pull-down和染色質免疫沉澱-聚合酶連鎖反應等實驗進一步證實,CREB1、SP1和TFAP4結合在PPP2R2B起動子上。AT重複置換CAG重複的實驗顯示,CAG重複本身亦為一正調控PPP2R2B表現的cis要素。這些結果顯示CREB1、SP1和TFAP4在調節PPP2R2B表現中扮演角色,因此提供了一個調節PP2A活性的機制。論文的第二部分著重在建立穩定誘導表現Myc標籤的Bβ1/Bβ2細胞株,來探討Bβ調節的PP2A在神經退化中所扮演的角色。被誘導的Bβ1和Bβ2蛋白分別座落在細胞質和粒線體。Bβ細胞株的細胞週期分析顯示Bβ2表現的細胞,subG1和G2/M顯著增加,並伴隨著細胞存活率的顯著降低及cell division cycle (Cdc2)磷酸化的增加。表現Bβ2的細胞其特徵包括:活性氧自由基(ROS)和caspase 3活性增加、粒線體膜電位降低、Bax增加和cytochrome c由粒線體釋出至細胞質等,暗示Bβ2會誘導細胞自戕。抗氧化劑-tocopherol的添加可減弱ROS產生及cytochrome c釋放。總言之,這些結果顯示Bβ2能透過提升粒線體ROS的產生而誘導細胞凋亡。因此抑制Bβ2表現可能被發展為有潛能的治療策略,來治療與PP2A/Bβ2活性增加相關的神經退化性疾病。
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    營養缺乏對神經瘤母細胞轉殖入PPP2R2B的影響
    (2011) 李蕙芳; Hui Fang Li
    蛋白磷酸酶2A (PP2A) 是絲胺酸/酥胺酸去磷酸酶,由催化次單元、骨架次單元與調控次單元所組成的三體蛋白。其中PPP2R2B (Bβ)是特別作用在腦部的調控單元,會經由選擇性剪接後,生成兩種蛋白異構物:Bβ1與Bβ2。前者表現於細胞質中,後者表現於粒線體。過去研究顯示,異常表現PP2A的細胞與神經退化疾病的發生有關。過去本實驗室以SK-N-SH轉殖入Bβ1基因與Bβ2基因建立穩定細胞株。實驗顯示Bβ1與Bβ2是藉由細胞自噬(autophagy)方式維持細胞生存。過去的研究中發現,這類轉殖的穩定細胞會受外來氧化壓力的影響,並在細胞自噬相關基因失活時提高其細胞存活。 過去的研究中顯示,細胞株在飢餓壓力下,會以細胞凋亡維持細胞存活。本計畫以HBSS (Hank’s Balanced Salts Solution) 作為細胞飢餓壓力的來源。研究結果顯示轉殖Bβ1的SK-N-SH細胞在HBSS環境會促使細胞自噬。並試以細胞自噬抑制劑20μM 3-MA處理,發現3-MA可抑制因飢餓壓力所造成的細胞自噬,進而減少後續的細胞凋亡,而使細胞的存活提高,但是抑制lysosome及autophagosome的抑制劑Bafilomycin A1,則沒有減少後續細胞凋亡的效果。此外,添加胺基酸glutamine可以減少的細胞自噬,進而降低細胞凋亡,但非必需胺基酸(NEAA)則無此效果。 此項研究可對於研究神經細胞異常表現PPP2R2B後,在不同環境壓力下,提供更好的研究模式及瞭解細胞自噬生成機制。
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    環境壓力對於神經母細胞過度表現細胞質或粒線體PPP2R2B之影響
    (2012) 宋亭潔; Ting-Chieh Sung
    Protein phosphatase 2A (PP2A)是serine/threonine去磷酸酶的一種,能調節細胞的生長、存活和凋亡。哺乳類動物中,Bβ次單位PPP2R2B是PP2A在腦神經細胞中的專一表現的次表型。當 Bβ基因有所缺失或過度表現時,會造成神經細胞的病變。本研究使用可以持續且穩定過度表現細胞質PPP2R2B蛋白(Bβ1)及粒線體 PPP2R2B蛋白(Bβ2)的神經細胞株,觀察飢餓壓力、低氧環境和Tunicamycin(TM)等藥物引起的內質網壓力,對細胞表型的影響。 研究結果顯示Bβ1細胞在飢餓壓力下,其粒線體膜電位及存活率都會下降,而sub-G1期比例也有顯著提升,代表產生細胞凋亡。但若以細胞自噬抑制劑Bafilomycin A1預處理,則會抑制因飢餓壓力引起的細胞自噬,進而減緩後續的細胞凋亡,但3-methyladenine (3-MA)則無此效果。 另一方面,Bβ2細胞株的存活率會因為受到內質網壓力而有下降,由流式細胞儀及螢光免疫染色發現細胞內的酸性液泡會增多,代表有細胞自噬增加,但Bβ1細胞株則否。但以細胞自噬抑制劑3-MA先對細胞作前處理24小時後,再施以內質網壓力,則各Bβ2細胞株的sub-G1 期比例皆會降低,而酸性液泡胞器的密度也明顯降低。 此外,在低氧壓力對於過度表現PPP2R2B的蛋白,無論是細胞質或粒線體,皆會造成sub-G1 期上升,引發不同程度的細胞凋亡。 本論文針對過度表現PPP2R2B的細胞株分別由飢餓壓力、內質網壓力和低氧環境下,觀察細胞所產生的表型變化,模擬PPP2R2B過度表現之神經退化病變的產生,並瞭解病變機制,祈能對PPP2R2B相關疾病的研究與治療有所助益。
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    PPP2R2B 基因外遺傳研究及細胞模式研究
    (2010) 高慈蓬
    PP2A為真核細胞內一種普遍的絲胺酸/酥胺酸去磷酸酶。PP2A全酶包含結構骨架A次單位、調節B次單位、催化C次單位。PPP2R2B (Bβ)為普遍表現在大腦組織中的調控次單位。PPP2R2B基因透過基因啟動子的差異使用及選擇性裁接,產生Bβ1和Bβ2兩種異構型蛋白。Bβ1啟動子上CAG三核苷酸重複擴增,可能因導致細胞質中Bβ1表現量的上升,而與第十二型脊髓小腦萎縮症相關。相反的,病例-對照組及啟動子的研究顯示,罕見短的CAG三核苷酸重複等位基因和低轉錄活性及阿茲海默氏症相關。為探討Bβ1在阿茲海默氏症上可能扮演的角色,本研究透過bisulfite處理及選殖定序,檢查5個阿茲海默氏症患者及年齡與性別配對的正常人,Bβ1啟動子1 kb片段的序列甲基化情形,結果發現患者的甲基化程度略高於正常人(雖然差異未達顯著性),顯示外遺傳改變可能影響阿茲海默氏症患者Bβ1的表現。此外,本研究並用穩定誘導表現Myc標籤的Bβ1及Bβ2細胞株,來探討Bβ調節的PP2A在神經退化中的角色。結果發現表現Bβ2的細胞活性氧自由基增加。氧化劑TBH及Aβ1-40的添加更顯著提昇Bβ2表現細胞的活性氧自由基。
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    PPP2R2B基因與臺灣失智症患者的遺傳及外遺傳研究
    (2008) 李昇翰; Shen-Hung Lee
    PPP2R2B (Bβ) 為廣泛表現在腦部的去磷酸酶 PP2A 的調控次單位。PPP2R2B 基因啟動子的差異使用及選擇性裁接,產生 Bβ1 及Bβ2 兩種異構型。Bβ1 異構型基因 5' 端的 CAG 重複擴增會使 Bβ1 的表現量增加,而導致第十二型脊髓小腦運動失調症。反之,本實驗室先前研究成果顯示,罕見短的 (CAG)5~7 等位基因和低轉錄活性及阿茲海默氏症相關。此外,外遺傳調控及功能性單一鹼基多型性等因子亦可能影響 Bβ1 的表現量。為檢視 Bβ1 基因 5' 端的外遺傳變化,我們以阿茲海默氏症病患及正常人的血液或淋巴細胞株 DNA 為材料,利用限制酶為基礎的甲基化試驗及 bisulfite 定序,來評估 CpG 島的甲基化程度,並利用染色質沉澱-聚合酶鏈鎖反應試驗,來評估染色質結構。結果發現阿茲海默氏症患者的 DNA 甲基化程度及組蛋白 dimethyl H3-K9 比值的增加,顯示外遺傳的變化可能改變阿茲海默氏症患者的 Bβ1 基因表現。在阿茲海默氏症與正常人族群的病例-對照組分析方面,我們檢測了 6 個 Bβ1 異構型基因啟動子上的單一鹼基多型性,與阿茲海默氏症、血管性失智症感受性的相關性。結果發現各多型性基因型、等位基因或單套型在患者與正常人族群間沒有顯著差異。最後本論文延續先前研究,擴大 Bβ1 異構型基因 CAG 三核苷酸重複的遺傳資料庫。雖然並未發現擴增的等位基因,但於二位舞蹈症患者中,觀察到罕見短的 (CAG)4 與 (CAG)6 等位基因,顯示此低轉錄活性的罕見短的等位基因可能與國人的舞蹈症相關。
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    建立和分析過量表現PPP2R2B基因之基因轉殖小鼠
    (2006) 林立昉; Li Fang Lin
    Spinocerebellar ataxia 12 (SCA12),它是一種自體顯性遺傳疾病,根據文獻報告,SCA12是在已知基因PPP2R2B基因5’端CAG擴增所造成,也是目前在各型SCA疾病中所僅知功能基因5’端未轉錄部分作擴增造成之結果,PPP2R2B基因會轉譯出一個專一表現在腦部的去磷酸PP2A (protein phosphotase 2A)的調控次單位Bβ,而CAG的擴增也被認為可能會影響到去磷酸酶的活性。我們分別建立由神經專一性表現之NSE 啟動子過量表現PPP2R2B之細胞株和基因轉殖小鼠。在Bβ表現之細胞株,我們發現Bβ調控次單位會使細胞在無血清之情況下之增生能力下降,因此,我們認為Bβ可能使細胞對環境壓力有較大的敏感性。而在動物方面目前成功建立的十株基因轉殖小鼠,有八株可在小鼠的腦部觀察到明顯的綠螢光蛋白訊號,也偵測到基因轉殖小鼠line-20腦部有PPP2R2B轉殖基因之蛋白產物表現。在行為表現方面,比較同胎出生的野生型小鼠後我們發現,基因轉殖小鼠line-20在平衡桿測試(beam test)和滾輪(rota-rod)測試,明顯有較差的表現,進一步在病理學方面的分析也發現到line-20基因轉殖小鼠小腦的Purkinje數量較少, 我們初步的結論是過量表現PPP2R2B會造成基因轉殖小鼠之病變,其中之分子機轉則更需進一步的分析。
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    PPP2R2B過度表現對人類神經細胞骨架蛋白的影響
    (2008) 郭至軒; Zhi-Xuan Guo
    蛋白質去磷酸酶2A型(PP2A)是一種由三種單體組成的酵素,它包含了一個催化單元(C)、一個結構單元(A)、以及一個可變的調節性單元(B)。這個可變的B單元(B, B',與B''家族)支配著PP2A的受質特異性及其在細胞內的表現位置,PP2A在細胞許多方面的功能都扮演了重要的角色。ppp2r2b是負責轉錄Bbeta可變單元的基因,Bbeta1與Bbeta2則是選擇性拼接下所轉譯出的兩種產物,它們具有不同的N端。第十二型脊髓小腦萎縮症 (SCA12)與ppp2r2b的5'-UTR產生過度擴增CAG三核苷酸有關。本研究目的是將胞器專一性的細胞質Bbeta1與粒線體Bbeta2等次單元,分別轉殖入神經纖維母細胞SK-N-SH,次將細胞經篩選之後,建立起永久表現的細胞株,維持其細胞生長,並使用西方墨漬法、共軛焦顯微鏡、PP2A酵素活性分析等方式深入探討這些轉殖細胞。轉殖細胞株皆分別過度表現Bbeta1與Bbeta2,其中Bbeta2的PP2A活性有顯著提昇,此外轉殖的Bbeta2共存於粒線體,Bbeta1則存在細胞質。Bbeta1與Bbeta2過度表現會造成tau過度表現與磷酸化,此現象與PI3-kinase/Akt/GSK-3beta pathway的活化相關,Bbeta1與Bbeta2過度表現也會破壞F-actin的完整性,影響adherens junction的分佈,而且 autophagosome生成也會增加。此外Bbeta2過度表現會促進神經分化,並且提昇Bcl-2表現。本研究證實所建立的神經退化性細胞模式,可做神經退化性疾病的發生及治療的參考。
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    退化性神經疾病:PPP2R2B基因族群遺傳分析及分生研究
    (2005) 侯懿婷; Yi-Ting Hou
    脊髓小腦運動失調症(Spinocerebellar ataxias, SCAs)是一群體染色體顯性遺傳的神經退化性疾病,小腦功能異常是所有類型的共同症狀,且其中許多類型亦會引起中樞或是周邊神經系統的損傷。第十二型脊髓小腦運動失調症(SCA12)為PPP2R2B基因5'端CAG三核重複擴增的疾病。PPP2R2B基因會轉譯出一個專一表現在腦部的去磷酸PP2A (protein phosphotase 2A)的調控次單位Bβ,來調節PP2A對vimentin、histone-1、tau等蛋白的去磷酸化活性。本研究的目的在探討PPP2R2B基因CAG三核重複的遺傳及功能性角色。本研究分析了阿茲海默氏症、帕金森式氏症、運動失調症、精神病患者及正常人族群的PPP2R2B基因CAG三核重複的分佈頻率,發現CAG三核酸重複範圍沒有顯著差別,但阿茲海默氏症樣品群的(CAG)7的比例顯著高於其他樣品群。人類腦癌細胞株SK-N-SH、LA-N-1、IMR-32、胚胎腎細胞HEK-293及大鼠ST14A細胞的啟動子功能性分析顯示,CAG三核上游序列而非下游序列的缺失,會減低其啟動子活性。CAG三核重複的擴增(49及64個三核)會使PPP2R2B基因啟動子活性增加二至三倍,但罕見的(CAG)7 對偶基因表現的活性,僅為族群中常見的10、13、16個三核對偶基因的60%。CAG重複的變異可能影響鄰近啟動子element的相對距離,進而影響其啟動子活性。PPP2R2B基因啟動子(CAG)7 對偶基因可能為一功能性的多型性,影響個體對阿茲海默氏症的感受性。
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    PPP2R2B Bβ1/Bβ2 Isoform and Role in Regulation of Cell Proliferation
    (國立臺灣師範大學生命科學學系, 2009-12-??) 林志信; 李桂楨
    PPP2R2B (Bβ)為廣泛表現在腦部的去磷酸酶PP2A 的調控次單位。啟動子的差異使用及選擇性裁接,產生N 端相異的Bβ1 及Bβ2 兩種isoform,分別使PP2A 主要作用在細胞內不同部位。Bβ在神經細胞存活上扮演重要角色。Bβ1/Bβ2 表現的改變會影響PP2A 活性,進而導致神經退化性疾病。為檢視Bβ 調控的PP2A 在神經退化性疾病的角色,我們建立了誘導性Bβ1/Bβ2 細胞株。Myc標記的Bβ1、Bβ2 蛋白的誘導表現後,分別被標的至細胞質或粒線體。Bβ 細胞株的細胞週期分析顯示,在Bβ2 表現的細胞中,subG1 及G2/M 期顯著增加,並伴隨著顯著的細胞增生遲緩及抑制性磷酸化Cdc2 蛋白增加。我們的實驗結果顯示,抑制Bβ2 表現可能被發展為有潛能的治療策略,來治療與PP2A/ Bβ2 活性增加相關的神經退化性疾病。