研究成果

化學所研究方向涵蓋化學生物學、材料化學、催化與合成三個主要領域。因應國內外節能減碳及生技製藥技術研發的需求,並依循中研院國際研究生永續化學科技學程設立宗旨,在研究定位上不僅強調基礎科學突破創新,也著重在永續能源及永續生命之應用性。在104年累計發表學術論文130篇。另外,簽署技術轉移案件三件。申請專利四件。獲得專利五件。近年來,化學所學術研究表現在高『影響係數』論文數逐年提升,104年發表論文的平均影響係數達4.79。重要研究成果包括發表於Angewandte Chemie論文四篇,Nature Communications一 篇、ACS Nano兩篇,PNAS一篇。另外,也於重要期刊發表回顧論文兩篇。除了學術成果外,化學所也積極參與國家型重要研究計劃,台灣蛋白質計劃已於105年起步,目前已規劃於106年執行減碳及替代能源計劃。化學所同仁也積極協助國家生技園區化學及生化研究能量建置。104年重要發現與突破包括: (1) 王朝諺博士發現同碳雙碳烯(CDC)具有奇特的低價碳及高電子密度可進行高效率化學催化反應。Angewandte Chemie期刊報導中,新穎的碳夾CDC的銠錯合物可捕捉二氧化碳,並將二氧化碳還原後用於氨基甲基化。 (2) 李賢明博士於ACS Nano期刊上報導以近紅外光照射活化連結於上轉換奈米粒子上的蛋白激脢A。此技術提供一個以非破壞性的低能量光源,調控蛋白質活性的創新技術。(3) 陳玉如博士於Nature Communications期刊上報導以質譜儀技術發展出新穎的磷酸化蛋白質體定量技術,首次成功解析出人類細胞在單一狀態下的全體蛋白質磷酸化計量,並且利用此方法找出和肺癌抗藥性相關的磷酸化蛋白質變異,有助瞭解肺癌抗藥性的機制。

化學研究所104年重點研究成果,茲摘要如下:

一、建立以紅外線活化的激酶-上轉換粒子平台以控制細胞內信號傳遞

利用光來活化生物分子可以達到遙控的目的並且有極高的時間及空間上的控制性,是化學生物學家重要的實驗工具。但是傳統的方法需要以紫外線光照,因此在進行細胞實驗時,無法屏除來自紫外線對生物的傷害及干擾。此研究利用鑭系元素的上轉換粒子與負責磷酸化的激酶交聯之後,成功了達成用紅外線來控制光化學生物學(信號傳遞分子磷酸化)反應,並進一步控制生物上現象,如細胞行為。此一平台也提供了另一波長來控制光化學反應,使得在活體內可進行兩種光化學反應。這些都是以前傳統紫外光光解化學所做不到的。

主要相關著作:
Hua-De Gao, Pounraj Thanasekaran, Chao-Wei Chiang, Jia-Lin Hong, Yen-Chun Liu, Yu-Hsu Chang, and Hsien-Ming Lee*, 2015, “Construction of a Near-Infrared-Activatable Enzyme Platform to Remotely Trigger Intracellular Signal Transduction Using an Upconversion Nanoparticle”, ACS Nano, 9(7), 7041–7051.

二、發展特定序列標靶導向的蛋白質體定量法以大規模剖析人體蛋白質絕對磷酸化計量訊息

蛋白質磷酸計量為整個蛋白中特定磷酸化位點的磷酸化比例且是藉由磷酸激脢以及磷酸脢所調控。然而現今磷酸化蛋白質體定量策略仍然無法有效提供磷酸化計量的訊息。因此如何有效的解析出整個細胞磷酸化計量的訊息網路仍然是一大挑戰。為了能夠成功大規模分析單一細胞基本狀態下的磷酸化計量程度,我們發展一以特定序列標靶導向的蛋白質體定量平台。藉由結合蛋白激酶與其受質的反應專一性以及同位素標定定量法,從僅僅50微克的胜肽中,可針對上千條磷酸化胜肽進行磷酸化計量掃描,其中更包含上百條扮演訊息傳遞上游驅動角色的低含量酪胺酸的磷酸化胜肽。此平台為第一個可用來大規模且系統性的針對單一基本狀態人類蛋白質體進行磷酸化程度定量分析。此外,我們更利用此特定序列標靶導向的蛋白質體定量平台分析對於酪氨酸激酶抑制劑具有抗藥的肺癌細胞,藉由建立蛋白激酶與其受質的訊息網路來探討磷酸化計量改變是否與肺癌抗藥機制有關。在具有抗藥的肺癌細胞中,發現磷酸化計量改變的程度遠高於蛋白質以及基因表現量並從中找出未來具有潛力的肺癌抗藥標靶蛋白。期望未來可將此新穎分析策略在有效地應用在不同疾病的磷酸化蛋白質體網路的分析。

主要相關著作:
Chia-Feng Tsai, Yi-Ting Wang, Hsin-Yung Yen, Chih-Chiang Tsou, Wei-Chi Ku, Pei-Yi Lin, Hsuan-Yu Chen, Alexey Nesvizhskii, Yasushi Ishihama*, Yu-Ju Chen*, 2015, “Large-Scale Determination of Absolute Phosphorylation Stoichiometries in Human Cells by Motif-Targeting Quantitative Proteomics”, Nat. Commun., 6, Article number: 6622 doi:10.1038/ncomms7622.

三、開發骨架多樣性的同碳雙碳烯及直接觀察硼氫活化促使胺類與二氧化碳進行甲基化反應

我們發展了一種簡單且更進化的合成策略,可以合成具有非對稱取代基且骨架多樣性的同碳雙碳烯。藉由反應性的研究,發現他們可以作為有機催化劑,催化胺類化合物與二氧化碳進行甲基化反應,達成消耗二氧化碳,進行碳循環的功效。

主要相關著作:
Wen-Ching Chen, Jiun-Shian Shen, Titel Jurca, Chun-Jung Peng, Yen-Hsu Lin, Yi-Ping Wang, Wei-Chih Shih, Glenn P. A. Yap, Tiow-Gan Ong*, 2015, “Expanding the Ligand Framework Diversity of Carbodicarbenes and Direct Detection of Boron Activation in the Methylation of Amines with CO2”, Angew. Chem.-Int. Edit., 54, 15207-15212.