香港城大研究RNA學者獲頒裘槎前瞻科研大獎
蛋白質和DNA(去氧核醣核酸)想必大家都耳熟能詳,那麼RNA(核糖核酸)呢? RNA其實在很多方面都發揮著舉足輕重的作用,沒有RNA就解讀不了遺傳密碼,也生產不了蛋白質。來自香港城市大學(城大)化學系的助理教授郭駿傑博士,潛心研究負責轉移DNA遺傳訊息的RNA,希望假以時日可以揭示其中一款RNA的結構及於細胞中的互動,進一步瞭解它在生物學中的功能和運作機制,以助研發化學及分子工具作診斷及治療疾病之用。
他早前憑RNA的研究,獲頒裘槎基金會的「前瞻科研大獎」。這是城大首次有研究人員獲此獎項,兼且好事成雙,另一位來自生物醫學系的年輕學者亦憑研究免疫細胞,同獲該獎項。
郭博士對這次獲獎感到榮幸與高興,形容「前瞻科研大獎」顧名思義,是評估得獎人以及所屬研究項目的遠見和前景。他感謝裘槎基金會對自己就RNA基礎研究方向的信任、並肯定這個項目的前瞻性和認同他有能力開展並完成相關研究。他亦感謝城大、化學系與其他資助機構,在資源及經費上對他所屬研究的持續和慷慨支持。
發掘RNA鮮為人知的作用
一般的認知,是RNA只會被動地轉錄DNA的遺傳訊息後負責傳遞製造蛋白質的訊息,然後蛋白質負責維持生理機能。在美國攻讀博士學位時接觸RNA後深感興趣的郭博士指出,其實近年科學家已經發現RNA不只有傳遞遺傳訊息的功用,更在基因表現等過程中發揮調控的作用,指令製造的蛋白質可以抑制或者促進腫瘤生長,甚至有部分病毒的複製和神經系統疾病亦與RNA有關。
郭博士希望揭開RNA的神秘面紗,了解它的結構、產生不同作用背後的生物化學機制、它在細胞分裂以及病理學中扮演的角色等等。研究的第一步是先要把RNA結構找出來,但早年相關傳統化學生物學的技術還未完備,科學家未能取得足夠有關RNA結構的基因資料。所謂「工欲善其事,必先利其器」,於是郭博士與其他研究人員嘗試另闢蹊徑,將傳統化學生物學技術結合新的高通量測序技術,成功研發出新技術以識別及鑒定出RNA結構。
參與研發多種RNA高通量測序新技術
多年來郭博士參與研發出不同的RNA高通量測序技術,包括structure-seq、rG4-seq以及COMRADES。2014年,當他還是美國賓夕法尼亞州立大學一個博士生時,與博士導師以及研究團隊便聯合撰寫了一篇介紹「structure-seq」的文章,獲科學界權威期刊《自然》刊登,更是封面推介文章之一。「structure-seq」用於RNA的全轉錄組結構測序,是首種以高通量方式探測活體RNA結構的技術,可用於任何生物。
2014年可說是郭博士的「豐收年」,於學術界嶄露頭角的他不單亮相於《自然》,同時榮獲美國賓夕法尼亞州立大學發明家鼓勵獎及校友會論文獎。同年他亦獲裘槎基金會的垂青,獲獎學金赴劍橋大學擔任裘槎博士後研究員,開展有關RNA的研究工作。
在劍橋大學做博士後研究時,郭博士受導師的啟發,繼而鑽研RNA G-四鏈體(G-quadruplex),一種由RNA折疊形成的特別二級結構元件,可以作為一個與蛋白質結合的平台,然後執行不同的功能。他說:「當時我參與研發 rG4-seq高通量測序技術,並加以運用,從而找到G-quadruplex於RNA序列中的位置,但其運作機制仍屬未知。」他有關這部分的研究於2016年獲刊登於期刊《自然-方法》。同年10月,他自英國回流香港加入城大化學系,並成立實驗室繼續研究,探索G-quadruplex與什麼蛋白質有關、會否與基因調控、細胞生長及某些癌症基因有關聯,而能夠成為生物標記和藥物治療靶點等。
癌症與長鏈非編碼RNA相關
「既然掌握了相關的RNA高通量測序技術,我何不將這些技術試用在不同的RNA上?看看能否找到有趣的發現。」於是,郭博士同時把目光投向他同樣感興趣的長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs, lncRNA)。
編碼RNA(coding RNA)負責傳遞遺傳訊息和產生蛋白質,數量其實只佔所有RNA的5%左右,另外大約90% 或以上是沒有產生蛋白質能力的非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)。而非編碼RNA的其中一種是長鏈非編碼RNA。郭博士說:「我針對長鏈非編碼RNA的研究,就是這次『前瞻科研大獎』研究項目的重點。我們身體有很多非編碼RNA,它們不產生蛋白質,那有何用途呢?」
郭博士指出,學術界暫時知道人體有超過15,000條長鏈非編碼RNA,而知道作用的只有大約200條。另外,近年的研究發現,部分癌症原來與某些長鏈非編碼RNA有關。他的團隊會由此入手,通過運用包括化學生物學、分子生物學、結構生物學及基因組學的跨學科研究方法,以高通量方式或研發新技術以獲取更多數據,嘗試了解長鏈非編碼RNA的結構以及它與蛋白質等其他物質的互動。他說:「了解運作機制後,下一步就可以嘗試用化學和分子工具加以調控。」
RNA重要性一向被忽視
於香港土生土長的郭博士於中學時受化學老師感染而愛上了化學,因而大學毫不猶豫地選擇主修這一科。他的同學們畢業後大多從事教育或其他行業,像他這樣踏上科研之路的,幾近絕無僅有。如今在城大,除了繼續醉心研究,他亦希望啟發學生們對DNA和RNA相關的化學和生物反應的興趣。他所屬課題組學生成員們的實驗室袍上,都印有課題組的特有標誌:他太太設計的一組RNA圖樣。
郭博士說,目前在科研界裡,對比起DNA和蛋白質,RNA的重要性一向被忽視,「我讀本科的時候也對RNA認識不多,所以我特別在城大開辦了DNA及RNA相關課程,希望更多學生認識RNA並會有興趣進行相關研究。」為了推廣RNA教育,郭博士更與其他志同道合的研究人員於2017年創立了香港RNA學會 (http://www.kitkwok.com/hk-rna-club.html ),定期組織相關研討會和座談會,邀請外國學者來港交流分享。
由學生時代至現時為人師表,郭博士屢受表揚,包括於2015年獲選為第 65 屆林島諾貝爾獎得主會議優秀青年學者,以及2017年成為英國皇家學會簡東浦國際訪問研究員。在2019年,他獲城大頒發校長嘉許獎。
而這次郭博士獲頒發的「裘槎前瞻科研大獎」,是旨在選出少數才華橫溢及具國際競爭力的科學家,讓這批「明日之星」在研究事業初啟時獲得支持,以發展個人專長,參與創新研究工作,並為香港的教育與研究作出貢獻。得獎者可獲最高500萬港元的獎金,作為五年間的研究經費。另一位獲得此獎項的城大代表是生物醫學系助理教授周筠庭博士。
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