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卓越學科領域計劃 - 第六輪

學科:生物學及醫學
項目名稱:細胞器生物合成及功能研究中心
項目統籌人:姜里文教授(中大)

摘要
所有真核生物包括植物和動物的存在取決於細胞內細胞器的功能。細胞器是生物膜包裹的功能上獨立的亞細胞機構,它為細胞內各類關鍵且複雜的生化反應提供了特定場所。細胞器在細胞間的信息傳遞、生物個體內穩態的維繫、個體的生長發育以及對環境的應答中都起到了至關重要的功能。 然而,關於細胞器的生物起源以及細胞器間蛋白轉運的機理至今尚未研究透徹。在過去的十年中,我們在香港開展了多個研究項目,並取得了一系列國際認可的研究成果。這些成果可以幫助我們更深入透徹的了解植物、酵母以及動物細胞中蛋白轉運機理、細胞器動力學及其功能。比如,我們首先確定植物細胞中多囊泡體就是液泡前體,確定反式高爾基體網絡結構就是早期內涵體。此外,我們還發現了一類新的細胞器,命名為EXPO,並發掘了其介導的非傳統蛋白分泌途徑。另外,通過研究高爾基體定位的酵母糖基化修飾蛋白和擬南芥內膜蛋白,我們發現了多種全新的高爾基體蛋白滯留機制。此外,我們闡明了PICK1蛋白在小鼠大腦中AMPA受體蛋白轉運和突觸可塑性中的重要功能。這些在多個學科的研究實踐以及帶領不同研究團隊的領導經驗為我們組成一個研究團體以建立細胞器生物合成和功能研究中心提供了機遇和保障。而這個研究中心反過來可以讓香港各個出色的研究團隊緊密結合、精誠合作,結合細胞、分子、生化、生理、遺傳、基因組和蛋白組學等各類研究手段,從不同的角度在不同的模式生物中研究各類細胞器的生物起源和功能。本課題重點研究三類細胞器的生物起源和功能,包括高爾基體、反式高爾基體網絡結構EXPO。我們的研究不僅可以解答重要生命過程中的基礎問題,比如植物細胞壁的生物合成和脅迫應答信號通路中細胞器的生物起源及其所起的功能;而且對於香港和中國生物技術產業的發展有潛在的應用價值,包括提高植物作為生物燃料來源的價值以及提高作物在脅迫環境中的產量。

學科:生物學及醫學
項目名稱:神經突觸的發育,信號轉導及經神疾病的分子機理
項目統籌人:張明傑教授(科大)

摘要
在人類所面臨的一系列慢性疾病中,精神性疾病所造成的社會負擔位居前列。目前,被證明卓有成效的針對精神性疾病的治療方法屈指可數。要想獲得更加有效的治療方法,更好的科學研究是必不可少的。然而,我們如今卻面臨著一個巨大的危機:由於商業回報緩慢,且疾病機制異常複雜,曾經作為精神性疾病研究領域最主要投資方的製藥公司,目前正在逐步撤出這一研究領域。爲了化解這一危機,學術界需要主動承擔起在這片領域中開展更加深入和廣泛研究的重任。機遇往往與挑戰並存,製藥公司退出了曾屬於他們的領域,這將給學術界帶來眾多前所未有的機遇。更重要的是,隨著以高通量測序和系統生物學為代表的高新技術的蓬勃發展,一大批與人類神經系統紊亂相關的基因被挖掘出來。我們充分相信,接下來將會有更多與疾病相關的基因以更快的速度被我們發現。遺憾的是,對於數百個已經被報導的疾病相關基因,我們所知甚少。尤其是,對於爲什麽這些基因的突變會造成一系列顯著的精神性疾病,我們幾乎一無所知。因此,闡述這些疾病相關基因的功能和機理,將成為今後許多年內非常重要的一項研究工作。它將促進我們對精神性疾病的認識,並將在探索對該類疾病有效治療方式的過程中發揮至關重要的作用。

在此次申請的AoE項目中,我們將對在興奮性神經元發育和突觸信號傳遞中起著重要作用的一系列關鍵蛋白及其蛋白複合物進行生理功能和具體機制的研究。毫無疑問,這些精密調控著神經元發育和信號傳遞的關鍵蛋白一旦發生功能失調,將導致神經系統的紊亂,並帶來包括自閉症、精神分裂、抑鬱症在內的一系列精神性疾病。因此,我們也將對這一系列人類精神性疾病的內在機制展開深入研究。我們希望,我們的研究成果會對這些疾病的治療提供指導,甚至直接開發出有效的治療藥物。我們的團隊將綜合運用包括遺傳學、細胞生物學、生物化學、結構 生物學以及化學生物學等在內的多重研究手段。和世界上其他大多數研究神經信號傳遞、神經系統紊亂的團隊不同的是,我們的研究將以結構生物學和以生物化學為主的機理性研究為核心。這種著眼於具體機理的研究優勢在於:一方面,它將被模式動物層面和細胞層面的功能性研究所驗證,並反過來促進這些層面的功能性研究;另一方面,在機理研究所打下的基礎之上,我們將充分發揮化學生物學的優勢,致力於開發可能成為藥物的功能性多肽、多肽衍生物和小分子化合物。我們相信,這種結合“上游”功能性驗證和“下游”化學生物學研發的“結構-生化”機理性研究,具有著獨一無二的優勢。 十多年來,我們在神經發育和信號傳遞領域進行了系統性的研究,從中積累了豐富的研究經驗和廣泛的合作人脈。此次我們的申請正是基於這一基礎之上。我們已經組建了一支極富競爭力的團隊。團隊成員在他們各自的領域中都是首屈一指的專家,並且都是優秀的合作夥伴。我們已經準備充分並且相信,我們將在對大腦功能的研究以及與功能缺失導致的精神性疾病的抗爭中做出卓越的貢獻。同時,這一項目預計將極大地提升香港的科研水平,完善平台建設,促進工作能力,並最終創建出一個在神經發育、信號傳遞和神經系統疾病研究領域中處於世界頂級水平的研究中心!
十多年來,我們在神經發育和信號傳遞領域進行了系統性的研究,從中積累了豐富的研究經驗和廣泛的合作人脈。此次我們的申請正是基於這一基礎之上。我們已經組建了一支極富競爭力的團隊。團隊成員在他們各自的領域中都是首屈一指的專家,並且都是優秀的合作夥伴。我們已經準備充分並且相信,我們將在對大腦功能的研究以及與功能缺失導致的精神性疾病的抗爭中做出卓越的貢獻。同時,這一項目預計將極大地提升香港的科研水平,完善平台建設,促進工作能力,並最終創建出一個在神經發育、信號傳遞和神經系統疾病研究領域中處於世界頂級水平的研究中心!

學科:自然科學
項目名稱:新型的光波和聲波功能材料
項目統籌人:陳子亭教授(科大)

摘要
人類自古以來就有對無處不在的光波和聲波進行研究。這些研究的成果正是建造現代科技文明的基石。大約在20年前,在這領域中出現了一個革命性的進展。實驗和理論都証實了一種具有特殊功能的人工材料可以超越自然材料在功能上的局限。這些光波和聲波的功能材料包括了光子/聲子晶體,超構材料和等離激光結構材料。這份AoE 計畫書的目的是要將香港的科研工作者在過去一叚時間中在這快速發展領域里建立起來的優勢提高到一個更高的水平。我們同時也放眼在將來的應用前景,這包括與波有關的新一代器件。

波功能材料的最簡單例子就是透鏡,它是構成顯微鏡和望遠鏡的主要元件。透鏡是由一塊玻璃切模而成。現在復合材料加上先進的理論和製備技術可以為光的傳播提供全新的模式。這樣製造的人工材料可以為某種特定的功能做出最優化的設計。如果構成這材料的基本單元或晶格週期小於波長,我們稱它為超構材料。如果接近波長則稱它為光子晶體。如果基本單元是納米結構,特定功能是由在光頻的共振而引起,我們稱這種材料為等離激光結構材料。 這些新型的功能材料可以利用支配波的傳播來達到一些科幻小說中的一些現象,如隱身,隱型效應,將聲波中的有效質量變為負值和製造沒有球差 的超級透鏡等等一般材料不可能有的反常現象。

香港的科研工作者從開始就一直在這快速發展領域的前沿工作。我們隊伍的成員曾提出光子准晶,負質量聲超構材料,遠距離隱身衣,幻覺光學及光的拉力等新的概念。這AoE 計畫將讓我們一起繼續保持在這快速發展領域的前沿和優勢。 我們的成果,例如一些有關未來技術籃本的發展,也將回餽香港社會。