
基础神经研究团队 | |
姓名 | 刘 福清 |
电子邮件 | fuchin@ym.edu.tw |
联络电话 | +886-2-2826-7216 |
EDUCATION/TRAINING | Ph.D., 1991, Massachusetts Institute of Technology |
研究专长 | Neural development and plasticity of the basal ganglia circuits in the mammalian forebrain |
研究概况 | My laboratory is devoted to study neural development and plasticity of the basal ganglia circuits in the mammalian forebrain. The striatum is the major input component of the basal ganglia circuits. What makes the striatum an attractive and important system for neurobiological study is its involvement in processing multiple dimensions of neurological function ranging from movement, cognition and reinforcement to plasticity of learning and memory. The importance of the striatum is also reflected in a number of neurological disorders including Parkinson's disease, Huntington's disease, schizophrenia and mood disorders whose pathogeneses involve either degeneration or malfunction of the striatal system. The study of development and function of the striatum is thus fundamentally important not only to the understanding of integrative brain function, but also to the development of therapeutic approach to neurological diseases. The long-term goal of our research is to elucidate how the infrastructure of the basal ganglia circuits is built to function and adapted to neural plastic changes in the brain. Our strategic approach is to identify the genetic programs underlying neurogenesis, neuronal specification and differentiation in the basal ganglia during development. To this end, we have identified striatum-enriched transcription regulators (Nolz-1, RAR/RXR, Isl-1, Six3, Foxp2) and receptor tyrosine kinase signaling molecules (NRG/ErbB4) that may be involved in neural development and plasticity of the basal ganglia system. We are currently analyzing different lines of gene knockout mice by cellular and molecular biology techniques. Our recent work of the gene regulation of Foxp2 in the developing striatum has led us to studying the primitive circuits engaged in speech and language. We are also approaching the neurobiological basis of schizophrenia, a complex neurodevelopmental disorder, based on our study of NRG/ErbB4 signaling in GABAergic interneurons of the forebrain. We believe by identifying and characterizing the striatum-enriched transcriptional regulators and associated signaling molecules, we may gain insights into the neural mechanisms by which the basal ganglia circuits are built to function and adapted to environmental challenge. Our work also may be of clincal relevance, as identification of growth factor-associated molecules may provide information for treating neurodegenerative diseases. 基底核实验室重要突破研究发现 大脑基因如何建构原始说话语言功能的神经回路 探讨解开Foxp2语言基因在大脑神经元分子、神经回路、行为控制的作用机制 语言沟通是人类社会互动的独特基本能力。目前对于人类大脑神经系统如何建构控制语言说话能力仍然不甚清楚。反观其他物种虽不具有复杂丰富说话语言能力,但仍有其它类似简单能力,例如小鼠有超音波发声能力,借以达成沟通目的。 国立阳明大学神经科学研究所刘福清教授研究团队以小鼠超音波发声沟通能力为行为模式,研究大脑神经系统如何建构原始语言说话能力。刘福清教授研究团队发现Foxp2语言基因能够开启Mef2c自闭症基因对于「大脑皮质—基底核神经回路」突触接点建立的抑制。这项研究除了深入了解基本原始说话语言神经回路的建立外,亦对自闭症语言能力缺陷的病理基础有所探讨。这篇研究论文发表于国际知名顶尖期刊「自然神经科学」(Nature Neuroscience)。 Foxp2基因控制神经元突触接点的建立 Foxp2基因在分子层次如何控制神经元突触接点的建立? 研究团队发现Foxp2基因抑制下光标的Mef2c基因,间接开启神经回路突触接点的建立。Mef2c突变基因己知是个自闭症基因。正常的Mef2c基因会抑制大脑皮质讯息传送至基底核神经元突触接点的发育形成。比喻来说,Mef2c基因正常作用就如同一道安全锁(Safety Lock),在胚胎发育早期先行锁住神经突触接点形成,避免在发育早期尚无大脑皮质讯息输入下,神经突触接点不成熟提早建立,因而形成错误的神经回路。那么正常下何者是一支钥匙(Key)可以打开这道安全锁?研究团队发现Foxp2基因正是可以打开(Unlock) Mef2c基因这道安全锁的钥匙。Foxp2基因可以直接解开Mef2c基因对于神经接点的抑制,进而开启「大脑皮质—基底核神经回路」正确的神经突触接点发育形成。倘若Foxp2基因或Mef2c基因突变丧失其正常功能,Mef2c基因这道安全锁将会坏掉,导致异常错误的神经突触接点形成,因而建构出错误的神经回路。Mef2c基因突变所导致错误的「大脑皮质—基底核神经回路」有可能是自闭症说话语言功能缺失的病理机制。 Foxp2-Mef2c基因交互作用调控神经回路功能的重要性 本篇论文第一作者郭晓萦博士说,研究团队接下来探讨的问题是,「大脑皮质—基底核神经回路」的正常功能为何? 郭晓萦博士解释研究团队进一步的研究发现,Foxp2-Mef2c基因交互作用所控制的「大脑皮质—基底核神经回路」突触接点建立,对于调控初生小鼠超音波发声沟通行为(Ultrasonic vocal communication) 扮演着关键重要角色。当Foxp2基因或Mef2c基因突变丧失功能,会导致「大脑皮质—基底核神经回路」突触接点无法正确建立,进而导致初生小鼠超音波发声沟通行为异常。 基因分子-神经回路-行为控制的整合性神经科学研究 刘福清教授实验室这项与德国、日本、美国、中研院研究团队合作的研究结果:Foxp2与Mef2c两个基因的交互作用调控「大脑皮质-基底核神经回路」的建立与初生小鼠超音波发声沟通能力,在基础科学与神经疾病研究有重要引申意义: 基础科学研究方面 Foxp2已知是个与人类语言说话能力相关的基因,如果我们将小鼠超音波发声沟通能力比喻为人类的原始说话语言功能,Foxp2-Mef2c基因交互作用所控制的「大脑皮质—基底核神经回路」突触接点形成,有可能是人类婴儿出生后学习建立说话语言沟通能力的一个重要大脑神经元分子发育机制。 了解自闭症语言功能缺失的病理基础方面 本篇论文研究除了了解语言神经元回路建立与其相关疾病外,对自闭症的神经回路与分子机转的病理基础亦可能有所助益。根据临床医学文献报导MEF2C是个自闭症基因,因为带有MEF2C基因突变缺失患者有智力迟缓与自闭征症,包括说话语言功能的缺陷。文献报导自闭症小孩患者的说话语言功能病理异常相当复杂— 从说话语言功能严重受损、语言能力发展迟缓、乃至高功能说话异常流利皆有。但是自闭症为何会影响到说话语言沟通能力?目前仍然不清楚。刘福清教授团队的研究结果显示自闭症基因病变,可能影响到大脑控制说话语言神经回路的发育建置。后续研究可以提供线索,帮助我们了解说话语言相关神经疾病和自闭症的神经回路与分子机转的病理基础,并进而发展治疗疾病策略。 |
奖项名称 | 年度 |
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107年科技部杰出研究奖 | 2019 |