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近年研究主題

線蟲伴侶辨識的神經機制

研究室簡介

研究線蟲伴侶辨識的感官訊號

動物間的身體接觸在動物界的社交行為中至關重要。以交配行爲來說，動物必須尋覓合適的對象，透過伴侶辨識的社交行為完成辨識及交配。一般來說，動物依賴化學因子作為遠距離溝通的訊息來找到適合伴侶，當距離靠近時，則使用不同的物理性因子來解讀作為近距離的訊號。透過化學性及物理性的感官訊號，生物可以精準且有效的解讀伴侶的資訊。過去研究大量著重於交配識別的化學訊號，但對於哪些物理性因子可以做為感官訊號並不完全暸解。
    我們發現了秀麗隱桿線蟲中會透過兩段式的辨認機制來辨識潛在伴侶。首先，角質層上未知的因子會觸發交配識別初始步驟。接著，需要倚賴特定的身體硬度來維持伴侶的吸引力，最終完成整個伴侶辨識的行爲，並增加交配的成功率。實驗成果因此說明了身體硬度可以做為物理性感覺訊號，並在動物社交行為中扮演著重要角色 (Weng et al., 2023)。

性別如何影響神經發育？

在多數動物中，雄性與雌性不僅外觀不同，連神經系統的結構與功能也各具特色。這些差異使牠們在感知環境、做出行為決策與社交互動時呈現出明顯的性別特徵。然而，「性別」究竟如何影響神經發育？是基因在細胞內部直接決定，還是來自外部環境與鄰近細胞的信號所塑造？這些問題在哺乳類中難以區分，因為性荷爾蒙會在早期發育階段全面影響全身組織。
    我們的實驗室以線蟲 Caenorhabditis elegans 為模型，利用其可精準操控的性別決定系統，研究神經元如何在不同性別環境中發育與分化。線蟲的雄性與雌雄同體擁有相似的神經網路，但部分神經元在分支、突觸連結與感覺反應上展現出明顯差異。我們結合遺傳學、活體成像與多體學分析，揭示性別信號如何與細胞骨架、蛋白摺疊系統及外部組織訊號互動，最終塑造出性別特異的神經結構 (Yang et al., 2025)。這些研究不僅幫助我們理解性別在神經系統中的基礎作用，也為探討人類神經發育障礙與性別差異相關疾病提供了新的線索。

利用秀麗線蟲研究決策的神經機制

在神經科學領域裡，如何透過神經訊號傳遞而做出決定，是一個重要且複雜的問題，雖然科學家努力尋找其中的奧妙，但我們對於要如何做決定的神經機制以及在細胞及分子階層發生的事情，並不是完全暸解。最主要的問題是，在大多數的多細胞模式生物中，很難建立一個有效的系統，研究一個神經細胞在決定時中產生的變化，像是神經訊號的強度改變或是蛋白的產生。我們發現雄性線蟲可以有效率的透過物理性接觸辨認不同的交配對象，這讓我們開始想研究哪些神經細胞及分子機制參與在伴侶辨識中。在實驗室裡，我們利用線蟲中已經建立的cGAL-UAS系統性基因表達的基因轉殖線蟲，將可以大量且有系統的研究其中所參與的神經細胞以及其功能。

研究動物持續性行為的神經調控機制   

對於高階的動物體，認知功能會受到不同神經狀態下而被影響，像是我們會在不同情緒下，對於相同的感官訊息而做出不同反應，例如：在父母生氣或開心時，要糖果吃的成功率是不一樣的。而這種感官功能的變化，會持續一段時間，並在外界刺激消失後逐漸褪去。這種行為的持續性，將會有效率的縮短生物體對於外在環境的反應時間。一個有趣的問題是生物如何讓自己在接受刺激後進入持續性的行為，這也伴隨著這些持續性行為如何逐漸消散。因此，我們實驗室想要研究這些問題，在我們初步的實驗中已經發現，雄性線蟲短暫碰觸雌雄同體時會改變其行為模式，而這種行為改變會維持至少數分鐘，並回覆到先前的狀態。我們對於這種神經調控機制相當感興趣，實驗室將會利用遺傳學與新穎的神經學研究方式，去研究在線蟲行為中持續狀態的神經機制。

學術著作

Publications 

1.    Yang JB, Chen RT, Chen YY, Lin YH, Chen CH*. (2025) Insulin and Epidermal Signals Independently Shape Sexually Dimorphic Neurite Branching in C. elegans. EMBO Reports. *, corresponding author

2.    Chen SC, Zeng NJ, Liu GY, Wang HC, Lin TY, Tai YL, Chen CY, Fang Y, Chuang YC, Kao CL, Cheng H, Wu BH, Sun PC, Bayansan O, Chiu YT, Shih CH, Chung WH, Yang JB, Wang LHC, Chiang PH, Chen CH, Wagner OI, Wang YC, Lin YC. (2024) Precise Control of Intracellular Trafficking and Receptor-Mediated Endocytosis in Living Cells and Behaving Animals. Advanced Science. 2405568

3.    Weng JW and Chen CH*. (2024) Adult-specific collagen COL-19 is dispensable for contact-mediated mate recognition in Caenorhabditis elegans. MicroPublication Biology. (10.17912/micropub.biology.001141) *, corresponding author

4.    Nava S, Palma W, Wan X, Oh JY, Gharib S, Wang H, Revanna J, Tan M, Zhang M, Liu J, Chen CH, Lee J, Perry B, Sternberg P. (2023) A cGAL-UAS bipartite expression toolkit for Caenorhabditis elegans sensory neurons. PNAS. 120 (51) e2221680120.

5.    Weng JW, Park H, Valotteau C, Chen RT, Essmann C, Pujol N, Sternberg P*, Chen CH*. Body Stiffness Is A Mechanical Property that Facilitates Contact-mediated Mate Recognition in Caenorhabditis elegans. (2023) Current Biology. 33(11):3585-3596. *, corresponding author. 

6.    Chen CH*, Pan CL*. Live-Cell Imaging of PVD Dendritic Growth Cone in Post-Embryonic C. elegans. (2021) STAR Protocols. 2(2): 100402. *, corresponding author.