调控染色质高级结构的蛋白质机器的系统鉴定与机制研究

染色质高级结构及功能研究是当前生命科学领域的国际前沿热点。染色质高级结构决定了基因的正确表达,其异常通常伴随着发育畸形和癌症发生。迄今为止,染色质高级结构如何建立和维持、如何行使功能、其动态变化及其与基因、细胞功能的关系尚不清楚。本项目整合团队在染色质高级结构蛋白质机器的功能基因组学、染色质高级结构蛋白质机器的功能动态调控以及染色质高级结构蛋白质机器的结构与组装方面的优势,围绕"染色质高级结构的调控及功能"这一关键科学问题,从3个角度深入研究拓扑相关结构域的形成与功能相关的蛋白质机器,包括调控染色质高级结构蛋白质机器的系统鉴定、单细胞和全基因组水平上染色质高级结构动态调控的机理研究、染色质高级结构对基因和细胞功能调控的结构基础和分子机制。     

超高时空分辨蛋白质机器动态成像

蛋白质是生命活动的主要执行者,一切生命活动都有赖于蛋白质功能的正确发挥。蛋白质机器,是指由大量蛋白质和生物分子形成的高维度的、复杂的超级功能复合体,此外也包括蛋白质与蛋白质或其他分子形成的低维度复合物及具有特定生物学功能的蛋白质分子。膜转运和跨膜信号转导是细胞的重要生命活动过程,与细胞命运和功能密切相关。细胞中蛋白质机器是高度动态的,由于组成复杂、功能多样,在分子水平研究蛋白质机器行为机制对成像技术提出了极大的挑战,针对重大生命过程中蛋白质机器动态组装与功能调控的分子机制这一核心科学问题,提出了解决这些难题的工作思路和重点研究内容。从提高成像时空分辨率、实现时空可控和多模态融合入手,发展多种新型成像和关联技术,揭示膜转运和跨膜信号转导等重要生命过程中蛋白质机器的作用机制。提出的主要研究内容包括下一代超高时空分辨结构光照明显微镜、超分辨荧光成像技术和原子力显微镜联用、时间相关的超分辨显微镜与冷冻电镜关联技术。     

纳米生物机器原理、制备及其应用探索

纳米生物机器是纳米生物技术领域的前沿热点之一,不仅对了解细胞运作规律、构建人工纳米机器有着重要意义,还为智能材料体系,生物传感器的设计、构造等提供理论和技术基础。本项目围绕纳米生物机器的构建及其运动机理这一核心问题,主要针对典型的天然蛋白质机器和人工核酸机器,通过对其结构与操控机制的研究,探索纳米生物机器的构建原理及一般性工作原理,发展纳米生物机器操控的新方法,     

DNA损伤应答相关蛋白质机器维持基因组稳定性与细胞稳态的机制

基因组不稳定性和细胞稳态失衡是衰老及肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病等老年重大疾病的重要诱因,但其中的分子机制尚不清晰,因此缺乏有效的治疗靶标和手段。DNA损伤应答(DNA damage response,DDR)是维持基因组稳定性的关键,其过程包括损伤感应、信号激活和传导、效应等不同阶段,涉及分子识别和靶向募集、信号激活和传导、损伤修复和基因转录、细胞凋亡、转化与衰老等生物学过程。DDR依赖诸多损伤修复因子的直接参与,也需要染色质重塑(chromatin remodeling)及关键蛋白质机器的可逆性翻译后修饰的精细调控作用。国家重点研发计划蛋白质机器与生命过程调控重点专项项目"参与DNA损伤应答的新型蛋白质机器维持基因组稳定性的机制研究"针对DNA损伤应答的动态过程,聚焦染色质重塑(chromatin remodeling)与蛋白质翻译后修饰(post-translational modification,PTM),筛选、鉴定新型调控染色质重塑的蛋白质机器及新型蛋白质翻译后修饰,阐明其对DNA损伤应答的时空调控机制,阐明其结构特性,揭示其结构或功能异常所致DNA损伤应答缺陷,诱发基因组不稳定性、细胞稳态失衡和肿瘤发生发展的关联机制,筛选靶向先导化合物并探讨其在肿瘤治疗中的作用机制及应用,为药物研发、临床诊治提供新的理论依据。     

细胞自噬中的新蛋白质机器的鉴定和研究

细胞自噬是进化保守的,基于溶酶体的胞内降解途径,对维持细胞的稳态平衡有重要作用。自噬参与生物体发育、免疫反应、代谢调节、细胞凋亡和衰老等多种过程。自噬异常与神经退行性疾病、肿瘤等的发生密切相关。自噬是当今生命科学领域的研究热点之一。1992年大隅良典实验室利用酵母遗传筛选鉴定了15个自噬核心基因,也因此获得2016年度诺贝尔生理学或医学奖。当前自噬领域研究的重点集中在酵母以及通过酵母遗传筛选获得的核心蛋白质机器。然而单细胞酵母、单一诱导条件为出发点的筛选和研究具有明显的局限性。本文将从自噬过程的细胞、组织和发育阶段的特异性;多细胞生物中具有重要生理意义的自噬新蛋白质机器和新通路;自噬核心蛋白质机器的组装、蛋白质复合体的形成及多种蛋白质的翻译后修饰等高层调控体系;自噬晚期事件以及核心蛋白质机器;细胞面对不同的代谢胁迫条件会启动的不同的自噬通路等几个方面探讨自噬领域的研究方向和突破点,并讨论自噬领域研究的策略和方法。     

基于蛋白质机器的抑郁障碍脑分子网络图谱构建及应用

脑认知科学的情感环路与蛋白质科学中不同蛋白质机器间相互作用形成关系网络的交叉与整合,构成了当今全球脑蛋白质组学研究的全新领域。抑郁障碍是一种严重危害公共健康的重大脑精神疾病,主要罹患青壮年。我国现有5 775万抑郁障碍患者,其中每年约有25万人死于自杀,抑郁障碍已成为全球首位致残性疾病。因此,围绕抑郁障碍全球脑科学研究热点,将系统构建抑郁障碍脑分子数据库及全景展现蛋白质、代谢分子的网络图谱,并基于所获得的大数据集从"Brain and body"抑郁症肠道微生物致病学说和抑郁障碍潜在蛋白质机器的两个角度研究和阐述难治性抑郁、抑郁伴自杀的病理生理过程,最终通过临床诊断试剂盒的研发、先导化合物的抗抑郁应用及全国多中心临床试验开展,以期构建抑郁障碍临床分子分型诊断体系,实现抑郁障碍个体化诊疗,开拓抑郁障碍治疗全新格局。提出的4个研究内容包括基于蛋白质机器的抑郁障碍脑分子网络图谱的构建、"微生物-肠-肝-脑"轴调控抑郁障碍分子网络的脑新型蛋白质机器研究、脑分子网络中自杀和难治性抑郁等关键蛋白质机器的功能机制研究以及抑郁障碍脑分子网络图谱的关键节点蛋白质复合体的筛查及临床分子分型研究。     

酸碱驱动核酸纳米马达的构建与应用

纳米科技的飞速发展及纳米结构表征与操控手段的不断进步,极大地促进了纳米生物机器研究的发展,吸引了众多来自化学、物理学、纳米技术、材料、医学等多个学科的科学家加入这一前沿领域。纳米生物机器作为纳米技术与生物医学等研究领域中的一个前沿交叉热点,其研究意义不仅仅局限于对生命奥秘本身的探求,更重要的是通过与应用研究的衔接,在智能材料、生物传感器以及纳米生物机器人等研究中发挥重要作用,并为最终实现纳米生物机器在生物医学等领域的广泛应用奠定理论和实验基础。目前,国际上研究的纳米生物机器主要包括两种:以蛋白质分子马达…     

自闭症患者新希望

来自麦基尔大学和蒙特利尔大学的研究者确定了自闭症谱系障碍与蛋白质合成途径之间的关键联系,为开发新的医疗手段提供了支持.蛋白质合成的调控,又称为信使核糖核酸的翻译,是细胞制造蛋白质的过程.这一过程与细胞和生物体各方面功能的实现息息相关.研究人员在小鼠实验中发现了一种名为神经配蛋白的蛋白质,这种神经配蛋白如果合成的量太多,就会导致类似于自闭症谱系障碍的症状.不过研究发现,成年小鼠的这种似自闭症行为可以通过抑制蛋白质合成,或者基因疗法等进行恢复.     

钙闪烁引导细胞迁移

细胞迁移在个体发育、组织重塑、损伤后再生以及肿瘤发生等过程中发挥着重要作用。细胞迁移过程受钙信号调控,但长期困扰这一领域的一个悖论是,为何引导迁移的细胞前沿区钙信号反而较低。本研究采用高分辨率共聚焦钙离子荧光成像技术,在迁移的成纤维细胞中首次探测到动态微区钙信号——“钙闪烁”（calcium flickers）。钙闪烁富集于细胞迁移前沿,与静态钙离子梯度恰恰相反。产生钙闪烁的分子机制涉及两类钙离子通道,即细胞表面TRPM7牵张激活通道和内质网膜上的IP3受体。在趋化因子PDGF作用下,引导前沿中钙闪烁呈不对称分布,从而促进迁移细胞的转向。研究结果不仅完美地解释了上述悖论,同时揭示了微区钙信号如何通过精细的时空整合调节细胞迁移、趋化反应等复杂的生命过程。     

RNA-蛋白质机器在哺乳动物遗传信息表达中的调控功能与机制

遗传信息的表达是生物体生存发展的基础。RNA不仅是遗传信息传递过程中的信使,还在多个层面上参与遗传信息的调控。RNA与蛋白质组成复合物,参与调控配子发生、组织器官形成、个体生长发育及疾病发生发展等一系列生理病理过程。系统解析小RNA-蛋白质机器、长链非编码RNA-蛋白质机器、转录及转录后加工中的RNA-蛋白质机器等在哺乳动物遗传信息表达中的功能和机制,将促进我们对生命奥秘的了解,有助于我们开创和完善RNA-蛋白质机器组学研究体系,建立规模化RNA-蛋白质机器功能研究平台。项目的顺利执行将揭示RNA-蛋白质机器的相关生理及病理功能,全面提升我国在该领域的研究水平和国际影响力。     

基于基因组不稳定性的新型蛋白质机器在肿瘤发生发展中的作用、机制及干预

恶性肿瘤已成为我国居民第一死因,严重威胁着人民生命健康。基因组不稳定性是恶性肿瘤的关键特征之一,包括染色体的易位、缺失和基因变异等方面,可产生激活的癌蛋白、失活的抑癌蛋白或融合蛋白。这些蛋白在肿瘤细胞中的表达具有差异性,可组成促进肿瘤发生发展的蛋白质机器,调控肿瘤干细胞与肿瘤微环境,导致肿瘤治疗抵抗和复发转移,是理想的诊治靶标。然而,肿瘤特异性靶点及其药物依然非常有限。筛选和鉴定基因组不稳定性引起的参与肿瘤发生发展的新型蛋白质机器,对其功能机制进行深入研究,研发抗肿瘤的新型靶标和诊疗手段,对推进癌症的攻克具有重要意义。本项目研究目标主要包括:(1)发现和鉴定10~15种基于基因组不稳定性产生的与肿瘤发生、发展密切相关的新型蛋白质机器;(2)阐释基于基因组不稳定性的蛋白质机器的组成、功能、结构、修饰、作用网络和调控机制;(3)揭示基于基因组不稳定性的蛋白质机器对肿瘤干细胞、肿瘤微环境和治疗耐受的影响机制。     

泛素介导的蛋白质降解

蛋白质是细胞内极其重要的生物大分子。细胞的许多重要功能，包括酶和激素的功能、运动、运输、免疫反应等都是通过蛋白质来实现的。正是由于其重要性，所以长期以来蛋白质一直是生物化学研究的一个极重要的领域。人们关注蛋白质在细胞内是如何合成的，到目前为止，至少已有5个诺贝尔奖授予了这一领域的研究者。但对于相反的过程，     

克隆人存在天然障碍

当各国政府正讨论该如何防止生殖性克隆人研究时,大自然自身可能已在这一道路中设置了许多障碍。在近日出版的《科学》杂志上,一个研究小组报告说,对恒河猴的研究发现克隆使胚胎失去了一些关键的蛋白质。而这些蛋白质对细胞中染色体的分配与细胞的正常分裂都至关重要。同样的问题可能也阻碍了克隆人的研究。几个研究小组一直试图通过体细胞核移植的方式来克隆猴子,但均未成功。这种方法是将细胞核从细胞中取出并植入到一个已剔除了细胞     

激活生物钟饿死癌细胞

正美国科学家在新一期英国《自然》杂志上发表报告说,激活癌细胞内部失灵的生物钟,能削减营养供应、抑制癌细胞生长,同时不损害正常细胞。以24小时为周期的生物节律不仅在宏观上影响着生物的行为,还在微观上调控着每一个细胞的生长和代谢。此前研究发现,两种蛋白质REV-ERBα和REVERBβ是细胞内部生物钟的核心部件,控制着细胞的脂肪合成,以及对内部破损部件回收利用的自噬过程。在健康细胞里,这两种蛋白质的含量每天有12小时处于较低水     

干细胞编程与重编程中表观遗传调控的分子机制和结构基础

干细胞研究因其重要的理论意义和广泛的应用前景而成为近年来生命科学研究的热点领域。目前人们在胚胎干细胞的定向分化和诱导多能干细胞细胞系的建立方面取得了重大突破,但对相关生物学过程的调控机制所知十分有限,干细胞应用仍然面临许多难题。表观遗传调控作为整合细胞内外环境因素与基因组遗传信息的媒介,直接参与控制基因表达,决定细胞分化与功能特异化,在干细胞的自我维持和定向分化以及体细胞重编程过程中发挥了非常重要的作用。"干细胞编程与重编程中表观遗传调控的分子机制和结构基础"国家重大科学研究计划项目围绕干细胞编程与重编程过程中的表观遗传调控所涉及的关键科学问题,利用多学科的研究方法和手段开展研究,目前已经取得了一批具有重大国际影响的突破性成果。例如,在国际上首次通过单细胞基因组学分析方法,实现了对人早期胚胎的DNA甲基化调控网络的系统分析;又如,利用染色质体外组装体系和冷冻电镜三维重构方法,在国际上首次解析了30 nm染色质纤维的高分辨率结构,在染色质高级结构这一重大科学问题上取得了突破性的进展。这些研究成果有助于深入理解人类胚胎干细胞及i PS细胞自我维持、定向分化、重编程等各个环节的表观遗传调控机制,将有力地推动基于干细胞的各种再生医疗技术和手段的应用进程。     

泛素介导的蛋白质降解

蛋白质是细胞内极其重要的生物大分子。细胞的许多重要功能,包括酶和激素的功能、运动、运输、免疫反应等都是通过蛋白质来实现的。正是由于其重要性,所以长期以来蛋白质一直是生物化学研究的一个极重要的领域。人们关注蛋白质在细胞内是如何合成的,到目前为止,至少已有5个诺贝尔奖授予了这一领域的研究者。但对于相反的过程,即蛋白质在细胞内是如何降解的,很长一段时期中很少有人关注。而以色列科学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉姆·赫什科(Avram Hershko)和美国科学家欧文·罗斯(Irwin Rose)正是在这方面作出了突破性的贡献,发现了泛素介导的蛋白质降解机制,因而共同获得了2004年诺贝尔化学奖。一、泛素：蛋白质降解的标记者实验证明,标记被降解蛋白质的分子是一个由76个氨基酸残基组成的多肽,最早于1975年从小牛组织中分离得到。因为随后发现在所有真核生物的不同组织中都有它的存在,所以将其称之为泛素(ubiquitin,源于拉丁字ubique,意指到处存在的)。二、ATP：细胞内蛋白质降解的供能者一般而言,生物体内的合成代谢需要提供能量,而分解代谢则释放能量。所以很长一段时期内,人们普遍认为,体内蛋白质的降解是不需要提供能量的。一些蛋白水解酶发挥功能时就是这样,如胰蛋白酶在小肠内将食物中的蛋白质降解成氨基酸。类似地,在溶酶体中对从其外部进入的蛋白质的降解也不需要能量。然而,早在上世纪50年代的实验就已表明,细胞内蛋白质的降解确实需要能量。这个看似自相矛盾的现象,即细胞内蛋白质的降解需要能量而细胞外蛋白质降解不需要附加能量,长期以来使研究者感到迷惑。切哈诺沃、赫什科和罗斯于上世纪70年代后期和80年代早期使用网织红细胞的无细胞系统进行了一系列重要的研究,成功地证明细胞内蛋白质的降解需要以多步骤的反应导致泛素标记被降解的蛋白质。这个过程使细胞以高度的特异性降解不需要的蛋白质,而正是这种精确的调节需要ATP(adenosine triphosphate,腺苷三磷酸)提供能量。三、机制：死亡之吻切哈诺沃和赫什科在1977年开始使用网织红细胞抽提物进行依赖于能量的蛋白质降解研究,发现这种抽提物可以被分为两个组分。两个组分单独存在时都不具有活性,但当两者重新组合时,就启动了依赖ATP的蛋白质降解。1978年,他们报道了其中1个组分的活性成分是一种分子量约为9 000的热稳定的多肽APF-1 (active principle in fraction 1),即后来证明的泛素,并证明APF-1能与各种蛋白质以共价键结合。1980年他们和罗斯共同报道APF-1 可以多个分子同时结合于同一蛋白质,这一现象被称为多泛素化。目前已知,蛋白质的多泛素化是一种控制信号,其导致被标记蛋白质在蛋白酶体中的降解。正是多泛素化的反应对被降解的蛋白质进行了标记,所以将其戏称为“死亡之吻”(kiss of death)。因为泛素在真核生物中普遍存在,所以研究者很快明白泛素介导的蛋白质降解在真核细胞中具有普遍的意义,而且也猜测到ATP形式的能量需要可能对细胞控制降解过程的特异性具有意义。因而进一步的研究就是要鉴定使泛素结合于其靶蛋白的酶系统。在1981年到1983年之间,切哈诺沃、赫什科和罗斯在细胞中发现了3种新的酶——泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3,提出了“多步骤泛素标记假说”(见图1)。至今的研究表明,一个典型的哺乳动物细胞含有1个或少数几个不同的E1酶、几十个E2酶和几百个E3酶。细胞能使用泛素系统降解有缺陷或不再需要的蛋白质。实际上,细胞中多至30%新合成的蛋白质因为不能通过细胞严格的质量控制,而由泛素标记转运到蛋白酶体被降解。 步骤①：E1酶催化的依赖ATP供能的泛素(UB)活化; 步骤②：泛素分子转移到E2酶; 步骤③：E3酶识别要降解的靶蛋白(TARGET),E2酶-泛素复合物与靶蛋白结合并使泛素分子标记从E2酶转移到靶蛋白; 步骤④：E3酶释出泛素标记的蛋白质; 步骤⑤：重复步骤④,使靶蛋白与多个泛素结合,即所谓的靶蛋白的多泛素化; 步骤⑥：蛋白酶体识别多泛素化的靶蛋白,泛素分子脱落而靶蛋白进入蛋白酶体被降解为小肽。四、蛋白酶体：蛋白质降解的执行者很多蛋白酶体,如人的一个细胞含有大约30 000个蛋白酶体。蛋白酶体是呈桶型结构的多亚基蛋白酶复合体,它能将蛋白质降解成7～9个氨基酸残基组成的小肽。蛋白酶体的活性表面在桶内而与细胞的其余部分相隔离,进入活性表面的惟一关卡能识别多泛素化标记的蛋白质,在移去泛素标记的同时接纳它们进入蛋白酶体而进行降解,形成的小肽从蛋白酶体的另一端释出。蛋白酶体本身不能选择被降解的蛋白质,是E3酶的特异性决定了细胞中哪个蛋白质要被标记而送到蛋白酶体进行降解。五、泛素系统：多种细胞功能的调节者泛素介导的蛋白质降解系统涉及细胞的多种重要生理功能,参与对细胞周期、DNA复制和染色体结构等的调控。这种系统的缺陷能导致各种疾病,包括一些癌症。1.细胞周期细胞周期是指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个细胞所经历的全过程,细胞周期的调控对生物的生存、繁殖、发育和遗传具有十分重要的意义。在细胞周期调控中,细胞周期蛋白是一个关键蛋白质。泛素连接酶E3作为“细胞分裂后期促进复合物”的主要组分,通过对细胞周期蛋白N末端进行标记使其降解,而在控制细胞周期上发挥重要的作用。该复合物在细胞有丝分裂和减数分裂期间染色体分离中也具有关键的作用。减数分裂或有丝分裂中染色体的错误分离会导致细胞染色体数的改变,而这正是怀孕后自然流产的主要原因。一个额外的21号染色体的形成则导致唐氏综合征。因为在有丝分裂中重复地进行染色体的错误分离,许多恶性肿瘤细胞也会具有数目改变了的染色体。泛素调节系统的其他酶也参与细胞周期的调节,如调节酵母细胞周期的细胞因子Cdc34实际上就是一种泛素结合酶E2。2.DNA修复DNA修复是生物为保持其复制精确性而具有的一种特殊功能。p53蛋白作为重要的转录因子,通过调节DNA修复相关基因的表达而实现对DNA修复的调控。p53蛋白在细胞内的降解也是通过特定的E3酶标记的。正常细胞中p53蛋白不断地合成,又不断地降解,在细胞中含量低。但在DNA受损后,触发了p53蛋白的磷酸化而不再与E3酶结合,使其在细胞中含量很快增加,造成细胞周期的停顿并促使对损伤DNA进行修复。但是如果DNA损伤程度太广,则不再进行修复而触发细胞程序性死亡。p53蛋白对肿瘤具有抑制作用,被称为“基因组的卫士”。但病毒可以通过特定的蛋白质活化相关的E3酶对p53蛋白进行泛素化而将其降解,其结果是病毒感染的细胞不能再对DNA损伤进行修复,也不触发细胞程序性死亡,造成DNA突变大量增加而导致癌症。3.免疫和炎症反应转录因子NF-κB可以调节细胞的许多对免疫和炎症反应重要的基因。正常情况下,细胞中的NF-κB与其抑制蛋白结合形成没有活性的复合物。但是当细胞暴露于感染的细菌或某种信号物质时,抑制蛋白的磷酸化导致其泛素化而在蛋白酶体内降解。释出的活性NF-κB被转运到细胞核,在那儿结合并激活特定基因表达而发挥其在免疫和炎症反应中的功能。4.囊性纤维化遗传病囊性纤维化是由细胞膜上称之为囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(CFTR)的氯离子通道功能性地缺失所引起。这种缺失是由于囊性纤维化病人细胞中合成的CFTR蛋白缺失苯丙氨酸,不能进行正确的折叠而被转运,而是通过泛素介导的蛋白质降解系统降解。没有功能性氯离子通道的细胞不能通过其细胞膜转运氯离子而导致病变。泛素介导的蛋白质降解系统与细胞功能关系的了解也促使了其在药物研究上的应用。可以针对泛素介导降解系统的组分设计药物以防止特定蛋白质的降解,也可设计药物激发该系统去摧毁不想要的蛋白质。一种称为Velcade的蛋白酶体抑制物已被用于多发性骨髓瘤作为临床试验药物。科学上的每一个重大发现,都会使人类在从必然到自然的进程中迈出一大步。泛素介导的蛋白质降解系统的发现使人们有可能在分子水平上了解细胞如何控制许多非常重要的生物化学过程。我们可以期待,随着研究的不断深入,必定会有更多的细胞过程发现与这一系统密切相关。 *明镇寰教授为生物化学与分子生物学名词审定委员会委员。     

“巨机器”时代人的异化及其救赎——简论刘易斯·芒福德人文主义机器哲学思想

在人文主义机器哲学这一学统中,刘易斯·芒福德占据着关键位置,在其机器哲学中,"巨机器"思想独树一帜。本文主要从"巨机器"对人类造成的异化影响和机器时代人的救赎这两个方面对刘易斯·芒福德的机器哲学进行了深入分析和阐释。在此基础上,把芒福德置于人文主义机器哲学这一学统之中来分析,指出了其机器哲学的理论价值和实践意义。     

基于正交脱笼策略的蛋白质在体激活技术系列进展

在活细胞等生理环境下开展蛋白质功能的原位研究具有重要的科学意义。陈鹏课题组长期致力于发展蛋白质的原位激活技术,希望为活细胞内的每一个蛋白质安装"调控开关"。课题组先前提出的"化学脱笼"策略,可通过对蛋白质关键残基的化学保护和脱保护反应,实现对其活性的"关-开"调控。然而,受可供脱笼的氨基酸种类的限制,该方法无法适用于所有蛋白质。为了解决这一瓶颈问题,陈鹏课题组与王初课题组合作提出了基于"邻近脱笼"策略的新方法——CAGE-prox,极大地扩展了脱笼策略的适用范围。该方法通过在目标蛋白活性中心邻近位点定点引入侧链保护的非天然氨基酸,来实现对其活性的抑制和激活。在该方法中,王初课题组发挥自身在蛋白质功能位点计算方面的经验,建立了一个虚拟筛选合适邻近激活位点的计算模型和流程,避免了繁琐的人为实验操作,极大地提高了CAGE-prox方法的成功率和普适性。两个课题组合作分别在一系列不同类型的蛋白上展示了CAGE-prox方法在活体环境下瞬时激活目标蛋白的普适性。其中,结合CAGE-prox和王初课题组在定量化学蛋白质组学领域的技术优势,两个课题组合作开发了具有时间分辨率的定量蛋白质组学技术,对细胞凋亡这一动态生物学过程中蛋白质水解的底物进行了捕捉和鉴定,为理解凋亡动态的过程提供了有力的支撑。     

跨细胞蛋白质内稳态调控机制

蛋白质内稳态平衡是受到多级调控的,并不仅限于细胞水平。细胞特定的分区如线粒体(Mito)、内质网(ER),有其独特的调控蛋白质稳态平衡的信号通路。当Mito、ER稳态失衡导致未折叠蛋白在其中累积,会诱导一种适应性的反应,叫做"非折叠蛋白反应"(unfolded protein response, UPR),重建细胞器内部蛋白质稳态平衡。虽然关于Mito和ER蛋白质稳态调控机制已被广泛研究,但对于不同细胞/组织之间是否可以相互影响、协调其Mito、ER UPR来适应环境变化、系统调控物种整体的应激状态这一领域内的重大问题,却一直缺乏研究。基于前期工作基础,本研究将利用线虫和哺乳动物细胞培养两大手段,详细考察跨细胞内稳态调控的分子机制,为治疗衰老、神经退行性疾病、癌症等疾病提供新思路和新靶点。     

通用人工智能的数学基础初探

通用人工智能(AGI)的数学基础,是计算机科学和神经科学这两种途径之外的第三种研究途径或方法,其核心是区分计算机的算术范式与学习机的统计范式乃至理解机的几何范式以及贯穿三者的逻辑范式,三类机器之间实现不同数学范式的相互映射和相互转换。其目的是探寻AGI的数学基础,这是智能机自动编程和理解各类模式的关键。如果通用学习机是AGI的基石,那么通用理解机则是理解毕达哥拉斯、康德和哥德尔等深刻哲思的关键。其意义在于:明确了探讨三类机器的统一数学原理的问题与探寻AGI的数学基础之间的关系,同时明确和验证了人工智能和计算机科学之间的关系。