蛋白质-RNA分子动力学(理论)


? 目前,由于人类基因图谱的接近完成和日益丰富的各种模式生物的全基因组的测定,人类已经进入了后基因组时代。 如果说基因是遗传信息的载体,蛋白质就是遗传信息和生命功能的具体实现者。于是在这一大的背景下,蛋白质研究日益凸显其重要性。“蛋白质研究计划”作为基础科学领域的 四个重大科学计划之一,已被正式列入“国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020)”。

? 蛋白质如何快速而正确地折叠到其功能结构是蛋白质科学领域的核心问题之一。我们主要基于原子水平以及各种粗粒化程 度的蛋白质模型,通过计算机模拟蛋白质折叠的动力学和热力学过程,并结合实验进行研究(左下图是arc蛋白质的三维骨架)。最近的工作主要包括应用大规模并行计算来模拟含有硫 键的蛋白质折叠以及金属离子辅助的蛋白质折叠,研究downhill型折叠以及由此揭示出的对折叠问题的一些新的看法,分子伴侣帮助下的蛋白质折叠等等。 同时,我们还开展了蛋白质变构象运动和功能关系的研究,神经退行性疾病相关蛋白的错误折叠及聚集机制研究等。

?RNA是生命活动中的重要分子。随着近年来对非编码RNA(ncRNA)的深入研究,人们发现ncRNA的功能具有惊人的多样性。 为了更好的认识其功能,需要研究其形成特定的空间结构的机制。我们的主要研究兴趣是发展各个层次的RNA模型,包括从简化的到全原子层次的模型,并用这些模型研究RNA, 尤其是pseudoknot(右下)结构的折叠机制。Pseudoknot是一类非常重要的RNA分子,具有有趣的空间结构,并且多种重要的相互作用参与了其折叠过程,决定了其稳定性。 研究pseudoknot结构可以使人们更深入的认识各种物理化学因素在RNA折叠过程中所起到的作用,并有可能为开发新的结构预测软件提供新的思路。

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单分子-纳米-生物学(实验)


? 生物体系由于其自身的复杂性,很多特性在宏观层面的研究中无法揭示。我们通过自下而上的方法,从最基本的生物分子间的物理和化学相互作用出发,研究其对生物分子的结构与功能的影响。我们通过对模型多肽的设计,来研究其独特的自组装特性;我们通过单分子力谱的手段,测量多肽分子间以及与固体基板的作用力,研究其对各种纳米结构的形成的介导作用;我们结合蛋白质工程、单分子力谱和分子动力学模拟,在单分子层面上研究一些复杂的蛋白质折叠过程(如下山式折叠、天然态中的不同构象微态的存在、误折叠和辅助因子介导的折叠和结合的协同等);我们研究物理环境诱导的蛋白质构象变化和聚集。这些研究一方面可以丰富我们对复杂生物体系的理解,更可以为设计新型功能生物材料提供支持。

细胞信号转导网络的动力学和功能(理论)


? 细胞重大生命活动(如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等)及其分子机制的研究是细胞生物学的研究重点之一。 将细胞信号转导与基因表达调控联系起来研究已成为了解复杂生命活动的一个重要途径。通过构建具有生物学意义的系统模型,运用数值模拟和理论分析的方法,我们主要探究细胞信号转导网络的结构、 动力学和功能及其联系。 目前,我们主要研究真核生物基因表达的调控动力学、p53信号通路所介导的细胞对DNA损伤的响应过程、 细胞命运的抉择机制(涉及细胞增殖、衰老、凋亡等)、由正负反馈回路组成的基序等在信号处理过程中的功能及其生物物理机制等。 (下图是p53信号转导网络的局部)

 

 

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