热烈祝贺张明杰院士团队在Cell发表重大科研成果

2016-09-05

2016年8月25日,我中心张明杰院士团队在“PSD响应脑活动形成和改变的机制”领域研究方面取得重大突破,世界科学顶级杂志Cell(《细胞》)发布了该团队相应的科研成果。这项研究也得到了我中心承担的国家重点基础研究发展计划(973计划)等国家科研基金的资助。

我们大脑中的所有神经元都是通过突触这一微米级的连接部件连接在一起,每个突触都包含一层紧密包装、富含蛋白质的隔室——突触后密集区(postsynaptic density,PSD),PSD负责大脑信号处理和传递。PSD蛋白编码基因突变是包括自闭症、精神分裂症和智障(ID)在内的一些精神疾病的主要原因。尽管60年前科学家们就已经知道PSD的存在, 对于PSD响应脑活动形成和改变的机制却知之甚少。

PSD中存在两种丰富的蛋白:SynGAP和PSD-95,当它们突变时已知可引起自闭症。在近期的一项研究中,来自香港科技大学(HKUST)的科学家们发现,SynGAP和PSD-95可以在试管和活细胞中形成一种自主组装的网络结构。最令人惊讶地是,SynGAP/PSD-95组装体可通过一种叫做相变(phase-transition)的现象在活细胞水状细胞质中形成稳定的“油样”液滴。这一研究发现为脑科学领域长期存在的有关PSD形成的问题提供了一个可能的答案。重要地是,该研究小组还发现在自闭症患者中发现的SynGAP或PSD-95缺陷改变了这一复合物“油样”液滴的形成以及神经元的突触信号活性。

领导这项研究的是著名结构生物学家、深圳北京大学香港科技大学医学中心副主任、生物研究所所长、香港科技大学张明杰(Mingjie Zhang)教授。他的研究方向是神经细胞讯号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机理,曾取得一系列杰出的成就,对于如孤独症等精神疾病的治疗,有着重要的影响。张明杰教授于2011年当选为中科院院士,2015年当选为香港科学院创院院士。

张明杰教授说:“SynGAP和PSD-95在学习和记忆中起着重要的作用,它们突变与自闭症和癫痫一类的疾病有关联,但对于这两种蛋白执行它们功能的确切机制却不是很清楚。我们通过一种多层面方法研究了SynGAP/PSD-95复合体,获得了一个意外的研究发现: 活细胞可以‘借用’一个非常基本的现象——相变来将不同的功能部件置于特异的细胞位点。每个人都在我们的日常生活中看到过相变。液态水变成冰就是一种相变形式。活细胞可以选择性地‘挑拣’某些蛋白或核酸经历相变,形成一种非膜封闭的细胞区室,由此可以调控它们的生理功能。

这项研究还只是开始梳理了其他蛋白共同促成PSD形成和脑活动依赖性改变的机制。我们还希望争取阐明其他的突触,例如神经元/肌肉连接是否也采用了这种相变策略来构建它们的PSDs。”

论文的第一作者、张明杰教授实验室博士生曾梦龙(Menglong Zeng)说:“我们的研究还认识了改变SynGAP/PSD-95互作的突变可以促成包括癫痫、自闭症和智障在内的各种脑功能障碍的原因,这一系列的疾病过去没有有效的治疗方法。我们相信,我们的研究发现将启发一些新的思考,为研究这些疾病的治疗方法做出积极的贡献。”

作为结构生物学领域著名的科学家,张明杰院士深知,但凡杰出的科研成果的出现,一定离不开一支非常优秀的团队的长期的精诚合作、齐心奋斗。所以,十几年来,他坚持亲临一线工作,只要没有特殊情况,每天必定到实验室与学生交流讨论,风雨无阻。他经常与学生共进午餐,详细了解学生工作、生活的方方面面,并根据日常的点滴细节,部署长远的工作计划与安排。

居里夫人曾说过:一位从事研究工作的科学家,就像是一个小孩儿,在大自然的景色中,好像迷醉于神话故事一般,迷醉于大自然的景色。”张明杰院士多年来奋斗在结构生物学领域,正如一个迷醉于神话和美好景色的孩子,孜孜不倦,不忘初心、充满热情去开展科学探索工作,无论前路鲜花芬芳还是荆棘布满,他始终以自己的勤奋、执着、敏锐、勇毅、果敢引领并影响着一届又一届学子,让学生们坚信——科学本身具有伟大的美,我们终生埋头在实验室工作,这是一份幸福而充满魅力的事业!

再次隆重祝贺张明杰院士团队所取得的杰出的成就!

 

附:张明杰院士团队近五年重要研究成果

时间

                       主要研究成果

2011

张明杰教授领导研究团队在世界顶级杂志CellMolecular Cell杂志上发表了两篇研究论文。在Cell文章中研究人员解析了其中的PDZ5和PDZ4之间的相互作用及这种作用所产生的作用,这对于进一步研究分析INAD蛋白,以及相应的氧化还原作用具有重要的意义。在Molecular Cell文章中,他们揭示了Par3/mInsc/LGN 和NuMA/LGN/Gαi复合体在细胞不对称分裂中连续及部分重叠的功能。这一研究发现为研究人员更深入地了解细胞不对称分裂机制提供了新的研究数据。

2011

张明杰教授及他的研究团队2月11日在Science杂志上发表了题为 Structure of MyTH4-FERM Domains in Myosin VIIa Tail Bound to Cargo的论文,该论文研究了肌动蛋白7a的突变如何导致先天性失聪失明。

2015

张明杰院士团队让小鼠myosin-1c与无钙的钙调蛋白结合,获得了完整尾部复合体的晶体结构,并由此揭示了钙调蛋白调控肌球蛋白的分子机制。这一成果发表在1月的Nature Structural & Molecular Biology杂志上。

2016

2016年3月,张明杰院士团队在Nature Reviews Neuroscience杂志上发表了一篇综述文章,概述了MAGUK介导的突触蛋白质复合物形成及调控,将焦点放在了近期一些生物化学和结构研究的新发现上。这些机制研究表明,蛋白质磷酸化往往直接调控了MAGUK组织的复合物形成,表明了神经元活动与突触中动态蛋白质组装之间的密切联系。

文章链接:

Menglong Zeng, Yuan Shang, Yoichi Araki, Tingfeng Guo, Richard L. Huganir, Mingjie Zhang.Phase Transition in Postsynaptic Densities Underlies Formation of Synaptic Complexes and Synaptic Plasticity. Cell, Vol. 166, Issue 5, p1163–1175.e12

 

张明杰院士:



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