研究领域

本课题组的研究兴趣集中于有机化学、纳米化学、糖生物学、细胞生物学的交叉领域。我们综合应用化学方法、生物手段和纳米技术,研究生命科学中的重要问题。

1. 化学糖生物学(Chemical Glycobiology)
      蛋白质的翻译后修饰(posttranslational modification)是高等生物体的蛋白质组区别于简单生物体的一个最重要的特征。在蛋白质的众多翻译后修饰中,蛋白质的糖基化(glycosylation)最为普遍,结构也最为复杂多样。到目前为止,哺乳动物蛋白质组中已有超过50%的蛋白质被发现具有糖基化修饰,并且这一比例还在不断增加。 糖生物学也成为了后基因组时代最重要的研究领域之一。聚糖(Glycan)以与糖蛋白(Glycoprotein)、糖脂(Glycolipid)和蛋白聚糖(Proteoglycan)等缀合的形式主要集中于真核细胞表面、细胞外基质和细胞内。细胞表面糖基化参与调控细胞表面的各种生物识别过程,如细菌感染、病毒入侵以及细胞-细胞间相互作用等。而在细胞内,糖基化对蛋白输运和翻译等也起到重要的调控作用。糖基化修饰必须得到严格的调控,其改变或失调往往伴随着各种人类疾病,如糖尿病、炎症和癌症等。

      然而,相对于对蛋白质和核酸等生物大分子的研究,科学家们在对聚糖在分子层面的功能解析仍是滞后的。造成这一局面的最重要原因之一是由于聚糖的生物合成不受基因模板直接控制。这一特性导致聚糖,特别是修饰在蛋白质上的聚糖通常是多种多样、非均一的。这种微观非均一性使得适用于核酸及蛋白质的传统遗传学、生物化学与分子生物学研究方法难以完全移植到糖生物学的研究中。突破传统生物学方法局限性的糖生物学研究新方法新技术亟待发展。化学糖生物学这一交叉领域应运而生,迅猛发展。我们在这个领域中的研究重点是发展新的化学方法,实现在活细胞上对聚糖的修饰、监测和调控。

图1. (A)非天然糖代谢标记的基本原理:带有生物正交反应基团的非天然糖探针通过细胞的糖代谢合成途径,被表达于细胞表面的聚糖上;然后,被特异修饰的糖可以通过生物正交反应连接探针,用以在活细胞条件下研究聚糖的功能。(B)通过非天然糖代谢标记,对活细胞表面聚糖进行动态荧光成像。

2. 生物纳米技术
      细胞接收微环境中的各种信号,经信号传导网络传递到细胞核,从而调节各种生理过程,例如细胞生长、迁移、分裂。细胞信号传导过程必须在时间上和空间上得到严格的调控。信号传导时空调节的异常可以导致包括癌症等一系列疾病。近年来,基于传统生物化学、遗传学、结构生物学的研究让人们对细胞信号传导有了较多的了解。 然而,由于内在的局限性,传统的生物学技术和方法对信号传导的时空调控中的许多问题无法给予解答。因此,引入和发展新的实验技术是必须的。我们课题组采用化学方法、生物手段、纳米技术相结合的策略,在分子水平上深入研究细胞信号传导时间、空间的调控机制。另一方面,对信号传导时空调控机制的研究,可以促进纳米药物靶向传输体系的开发,并运用于相关人类疾病的治疗。


图2. 基于碳纳米管的细胞信号转导的光控激活技术。