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生命科学联合中心举办

2017年度第三次PI学术交流会议

 

生命科学联合中心2017年度第三次PI学术交流会议于2017927日在清华大学医学科学楼B416会议室顺利举办。来自清华大学和北京大学的60余位老师齐聚一堂,就生命科学领域前沿课题进行了深入探讨和交流。

本次交流会由生命中心PI李海涛主持。本期交流会的第一部分由生命中心PI魏平做了题为“Design of Cellular Dynamics: a synthetic approach to understand the encoding and decoding mechanisms”的报告。周期性振荡在生命活动中是一种普遍存在的现象,如昼夜节律,细胞周期和胚胎发育等。近年来新兴的合成生物学,通过人工构建的方式可以重新设计和实现包括振荡在内的一系列复杂的生命过程。区别于传统的生物工程,合成生物学侧重在系统层面上,对细胞内由分子构成的相互作用网络进行设计和重建,而不只是改造细胞内单个的基因或蛋白质。经过亿万年的进化,细胞能够感知各种环境信号,并做出相应的反应,从而实现胞外信息与胞内信息的传递和转化。在此过程中,多种关键转录因子呈现出丰富的动力学行为,如p53Msn2等转录因子的活性会随时间周期性地变化。天然的振荡行为背后,存在着一般性原则。为了探究这种一般性原则,利用合成生物学“以建易学”研究思路,从头设计模块化的分子元件,系统化调制动力学参数,实现了不同的细胞功能。NFκB是高等动物细胞中一类和免疫、发育、细胞存活和凋亡等多种生命活动相关的转录因子,但在酿酒酵母细胞中并未发现存在与其相关的蛋白。将人源的NFκB转移到酵母中去,并人工设计一个负反馈调控的信号回路,使其产生振荡的动力学行为。通过定义波形的一系列概念,量化了动力学行为的不同指标。在这一简单但高度可调控的系统中,改造启动子的表达强度以及蛋白质的降解强度,可以定量调控振荡周期。加入组成型表达的抑制因子IκBα后,降低了振荡行为的背景噪音。此外,通过构建数学模型发现,在单层负反馈的基础上加入双层反馈,可以实现对波峰间距的单一性调控而不影响振荡的峰形。实验结果也进一步印证了这一预测。最后,魏平总结了自己近年针对NFκB信号网络的研究结果,他们研究了常见的NFκB二聚体与κB位点的特异性,通过在酵母中人工设计NFκB的信号回路探究了周期性振荡的一般性原则,未来将继续探究不同NFκB二聚体对下游靶基因的差异性调控。

现场的多位PI针对IκBα的核质穿梭、酵母细胞振荡行为的同步化与否、是否可以通过模型计算出信号开关的阈值,以及能否利用外界刺激改变细胞的生长周期等实验细节或延伸工作提出了疑问和建议,魏平对此一一做出了详细的解答。


图为魏平老师做学术报告

本期交流会第二部分由生命中心PI朱听为大家做了题为“Building mirror-image biological system”的报告,该报告详细介绍了课题组在镜像生物学领域取得的研究成果。地球上已知所有生物都具有手性均一的特征,即构成生命的蛋白质几乎均由L型氨基酸组成,而DNARNA均由D型核糖组成,迄今为止还没有证据表明反手性生命系统在进化中曾经出现过。朱听首先介绍了课题组与同为生命中心PI的刘磊课题组合作使用化学合成方法构建了基于镜像ASFV pol X聚合酶的遗传信息复制与转录系统。该研究结果表明镜像DNA的复制与转录同样遵循碱基互补配对原则,并具有良好的手性特异性。由该镜像分子系统聚合得到的镜像DNA核酶实现了与天然DNA核酶相同的自剪切功能。基于上述研究成果,该合作团队近期成功合成了聚合效率更高的镜像Dpo4聚合酶。该酶具有358个氨基酸,是目前通过化学方法合成的最大的蛋白,并且具有良好的耐热性,可以用于标准的镜像PCR反应。朱听最后展望了该领域未来的研究方向和可能的实际应用,并感谢了生命中心对该研究的支持。

 

图为朱听老师做学术报告

 

生命中心PI学术交流会倡导发扬学术创新精神,交流会为清北两校生命科学、医学、药学、化学等前沿学科的交流与合作架起了新的桥梁,营造了良好的学术气氛,促进生命中心学术水平不断提高。

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