編者按

“茍日新、日日新、又日新”，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。華中大始終以引領(lǐng)科技進(jìn)步為己任，在“謀創(chuàng)新”中“謀未來”，創(chuàng)造一項(xiàng)又一項(xiàng)驕人的科創(chuàng)成果！

金馬在《21世紀(jì)羅曼史》中如是說，“以空前未有的熱情，煥發(fā)青春的創(chuàng)新功能，激發(fā)人人獨(dú)特的創(chuàng)新精神，使民族的、國家的創(chuàng)新智慧來一個(gè)總爆發(fā)！使個(gè)體的、群體的創(chuàng)新潛能來一個(gè)大爆發(fā)！”

“科”創(chuàng)未來，旨在帶領(lǐng)大家了解華中大最新科研資訊。我們頌揚(yáng)那些深耕科技興邦國的大師們，同時(shí)也在華中科技大學(xué)這片土地上，期待一個(gè)又一個(gè)的騰飛。

生命學(xué)院栗茂騰課題組解析人工異源四倍體雜種蘿卜甘藍(lán)基因表達(dá)模式

12月1日，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院栗茂騰教授課題組在園藝領(lǐng)域排名第一的期刊Horticulture Research發(fā)表了標(biāo)題為 “Genome-wide unbalanced expression bias and expression level dominance towardBrassica oleraceain artificially synthesized intergeneric hybrids ofRaphanobrassica”的研究論文，揭示了人工合成新種質(zhì)角果中的基因表達(dá)模式。

Raphanobrassica的角果出現(xiàn)了非常有趣的表型，可明顯分為上下兩個(gè)部分。對(duì)其角果不同部位進(jìn)行基因表達(dá)模式研究對(duì)揭示多倍性的遠(yuǎn)緣雜種進(jìn)化等具有重要意義。該文對(duì)Raphanobrassica及其親本蘿卜和甘藍(lán)在花后35天角果皮和種子中的基因表達(dá)模式進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Raphanobrassica角果皮的上部、中部、下部及種子中40%左右基因的表達(dá)水平呈現(xiàn)為甘藍(lán)顯性（Expression level dominance），進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)Homoeolog expression bias總體上明顯偏向于甘藍(lán)，但不同部位的偏向性有所差別。和親本材料相比，Raphanobrassica角果中大量基因的表達(dá)水平都出現(xiàn)了明顯下調(diào)，發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)錄組休克（Transcriptome shock）現(xiàn)象。

遠(yuǎn)緣雜交是種質(zhì)資源創(chuàng)新的主要途徑之一，項(xiàng)目組吳江生教授通過蘿卜和甘藍(lán)雜交，結(jié)合連續(xù)多年田間和實(shí)驗(yàn)室選擇獲得了遺傳穩(wěn)定的屬間雜種Raphanobrassica（蘿卜甘藍(lán)，2n=4x=36）。栗茂騰教授課題組前期研究表明，人工合成的異源四倍體蘿卜甘藍(lán)新種質(zhì)具有優(yōu)良的抗根腫病和抗菌核病特性，在抗病育種中具有很好的應(yīng)用前景。

航空航天學(xué)院胡元太教授課題組提出壓電PN結(jié)性能調(diào)控的人工勢(shì)壘方法

我校生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、國家納米藥物工程技術(shù)研究中心李子福教授、楊祥良教授在國際著名期刊Theranostics上發(fā)表了題為“Tumor-specific activatable biopolymer nanoparticles stabilized by hydroxyethyl starch prodrug for self-amplified cooperative cancer therapy”的研究論文。

據(jù)了解，當(dāng)器件結(jié)構(gòu)具備壓電性與半導(dǎo)體性耦合特征時(shí)，機(jī)械變形能夠誘發(fā)人工勢(shì)壘。利用人工勢(shì)壘可對(duì)PN結(jié)空間電荷區(qū)進(jìn)行構(gòu)型改造，從而提高界面區(qū)域的載流子復(fù)合率，促進(jìn)電子電流與空穴電流的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)壓電PN結(jié)性能的提升。

胡元太等人摒棄半導(dǎo)體物理中的耗盡層近似和小注入假設(shè)，打開PN結(jié)勢(shì)壘區(qū)域以充分顯示界面附近劇烈變化的物理過程，建立了多物理場(chǎng)與載流子耦合的壓電PN結(jié)分析模型，提出了人工勢(shì)壘調(diào)控方法，開展了人工勢(shì)壘與空間電荷區(qū)的耦合作用分析。他們的研究結(jié)果顯示：張應(yīng)力模式人工勢(shì)壘對(duì)空間電荷區(qū)進(jìn)行構(gòu)型重建后輸出的I-V特性得到大大提升，而壓應(yīng)力模式人工勢(shì)壘在與空間電荷區(qū)發(fā)生強(qiáng)的相互作用后其輸出性能也能得到有效提高。這表明前者應(yīng)該作用于空間電荷區(qū)之內(nèi)，而后者應(yīng)該作用于空間電荷區(qū)之外。他們的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜濃度為1×1021m-3且加載寬度等于空間電荷區(qū)尺寸時(shí)，張應(yīng)力模式可提高PN結(jié)輸出電流至原輸出電流的7.16倍，而壓應(yīng)力模式則可提高至原輸出電流的5.18倍。該項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)壓電電子器件的性能調(diào)控提供了一種思路，對(duì)新型壓電電子器件的研發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

生命學(xué)院李子福教授楊祥良教授在羥乙基淀粉智能納米藥物方面取得新進(jìn)展

在過去幾年中，化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法 (CDT) 已成為一種有前景的腫瘤特異性癌癥治療策略，它采用芬頓反應(yīng)將內(nèi)源性H2O2（腫瘤細(xì)胞中的高水平）轉(zhuǎn)化為劇毒的羥基自由基來殺死癌細(xì)胞。不幸的是，腫瘤細(xì)胞中高濃度的谷胱甘肽以及低的芬頓催化活性嚴(yán)重限制了CDT的治療效率。

針對(duì)以上問題，我校生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、國家納米藥物工程技術(shù)研究中心李子福教授、楊祥良教授在國際著名期刊Theranostics上發(fā)表了題為“Tumor-specific activatable biopolymer nanoparticles stabilized by hydroxyethyl starch prodrug for self-amplified cooperative cancer therapy”的研究論文。

本研究通過使用多巴胺和銅離子作為前體，利用課題組前期制備的氧化還原響應(yīng)性羥乙基淀粉前藥（HES-SS-DOX）作為穩(wěn)定劑，采用簡(jiǎn)單的“一鍋”配位聚合策略制備了一種生物安全、穩(wěn)定且腫瘤微環(huán)境可激活的智能納米藥物。在該納米藥物中，銅離子的摻雜能夠大大提高聚多巴胺的光熱效應(yīng)，優(yōu)異的光熱效果能夠進(jìn)一步提高CDT催化效率，同時(shí)促進(jìn)化療藥物阿霉素的釋放；銅離子的還原和羥乙基淀粉前藥中二硫鍵的斷裂都會(huì)消耗內(nèi)源性的谷胱甘肽，從而進(jìn)一步放大腫瘤細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激。此工作設(shè)計(jì)的羥乙基淀粉基納米藥物在體內(nèi)外研究中都顯示出良好的治療效果，低的毒副作用，有望為未來設(shè)計(jì)腫瘤特異性可激活的高效抗腫瘤納米藥物提供新的見解。

寧康團(tuán)隊(duì)在利用微生物組大數(shù)據(jù)靶向高效輔助預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)領(lǐng)域取得突破

日前，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院寧康教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國密歇根大學(xué)計(jì)算醫(yī)學(xué)與生物信息系張陽教授團(tuán)隊(duì)，在利用微生物組大數(shù)據(jù)靶向高效輔助預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)領(lǐng)域取得突破。該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研究成果“Decoding the link of microbiome niches with homologous sequences enables accurately targeted protein structure prediction”12月7日發(fā)表在在國際知名學(xué)術(shù)雜志美國國家科學(xué)院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS。寧康教授、張陽教授為并列通訊作者，博士生楊朋碩和博士后鄭偉為并列第一作者。

該研究通過解析不同生態(tài)位下的微生物組與蛋白結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在世界上首次在宏觀層面發(fā)現(xiàn)了來源于微生物組的同源序列在不同生態(tài)位中的不均衡分布和富集特征；進(jìn)而利用富集特征構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型用于預(yù)測(cè)未知結(jié)構(gòu)蛋白的同源序列的來源微生物組的生態(tài)位，高效補(bǔ)充同源序列。通過收集42.5億的微生物組蛋白(來自地球上最主要的四個(gè)生態(tài)位：腸道，湖水，土壤，發(fā)酵罐)，該團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)出了1,044個(gè)未知結(jié)構(gòu)蛋白的可靠結(jié)構(gòu)(占當(dāng)前Pfam蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)中未知結(jié)構(gòu)蛋白總數(shù)的約1/8)。通過解析微生物組生態(tài)位與預(yù)測(cè)出的1,044個(gè)蛋白結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)后，發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)位的微生物組數(shù)據(jù)對(duì)不同蛋白結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)能力存在差異。而這一預(yù)測(cè)能力的差異通過對(duì)微生物數(shù)據(jù)補(bǔ)充同源序列的邊際效應(yīng)和微生物數(shù)據(jù)的利用效率的評(píng)估得到進(jìn)一步的定量描述。

該研究是系列研究“利用宏基因組數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)輔助蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)”的第二期工作。在第一個(gè)研究中，該合作團(tuán)隊(duì)利用海洋微生物組大數(shù)據(jù)輔助預(yù)測(cè)蛋白結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)出可靠結(jié)構(gòu)的蛋白結(jié)構(gòu)參與海洋微生物組中重要的光合作用通路，初步揭示了微生物組與構(gòu)建的蛋白結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，一期研究于2019年11月發(fā)表在生物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Genome Biology。

而作為二期工作，該研究在更加宏觀層面驗(yàn)證了這一重要的微生物組-序列-蛋白結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性，并且構(gòu)建了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的靶向方法來更高效地利用微生物組輔助預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能。一方面，該工作可以作為利用宏基因組序列輔助預(yù)測(cè)蛋白結(jié)構(gòu)并解析其潛在功能的”藍(lán)皮書”，為進(jìn)一步完善蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法指出了方向。另一方面，該工作首次發(fā)現(xiàn)了來源于微生物組的同源序列在不同生態(tài)位中的不均衡分布和富集特征，為更深入的理解功能基因的適應(yīng)性進(jìn)化提供了新的視角。

劉劍峰教授課題組關(guān)于GABAB受體激活機(jī)制研究又多一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)

G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是人體最大的細(xì)胞膜受體蛋白家族，參與調(diào)控多種重要生理功能，是藥物研發(fā)的重要靶點(diǎn)，直接或間接靶向它們的上市藥物超過50%。γ-氨基丁酸（GABA）B型（GABAB）受體是中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA的代謝型受體，屬于C族GPCR，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)及多種不同組織中廣泛分布，其介導(dǎo)的GABA系統(tǒng)功能紊亂與許多神經(jīng)疾病有關(guān)，如焦慮、抑郁、癲癇、自閉癥、藥物成癮和精神分裂癥等，是重要藥物靶點(diǎn)之一。目前，針對(duì)GABAB受體的上市藥物只有正位激動(dòng)劑如巴氯芬（Baclofen）。正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（PAM）是GABAB受體新型配體，通過作用于受體特異性變構(gòu)調(diào)節(jié)位點(diǎn)調(diào)控GABAB受體活性，具有很好的受體特異性和藥理學(xué)特性。多種動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，GABAB受體PAM可以協(xié)同正位配體有效改善如藥物成癮和疼痛等多種疾病癥狀，并具有全新的藥效特點(diǎn)。

GABAB受體特異性PAM可以為天然配體GABA生理效應(yīng)的時(shí)空特異性調(diào)控提供幫助，具備激動(dòng)劑效應(yīng)可以直接激活GABAB受體的PAM（ago-PAM）為相關(guān)疾病治療提供了新的可能。但是，GABAB受體特異性PAM的激動(dòng)劑效應(yīng)尚無法直接預(yù)測(cè)，ago-PAM激動(dòng)劑效應(yīng)的具體作用機(jī)制尚不清楚。

國際知名期刊eLife在線發(fā)表了生命學(xué)院學(xué)院劉劍峰教授團(tuán)隊(duì)題為“Allosteric ligands control the activation of a class C GPCR heterodimer by acting at the transmembrane interface”（變構(gòu)配體通過跨膜相互作用界面控制C族GPCR異源二聚體激活）的最新科研成果。

劉劍峰教授課題組延續(xù)之前的研究成果，采用不同功能實(shí)驗(yàn)方法對(duì)3種GABAB受體特異性PAM在多種不同組合嵌合體受體以及大量突變體受體中表現(xiàn)出的功能特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)：1）雖然3種PAM具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，但它們都作用于GABAB受體激活過程中兩個(gè)亞基跨膜螺旋6（TM6）相互作用界面形成的結(jié)合口袋之中，并通過跟不同的氨基酸殘基相互作用穩(wěn)定受體的這種特異性活性構(gòu)象來介導(dǎo)受體的激活效應(yīng)；2）位于GB2亞基七次跨膜結(jié)構(gòu)域一個(gè)特異性較深區(qū)域的氨基酸殘基可以控制GABAB受體的組成性活性，進(jìn)而直接參與ago-PAM激動(dòng)劑效應(yīng)的調(diào)控；同時(shí)C族GPCR其他成員如mGlu5受體中的相同拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)區(qū)域也可以調(diào)控受體的組成性活性。GABAB受體ago-PAM直接激活受體的作用機(jī)制研究為我們更好地理解GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)的功能多樣性提供了幫助，為針對(duì)GABAB受體的新藥研發(fā)提供了新的思路。此外，這些配體-受體相互作用和功能特性的機(jī)制原理對(duì)C族GPCR其他成員的相關(guān)研究具有借鑒意義，也為針對(duì)這一重要GPCR受體家族成員的新藥開發(fā)提供了進(jìn)一步的理論支持。

此項(xiàng)工作是劉劍峰教授課題組對(duì)GABAB受體激活機(jī)制研究的又一重要發(fā)現(xiàn)。由我校生命學(xué)院、教育部分子生物物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后劉磊和博士生范治然在劉劍峰教授指導(dǎo)下，同法國國家科研中心功能基因研究所Pin & Rondard課題組以及西班牙加泰羅尼亞高級(jí)化學(xué)研究所藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作完成的。

華中科技大學(xué)本科招生工作辦公室

來源 / 華中大新聞網(wǎng)

編輯 / 羅宇慧

校對(duì) / 姚子藝

審核 / 胡濤