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开创者: 生命健康科学进入黎明的“拓扑生物学(topobiology)”新时代

已有 3330 次阅读 2018-10-27 00:23 |系统分类:观点评述

 本课题组近20, 聚焦研究跨膜转录因子Nrf1的拓扑生物学,从拓扑发生、拓扑相变、拓扑形态、拓扑的生理病理学。开创了跨膜蛋白(占基因组总数的25-30%)拓扑生物学的新概念研究,同时还启发了"非膜蛋白"分子相变的拓扑生物学科研的新思路。我们鉴定了拓扑元(topogon)即拓扑决定域——确定细胞内分子拓扑定位及逆转位。拓扑矢量过程(topovectorial process)相变,决定了各拓扑亚型(topoform)结构域与功能域生化修饰的命运, 从而决定拓扑相关基因遗传 (topogenetics) 表达调控,势必确定拓扑形态发生与发展的生理病理过程。这些工作积累基础上,我们提出了一整套Nrf1拓扑生物学新概念,包括新的第三类动态(moving)跨膜蛋白、以及近膜蛋白质加工新模型(juxtamembrane proteolysis)。尤其在生命健康科学研究的定性定量不变之情况下,拓扑相变与形变决定了生命过程的生理病理状态与功能。为此,值得庆幸的是:拓扑生物学诞生于中国,趋势生命健康科学研究,进入了黎明的“拓扑生物学”新时代。另外,我们还颠覆性发现了——血浆中存在的第一个分泌型转录因子Nrf1D


香山会议的投稿摘要300字左右)

1.       研究重点及创新想法与创新思路

课题组研究重点聚焦于Nrf1跨膜拓扑生物学及其生理病理学意义。创新融合了一系列科研思路与方法,鉴定了跨膜转录因子Nrf1的功能激活域,在拓扑矢量过程中如何被转位包埋于内质网腔内,又如何逆转位出内质网之前的胞浆侧近膜蛋白质加工,从而调控靶基因表达的生理病理变化——细胞形态拓扑表型。蛋白分子跨膜两端的不同净电荷属性、膜脂成分的生化物理特性、膜周环境氧化还原(redox) 状态以及pH值变化,都会影响 Nrf1拓扑元件所决定的结构域与功能域的拓扑相变,进而决定其生物生理学形态与功能。这一特性与数学及物理学上的拓扑具有异曲同工之妙,但与传统的进化发育上的“拓扑形态发生学”相比,Nrf1作为一个模式分子研究,非定量定性的“拓扑”改变,致使形态与功能变化,因此更贴近其本意,这才是真正意义上的"拓扑生物学"。这一创新研究定义了拓扑生物学,另辟了当今大数据与精准科学研究所不能及的一个崭新领域。因此,“拓扑生物学”这一个新领域开启,必将趋使生命健康科学研究,进入了“拓扑生物学”黎明的新时代。

2.       未来可能产生的重大技术变革

拓扑生物学的深度科研, 开创了跨膜蛋白(占基因组近25-30%)新思维,势必突破跨膜蛋白之生命科学研究的瓶颈,迎接一个崭新的未来集数学物理之基础的生命科学研究新局面。同时,还扩展了非膜蛋白分子相变的拓扑生物学科研的新思路,尤其在生命健康科学研究的定性定量不变之情况下,拓扑相变与形变决定了生命过程的生理病理状态与功能。因此,必将为未来生命健康科学研究带来重大理论创新、以及重大疾病科学诊疗技术变革。

 





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4 郑强 魏焱明 周向军 彭健

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