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  孙飞 博士 研究员 博士生导师 

  国家“万人计划-青年拔尖人才项目”获得者

  “长江学者奖励计划” 青年学者,2017第一届中国冷冻电镜杰出贡献奖

  中科院生物物理所,生物大分子国家重点实验室,创新课题组组长

  中科院蛋白质科学研究平台生物成像中心首席科学家(兼主任)

  研究方向:生物大分子复合体(如膜蛋白、超分子蛋白复合体)的结构与功能

  电子邮件(E-mail ) feisun@ibp.ac.cn,电话(Tel) 010-64888582

  传真(Fax) 010-64871293,邮政编码 100101

  个人网站蛋白质科学研究平台生物成像中心网站 

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  简历 & 研究组工作摘要

  1997-2001  南京大学基础教学强化部,获理学学士学位

  2001-2006  清华大学医学院,获生物物理学博士学位

  2006-今     中国科学院生物物理研究所,研究员;课题组组长;蛋白质科学研究平台生物成像中心首席科学家(兼主任)。

  2018.01-今  中国科学院大学, 生命科学学院, 长江青年学者

  研究组工作摘要

  本研究组的主要研究兴趣是生物大分子复合体(如膜蛋白、超分子蛋白复合体)的结构与功能。我们的研究目标是综合多种结构生物学研究手段(以冷冻电镜技术和X射线晶体学技术为主)并发展新的结构研究技术方法,在多尺度上(从纳观到介观)和多层次上(体外和体内),来研究生物系统的高分辨率构造。在未来的五年内,我们研究组的研究重点包括了三个方面:线粒体动态和生物膜动态的分子机制,复杂超大分子复合体的结构与功能,以及生物显微成像方法学(主要是图像处理算法)研究。

  一、线粒体动态和生物膜动态的分子机制

  线粒体是细胞内生产能量(ATP)的细胞器。除了作为“能量工厂”,线粒体的生理状态直接影响和调控了细胞的凋亡过程和细胞内的钙离子平衡。因此,合适的线粒体的形态和空间分布与细胞的正常代谢和生命活动密切相关。线粒体的动态是指线粒体形态和空间分布的动态变化,其包括了线粒体的融合与分裂,以及线粒体沿细胞骨架的运动。我们的研究兴趣是理解线粒体融合分裂的结构基础和调节的分子机制,理解线粒体如何与马达蛋白/细胞骨架蛋白相关作用,回答线粒体运动方向的调节机理。线粒体的融合分裂主要过程是线粒体内外膜的变形和相变,其中涉及到生物膜形态的维持和变化,我们对其中的分子机制十分感兴趣,对于这一分子机制的充分解析将对于我们进一步理解各种细胞器(如线粒体)的生成和变化具有重要意义。

  二、复杂超大分子复合体的的结构与功能

  生物大分子的结构与功能一直是蛋白质科学领域的前沿与热点,当前的焦点更是集中在具有重要生物学功能的生物大分子复合体【由多种蛋白质与核酸(也包括脂肪酸和多糖分子)组装形成的能够相对独立完成某一个分子生物学过程的动态复合体】结构功能研究上。大多数生物大分子复合体其分子量巨大、组成复杂、结构动态多变,对这类复杂超大分子复合体的结构功能研究是当前结构生物学的重大挑战和世界性难题。最近几年,得益于直接电子探测相机和新型图像处理算法的应用,冷冻电镜三维重构技术特别是冷冻电镜单颗粒三维重构技术得到了突飞猛进的发展,成为研究复杂超大分子复合体结构功能不可替代的手段。我们充分利用我们在生物超大分子复合体样品制备和高分辨率冷冻电镜技术方面的优势,选择与线粒体动态、生物膜动态、囊泡转运、基因转录调控等过程相关的超大分子复合体为研究对象,在解析其近原子分辨率三维结构的基础上理解其功能的分子机制。

  三、生物显微成像高分辨率图像解析算法研究

  除X射线晶体学和核磁共振技术外,冷冻电镜三维重构技术已经成为当前结构生物学研究中的重要方法。在过去十几年中,该技术无法是在硬件、图像处理算法还是在样品制备技术方面都取得了飞速发展。根据生物样品的不同特性和形态,冷冻电镜三维重构技术包括了三种不同方法——单颗粒分析技术、电子断层成像技术和电子晶体学技术。如今,人们已经可以比较容易地利用单颗粒分析技术解析很多生物超大分子复合体的近原子分辨率(3~4埃)结构。然而在面对如何处理生物超大分子复合体的构象不均一性、如何将分辨率推进到2埃、如何提高解析的通量和速度等问题,尚有很多工作需要做,这些问题的有效解决将给结构生物学带来新的革命,解决这些问题的关键之一是发展新的图像解析算法,我们在这方面有很大的兴趣,将与国内相关研究组合作,发展基于新数学原理(如贝叶斯统计、压缩感知、小波变化等)的数据处理算法,以实现生物超大分子复合体原子分辨率(2埃)的结构解析为最终目标。此外,我们对电子断层成像技术中的图像处理算法也很有兴趣,并且有多年的积累,将发展相关算法研究并将之与单颗粒分析技术有机结合起来。

  代表性论文

  1. Li S., Ji G.*, Shi Y., Klausen L.H., Niu T., Wang S., Huang X., Ding W., Zhang X., Dong M., Xu W., and Sun F.* (2018), High-vacuum optical platform for cryo-CLEM(HOPE): a new solution for non-integrated multiscale correlative light and electron microscopy. Journal of Structural Biology, 201(1): 63-75.

  2. Lu G., Xu Y., Zhang K., Xiong Y., Li H., Cui L., Wang X., Lou J., Zhai Y.*, Sun F.* and Zhang X.C.* (2017), Crystal structure of E. coli apolipoprotein N-acyltransferase. Nature Communications, 8:15948.

  3. Li X., Ji G.*, Chen X., Ding W., Sun L., Xu W., Han H., and  Sun F.* (2017), Large scale three-dimensional reconstruction of an entire Caenorhabditis elegans larva using AutoCUTS-SEM. Journal of Structural Biology, 200(2): 87-96.

  4. Chen R., Gao B., Liu, X., Ruan F., Zhang Y., Lou J., Feng K., Wunsch C., Li S.M., Dai J.* and Sun F.* (2016), Molecular insights into the enzyme promiscuity of an aromatic prenyltransferase. Nature Chemical Biology (Advanced online at Dec. 19, 2016)

  5. Wei R., Wang X., Zhang Y., Mukherjee S., Zhang L., Chen Q., Huang X., Jing S., Liu C., Li S., Wang G., Xu Y., Zhu S., Williams A., Sun F.* and Yin C.C.* (2016), Structural insights into Ca2+ -activated long-range allosteric channel gating of RyR1. Cell Research 26: 977-994 (Cover story).

  6. Chen Y., Zhang Y., Zhang K.*, Deng Y., Zhang F.* and Sun F.* (2016), FIRT: filtered iterative reconstruction technique with information restoration. Journal of Structural Biology 195(1) : 49-61.

  7. Deng Y., Chen Y., Zhang Y., Wang S., Zhang F.* and Sun F.* (2016), ICON: 3D reconstruction with ‘missing-information’ restoration in biological electron tomography. Journal of Structural Biology 195(1) : 100-112.

  8. Zhang J., Ji G., Huang X., Xu W.* and Sun F.* (2016), An improved cryo-FIB method for fabrication of frozen hydrated lamella. Journal of Structural Biology 194(2): 218-223.

  9. Pang, X., Fan, J., Zhang, Y., Zhang, K., Gao, B., Ma, J., Li, J., Deng, Y., Zhou, Q., Egelman, E.H., Hsu, V.W.* and Sun, F.* (2014), A PH Domain in ACAP1 Possesses Key Features of the BAR Domain in Promoting Membrane Curvature. Developmental Cell, 31(1) : 73-86

  10. Zhou, Q., Li, J., Yu, H., Zhai, Y., Gao Z., Liu, Y., Pang, X., Zhang, L., Schulten K., Sun, F.* and Chen, C.* (2014), Molecular insights into the membrane-associated phosphatidylinositol 4-kinase IIα. Nature Communications, 5:3552.

  11. Zhang, Y., Wang, W., Chen, J., Zhang, K., Gao, F., Gao, B., Zhang, S., Dong, M., Besenbacher, F., Gong, W., Zhang, M., Sun, F.*, and Feng, W.* (2013) Structural insights into the intrinsic self-assembly of Par-3 N-terminal domain. Structure 21, 997-1006

  12. Wang, X., Xu, F., Liu, J., Gao, B., Liu, Y., Zhai, Y., Ma, J., Zhang, K., Baker, T. S., Schulten, K., Zheng, D.*, Pang, H.*, and Sun, F.* (2013) Atomic model of rabbit hemorrhagic disease virus by cryo-electron microscopy and crystallography. PLoS Pathog 9, e1003132

 

  资料来源:孙飞研究员,2018-02-01网页更新

                 
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