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中国科学院核酸生物学重点实验室

徐平勇  博士 研究员 博士生导师  

中科院生物物理所,中国科学院核酸生物学重点实验室,研究组长

研究方向:1. 超分辨显微成像探针、方法及重要生物过程的可视化研究;2. 蛋白质进化、检测与活性操控;3. 代谢性疾病分子机制研究。

电子邮件:pyxu@ibp.ac.cn

电       话:010-64888808

通讯地址:北京市朝阳区大屯路15号(100101)

英文版个人网页:http://english.ibp.cas.cn/faculty/index_18316.html?json=http://www.ibp.cas.cn/sourcedb_ibp_cas/cn/ibpexport/EN_xsszmX_Y/202005/t20200519_5582969.json

 

简       历:

  1992 - 1996  华中师范大学化学学院化学教育专业,大学本科

  1996 - 2000  华中师范大学化学学院有机合成专业,硕士

  2000 - 2004  华中科技大学生命科学与技术学院生物医学工程,博士

  2004 - 2006  中国科学院生物物理研究所生物物理专业,博士后、助理研究员

  2006 - 2010  中国科学院生物物理研究所,副研究员

  2010 - 2020  中国科学院生物物理研究所,研究员

  2020 - 至今  中国科学院生物物理研究所,长聘研究员

获奖及荣誉:

  2008年 国家自然科学奖二等奖(第二完成人)

  2009年 卢嘉锡青年人才奖

社会任职:

  中国生物物理学会现代生物物理技术与方法分会专业委员会秘书长

  中国化学会生物物理化学分会专业委员会委员

研究方向:

  1. 超分辨显微成像探针、方法及重要生物过程的可视化研究

  超高分辨率显微成像技术能够突破衍射极限,提供生物大分子纳米尺度的定位和结构信息,是生物成像的研究热点和发展趋势,为解决生命科学领域的诸多问题提供了新的可能。该技术获得了2014年诺贝尔化学奖。

  光学仪器、荧光探针和算法是超分辨成像领域中的三个重要方向。本课题组致力于超分辨成像探针和方法的创新研究,通过发展新型荧光蛋白探针和成像方法来提高成像的时空分辨率。本课题组是国内第一个开始做超分辨成像探针方向的课题组,在超分辨成像领域荧光探针方向做出了系统性的国际领先的研究成果,既为当前多种超分辨成像技术提供了性质最优的成像工具,又极大地提高了这些成像方法的时空分辨率和生物学应用。

  课题组为当前常用的超分辨成像方法发展了多种荧光蛋白探针,例如,开发出了第一个可以在传统电镜制样下保持荧光的荧光蛋白,在最大程度保持生物样品超微结构的同时,首次实现了同层切片的高精度超分辨光电关联,推动高精度三维光电关联成像在大尺度厚样品(如脑组织)中的应用(Nature Methods,2020)。为PALM/STORM、SOFI、NL-SIM等多种超分辨成像技术发展了对应的荧光蛋白探针,极大地提高了成像的时空分辨率。其中mEos3.2(Nature Methods,2012)和Skylan-S(ACS Nano,2015)分别为单分子定位成像和SOFI成像的金标准探针;利用开发的Skylan-NS探针和PA NL-SIM技术首次将活细胞超分辨成像的空间分辨率从100 nm 提高到45 nm(PNAS,2016)。所发展的超分辨探针基本都是当前多种超分辨成像技术的"明星"探针,其优异特性得到了国际同行的一致认可,被国内外200 多个实验室广泛应用于泛素化降解、端粒酶功能、细胞分裂、病毒抵抗、神经细胞的通道组成等研究领域。除了发展荧光蛋白探针以外,我们还发展基于单分子定位的活细胞超分辨成像新方法。我们发展了SIMBA(Cell Research,2017)和Quick-SIMBA(Nano Letters,2020)新方法,结合自主开发的pcStar探针,将活细胞成像的时空分辨率提高至0.1 s 和50 nm,将单分子定位超分辨成像从固定细胞推进到活细胞。还发展了海森(Hessian)单分子定位SR 成像方法(Biophysics Reports, 2018),能有效去除sCMOS 像素依赖的读出噪声,提高了单分子定位SR 成像的时空分辨率。方法学顶级期刊Nature Methods于2018年对徐平勇研究员进行了专题访谈,大量篇幅介绍了课题组在发展荧光蛋白提高超分辨成像时空分辨率方向上的成果和观点。这是国内科学家首次在方法学顶级杂志Nature Methods上的专题访谈。

  除了发展可用于超分辨成像的探针以外,我们还发展性能优异的功能探针。前期课题组发展了目前最优的红色pH敏感荧光蛋白pHmScarlet,实现了囊泡锚定和分泌步骤的同时检测和超分辨成像(Nature Communication,2021)。我们还发展了亚细胞器定位的钙功能探针,能同时检测钙浓度和定位。

  目前,课题组主要集中在发展可用于活细胞超高分辨显微成像技术的新一代荧光蛋白探针,可应用于光电联合显微成像技术的荧光探针等,并基于新型探针发展更高时空分辨率的活细胞超高分辨显微成像技术,并探讨它们在细胞生物学中的应用。另外,为了能够在更深的组织进行成像,本课题组正在发展高通量筛选双光子荧光蛋白的筛选设备和方法,进行双光子荧光蛋白的筛选和进化。

  我们发展的探针和方法最终将用于细胞内重要生物过程的可视化。我们将集中在神经元活性检测和环路示踪、染色质结构与表达调控两个方向上进行应用研究。当前在神经科学领域中应用超高分辨率方法研究蛋白的定位和相关功能研究尚处于早期阶段,表征神经元活性的探针和方法还有待于进一步的发展。本课题组将利用我们在荧光蛋白改造技术和方法上的优势,发展表征神经元活性的新型探针和方法,并在神经元中进行超高分辨成像定位和功能研究。染色质动态结构变化与疾病发生密切相关,课题组的另一个重点关注的生物学科学问题是应用发展的超分辨成像探针、活细胞超分辨成像方法以及光电关联成像等方法研究染色质结构与基因表达调控。

  2. 蛋白质进化、检测与活性操控

  蛋白质的数量/浓度和活性对于其行使功能至关重要。发展高灵敏度的探针和方法是检测蛋白质的数量/浓度、表针其在细胞中的定位和活性的有效手段。另外,低成本/微量血样/多蛋白检测技术在临床检测中具有极其广泛的应用,可以被广大医院用于检测感染微生物/肿瘤标志物/疾病诊断与分型等等。本课题将在前期荧光蛋白进化的基础上,发展高通量的纳米抗体制备技术,并发展基于纳米抗体的高灵敏、微量蛋白检测技术,以及蛋白活性操控技术,实现临床样品和活细胞中蛋白质的检测和活性调控。

  3. 代谢性疾病分型与分子机制研究

  肾病是临床上儿童和成人常见的高发疾病。足细胞是肾小球中的一种关键细胞,其结构和功能对于肾小球的功能至关重要,足细胞结构和功能的障碍往往会导致肾病的发生。细胞骨架在足细胞的功能以及肾小球的多级结构中发挥重要作用。课题组将通过研发的定位和功能探针、利用发展的超分辨成像等技术,对临床上高发的肾脏疾病为研究对象,寻找和发现新的诊断标志物,用于不同临床表现的肾病的精准分型,并研究可能的致病机制。

  肝脏是人体代谢中枢,具有解毒、分泌、免疫调节等多种重要功能,肝脏功能失调会导致肝炎、脂肪肝、肝癌等疾病。另外,肝脏与多种其它疾病密切相关。课题组将通过建立和发展时间分辨的肝脏分泌组学的检测技术,研究在饥饿与饱食、不同饮食等营养状态、肝脏病理条件以及其它疾病对肝脏分泌和功能的影响。

承担项目情况:

  1. 在研项目:

  国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目,课题负责人

  国家自然科学基金面上项目,课题负责人

  中国科学院计划-战略性先导专项B, 课题、子课题负责人

  2. 已结题项目:

  国家自然科学基金创新研究群体项目,课题骨干

  国家重点基础研究发展计划项目,子课题负责人

  国家重点研发计划项目,课题骨干

  国家自然科学基金面上项目,课题负责人

  中国科学院计划-战略性先导专项B,子课题负责人

  北京市自然科学基金重点项目,课题负责人

授课情况:

  1. 自2015年以来作为分子生物学、生物化学与分子生物学实验的主讲人为中国科学院大学本科学生授课,其中分子生物学被评为中国科学院大学学校和生命科学学院精品课程。

  2. 自2014年以来,作为医学成像技术、细胞成像技术的参讲人为中国科学院研究生授课。

  3. 指导学生获得第七届北京市大学生生物学竞赛一等奖。

课题组成员及学生信息:

合照

  1. 工作人员:

  张名姝,研究员,中国科学院生物物理研究所博士毕业http://www.ibp.cas.cn/sourcedb_ibp_cas/cn/ibpexport/zkyqchhy/202003/t20200317_5516398.html

  袁琳,副研究员,重庆大学博士毕业

  贺文婷,工程师,北京理工大学硕士毕业

  薛福东,博士后,中国科学院生物物理研究所博士毕业

  2. 在学研究生生源:

  毕业于中国科学技术大学、中国科学技术大学、华中科技大学、吉林大学、中国农业大学等。

  3. 在学联合培养学生:

  北京大学、中国科技大学、华中科技大学、华中师范大学、中国科学院计算技术研究所、重庆医科大学等。

学生培养情况:

  1. 研究组培养情况:

  研究组每周召开组会,讨论课题进展,给予学生指导,同时紧跟研究发展,分析学习最新技术和相关研究进展。研究组鼓励学生参加国内外相关学科学术会议。

  2. 学生获奖情况:

  迄今为止,已有多名学生获得朱李月华优秀博士生奖学金、中国科学院生物物理研究所所长奖学金。

  3. 学生毕业情况:

  (1)国外高校或研究所:约翰霍普金斯、普渡大学等;

  (2)国内高校、研究所或企事业单位:中国科学院生物物理研究所、北京理工大学、西湖大学、中国科学院深圳先进研究院、福州医科大学等;

  (3)国内外公司:义翘神州等。

代表论著:

1. Liu, A., Huang, X., He, W., Xue, F., Yang, Y., Liu, J., ...Lin Y.* & Xu P.* (2021). pHmScarlet is a pH-sensitive red fluorescent protein to monitor exocytosis docking and fusion steps. Nature communications, 12(1), 1-12.

2. Fu, Z., Peng, D., Zhang, M., …& Xu, T.*, Xu, P.* (2020). mEosEM withstands osmium staining and Epon embedding for super-resolution CLEM. Nature methods, 17(1), 55-58.

3. Zhang, M., Fu, Z., Li, C., Liu, A., Peng, D., Xue, F., ... & Xu, T.*, Xu, P.* (2020). Fast super-resolution imaging technique and immediate early nanostructure capturing by a photoconvertible fluorescent protein. Nano letters, 20(4), 2197-2208. (Cover)

4. Yuan, L., Liu, Q., Wang, Z., Hou, J., & Xu, P.* (2019). EI24 tethers endoplasmic reticulum and mitochondria to regulate autophagy flux. Cellular and Molecular Life Sciences, 2019 Jul 22. doi: 10.1007/s00018-019-03236-9.

5. Yuan, L., Wang, H., Liu, Q., Wang, Z., Zhang, M., Zhao, Y., ... & Xu, T.*, Xu, P.* (2018). Etoposide-induced protein 2.4 functions as a regulator of the calcium ATPase and protects pancreatic β-cell survival. Journal of Biological Chemistry, 293(26), 10128-10140.

6. Xu, F., Zhang, M., He, W., Han, R., Xue, F., Liu, Z., Zhang, F.*, Lippincott-Schwartz, J.*, Xu, P.* (2017). Live cell single molecule-guided Bayesian localization super resolution microscopy. Cell research, 27(5), 713.

7. Zhang, X., Zhang, M., Li, D., He, W., Peng, J., Betzig, E.*, & Xu, P.* (2016). Highly photostable, reversibly photoswitchable fluorescent protein with high contrast ratio for live-cell superresolution microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(37), 10364-10369.

8. Du, W., Zhou, M., Zhao, W., Cheng, D., Wang, L., Lu, J., ... & Xue, Y.H.*, Xu, P.*, Xu, T.* (2016). HID-1 is required for homotypic fusion of immature secretory granules during maturation. Elife, 5, e18134.

9. Zhang, X., Chen, X., Zeng, Z., Zhang, M., Sun, Y., Xi, P.*, Peng, J.*, Xu, P.* (2015). Development of a reversibly switchable fluorescent protein for super-resolution optical fluctuation imaging (SOFI). ACS nano, 9(3), 2659-2667.

10. Chen, J. J., Jing, J., Chang, H., Rong, Y., Hai, Y., Tang, J., Zhang, J.*, Xu, P.* (2013). A sensitive and quantitative autolysosome probe for detecting autophagic activity in live and prestained fixed cells. Autophagy, 9(6), 894-904.

11. Jing, J., Chen, J. J., Hai, Y., Zhan, J., Xu, P.*, & Zhang, J. L.* (2012). Rational design of ZnSalen as a single and two photon activatable fluorophore in living cells. Chemical Science, 3(11), 3315-3320.

12. Zhang, M., Chang, H., Zhang, Y., Yu, J., Wu, L., Ji, W., ... & Zhang, J., Xu, P.*, Xu, T.* (2012). Rational design of true monomeric and bright photoactivatable fluorescent proteins. Nature methods, 9(7), 727.

13. Chang, H., Zhang, M., Ji, W., Chen, J., Zhang, Y., Liu, B., ... & Xu, P.*, Xu, T.* (2012). A unique series of reversibly switchable fluorescent proteins with beneficial properties for various applications. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(12), 4455-4460.

14. Hai, Y., Chen, J. J., Zhao, P., Lv, H., Yu, Y., Xu, P.*, Zhang, J. L.* (2011). Luminescent zinc salen complexes as single and two-photon fluorescence subcellular imaging probes. Chemical Communications, 47(8), 2435-2437. 

15. Ji, W., Xu, P., Li, Z., Lu, J., Liu, L., Zhan, Y., Hille, B.*, Xu, T.*, Chen L. *(2008). Functional stoichiometry of the unitary calcium-release-activated calcium channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(36), 13668-13673. (Pingyong Xu as co-first author)

16. Bai, L., Wang, Y., Fan, J., Chen, Y., Ji, W., Qu, A., Xu, P.*, James, D.E., Xu, T. (2007). Dissecting multiple steps of GLUT4 trafficking and identifying the sites of insulin action. Cell metabolism, 5(1), 47-57.

专 利:

1. 徐平勇,张法,徐帆,张名姝,贺文婷。一种贝叶斯显微成像方法。(专利号:ZL201610282305.5)

2. 徐平勇,徐涛,张名姝,付志飞,彭鼎铭。一种光控荧光蛋白。(申请号:201910486631.1)

 

(资料来源:徐平勇研究员,2021-11-22)