【直播】2月8日 | 第二届“化学生物学系列青年论坛” ｜第7期“化学生物学技术前沿”

第7期“化学生物学技术前沿”

2025年2月8日（星期六）

08:30-11:50

在线直播

直播链接：http://live.bilibili.com/23843035

郭子建  院士   南京大学

陈   鹏  教授   北京大学

季泉江   上海科技大学

黄   河   中国科学院上海药物研究所

江亚军   南京大学

王   晶   北京大学

杨   靖   广州国家实验室

叶   慧   中国药科大学

李铁海   中国科学院上海药物研究所

谭彩萍   中山大学

中国化学会化学生物学学科委员会

中国化学生物学青年组织委员会

北京大学化学与分子工程学院

樊新元  北京大学

基因编辑核酸酶化学生物学

CRISPR-Cas基因编辑系统可实现可编程的基因组靶向识别与编辑，在基础研究与临床实践领域具有重大应用前景。然而，当前广泛使用的 Cas9/Cas12a（>1300 氨基酸）存在分子量大、递送困难、脱靶严重、IP受限等缺陷，制约了其在基因治疗中的应用。本报告聚焦于小型及微型基因编辑核酸酶的发掘、作用机制、分子进化及其应用。首先，详细阐述小型 Cas9 核酸的发掘过程、催化机制，以及通过 PAM 进化拓展来扩大其靶点范围。其次，着重介绍近期新发掘与开发的三类新颖微型基因编辑系统：Cas12f、Cas12n 和 Cas12 hacker（400 - 700氨基酸）。这三类微型基因编辑系统分别借助核酸酶二聚化、长引导 RNA 以及劫持宿主硫氧还原蛋白等机制，实现复杂的基因组编辑功能。最后，介绍通过调控细菌内源修复通路等策略，实现对多种病原微生物基因组编辑的实际应用。这些新型基因编辑系统的成功开发，深化了对CRISPR基因编辑系统自然进化机制的认识，扩充了CRISPR基因编辑工具箱，并为疾病治疗应用提供了易于递送且具备自主知识产权的新颖工具。

蛋白质新型修饰发现及功能阐释

近年来，一系列蛋白质新型修饰的发现极大拓展了人们对疾病发生、发展过程的认识，并导向新的疾病治疗策略。因此，发现代谢物驱动的蛋白质新型修饰，探索其在生理、病理过程中的功能和调控机制，是发现疾病治疗新靶标、新机制的重要突破口。黄河团队工作聚焦于蛋白质新型翻译后修饰研究，构建了较为完整的蛋白质新型修饰研究技术体系。一方面发现蛋白新型翻译后修饰及其关键调控因子，并结合临床资源和数据揭示其在疾病演进过程中的作用机制；另一方面，鉴定代谢调节活性天然产物分子的作用靶标，阐释其通过翻译后修饰介导表型的新机制。通过上述研究，为揭示疾病演进新机制、发现可供干预的新靶标提供了重要的科学依据 。

核磁共振技术研究蛋白质机器的动态与调控

生命系统中的大多数蛋白质机器都是动态的，蛋白质机器的动态和功能的关系是最重要的问题之一。核磁共振技术的独特性使其能够提供蛋白质机器的瞬时相互作用、动态构象变化和别构调控等信息。通过核磁共振技术我们系统研究了控制蛋白质稳态平衡的核心蛋白质机器Hsp40-Hsp70的动态工作原理。研究结果表明Hsp40与底物的结合是非常动态的：Hsp40的四个底物结合位点能够同时识别底物上的十几个位点。这样的结合模式破坏了底物的局部二级结构，改变了底物的折叠状态。我们解析了活性抑制和活性状态下的Hsp40-Hsp70机器的结构，阐明了该蛋白质机器的动态组装和工作模式，发现了底物在Hsp40和Hsp70之间的独特动态转移机制。

测量生命分子动态的化学生物学新技术

我们创建了一系列高特异性、高灵敏度和高时空分辨率的化学生物学工具实现了信号分子动态（瞬时和弱相互作用）的精准检测和分子机制研究。一方面，开发针对细胞内重要代谢物的高时空分辨荧光生物探针成像技术，实现了活细胞、亚细胞区室和活体内动态代谢过程的可视化监测；另一方面，针对亚细胞区室的核酸和金属蛋白，开发了具有高时空分辨的原位化学标记技术，绘制了这两类信号分子的定量转录组和蛋白组高清图谱。

Reimagining proteome-wide evaluation of residue-specific bioconjugation chemistries

The ever-growing field of covalent drug discovery and chemoproteomics has fueled a need for bioconjugation methods with high selectivity in a native context. Given that the sheer number of functional groups present, achieving residue-specificity in biological systems remains a challenge. In this talk, I will introduce a cost-efficient pipeline to reimagine proteome-wide evaluation of residue-specific bioconjugation chemistries. It starts with a rapid experimental phase, in which the proteome conjugated by a reactive warhead is chemically coded for generating diagnostic report ions in tandem mass spectrometry analysis, followed by unbiased assessment with a newly designed computational tool called pIon. This pipeline has been demonstrated on a myriad of bioconjugation chemistries, from which we highlight the dual-reactivity dibromoacetamide group to design targeted covalent inhibitors for K-Ras-driven tumors and the cyclic enone-substituted alkyne group to enable direct profiling of intrinsic nucleophilicity of proteomic histidines. We believe this new pipeline will drive the field to unprecedented dimensions in terms of the development the best bioconjugation methods that matches continuously increasing requirements of various in cellulo or in vivo applications, thereby interfacing the worlds of biological and synthetic chemistry.

蛋白组学遇上非天然氨基酸：交叉技术揭示乳酰化修饰新位点和功能

乳酸化修饰最初发现在人类组蛋白上，但其是否修饰非组蛋白蛋白组尚不明确。通过合成乳酰化肽段，首次发现了乳酰化修饰赖氨酸在二级谱中形成特征的环状亚胺离子，能够灵敏和特异地指征乳酰化修饰。基于此，在非富集的大规模人类蛋白质组数据，发现丰富的非组蛋白乳酰化修饰谱。通过交叉合作，成功利用基因密码子拓展（GCE）技术在大肠杆菌中定点引入ALDOA-K147位点乳酰化修饰，发现修饰显著抑制该酶的活力，证明乳酰化修饰对非组蛋白底物具有明确调控作用。除了影响酶活，乳酸化修饰是否还影响非组蛋白的其他功能呢？由于ALDOA-K147位点的乳酰化在人类多种细胞系、组织乃至跨物种间具有保守性，提示其可能具有调控酶活以外的功能。通过GCE技术，向哺乳动物细胞中定点引入ALDOA-K147乳酰化修饰，发现它不仅抑制酶活，还可以改变其亚细胞定位，促进ALDOA入核，影响基因转录，进而调控细胞形态和细胞-基质粘附。因此，通过蛋白组学和GCE技术的交叉研究，揭示乳酰化是广泛存在于人类组织和细胞中的非组蛋白特异性的一种翻译后修饰，而单一位点的乳酰化足矣重塑代谢酶的酶和非酶功能，参与调节多层次的生物过程。

糖质的化学酶法组装与生物学功能研究

糖链的结构与功能研究是糖化学生物学和糖药物学领域最重要的前沿科学问题，而难以高效获取糖链是制约其结构与功能研究的关键瓶颈。报告人通过深度融合糖化学与生物合成方法，发展了可控化和规模化的糖质高效制备技术，解决多样化复杂糖链、糖肽与糖脂等糖缀合物的制备难题；并结合糖芯片高通量筛选技术与生物活性评价，多层面揭示了糖链及糖缀合物的生物学功能。

抗肿瘤金属配合物

外源/内源性金属物种的稳态干预是金属化学生物学的重要研究内容。外源性的金属药物，如铂类药物在临床取得了巨大的成功，而内源性的必需金属元素的稳态与疾病的关联越来越受到关注。我们以外源性磷光金属配合物为研究对象，从两个方面集中探索其作为抗肿瘤剂的潜能。一方面，设计“诊疗型”分子，将配合物的成像功能和治疗功能有机结合，实现对程序性细胞死亡过程中亚细胞器动态行为以及微环境参数的实时干预与动态示踪。另一方面，赋予配体离子载体或螯合剂性能，整合磷光金属配合物本征的抗肿瘤特性，探索协同调控外源/内源金属稳态的抗肿瘤新策略。