突破!湖北大学90后教授,发表校史首篇Nature

8月2日,湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室吴姗教授团队与浙江大学医学院郭江涛教授团队、杨帆教授团队合作,在国际重要学术期刊Nature在线发表题为Structures and mechanisms of the Arabidopsis auxin transporter PIN3”(拟南芥生长素转运蛋白PIN3的结构和机制)的研究论文。该成果作为植物生长素极性运输研究的重大突破,解决了植物向性这一个百年科学难题中的关键一环,为人们进一步调控生长素极性运输奠定了基础。

这是湖北大学首次

以通讯单位在Nature发表研究论文

至此,湖北大学在

Nature、Science、Cell

三大国际最顶级刊物上实现了全覆盖

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湖北大学研究团队主要成员合影左起:陶鑫、马立新、吴姗

据悉,湖北大学与浙江大学为论文共同通讯单位,郭江涛教授、吴姗教授和杨帆教授为共同通讯作者,浙江大学医学院博士后苏楠楠、博士生竺爱琴和湖北大学生命科学学院博士生陶鑫为共同第一作者,参与这项工作的还有湖北大学生命科学学院马立新教授等。

作为一名90后研究人员,吴姗教授2019年初加入湖北大学负责搭建湖北大学冷冻电镜平台。此论文,为湖北大学冷冻电镜平台2021年7月正式运行以来第一篇在线发表的高水平文章。吴姗教授团队长期从事生物大分子的精细结构解析与相关分子机制研究,在Nature、Science、Nature Structural & Molecular Biology、Nature Communications等国际知名期刊上发表多篇高水平文章。本次研究工作受国家自然科学基金委、国家重点研发计划等资助。

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吴姗

湖北大学,生命科学学院,教授

教育经历

1.2013.9-2018.7,清华大学,生物学,理学博士

2.2009.9-2013.6,华中师范大学,化学生物学交叉培养,理学学士

科研与学术工作经历:

3.2019.1-至今,湖北大学,生命科学学院,教授

值得注意的是,2016年,吴姗在读博期间,即已以第一作者发表了Nature。

2016年5月25日,清华大学结构生物学高精尖创新中心高宁研究组与合作者在Nature 杂志在线发表了题为《细胞核内的核糖体组装前体结构揭示了装配熟因子的功能多样性》(Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S particles)的研究论文,报道了位于酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构,确定了近20种装配因子在核糖体上的结合位置及其原子结构。本论文所含有的丰富的结构信息为详细分析真核核糖体装配过程中的多种装配因子的功能和分子机制提供了基础。清华大学生命学院2013级博士生吴姗为本文第一作者

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2019年,还以共同作者身份登上了Science

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科研项目

1.      国家自然科学基金(31900930):真核核糖体组装因子Sda1的结构和功能研究,2020.01–2022.12,主持

2.      重点研发计划(蛋白质机器与生命过程调控)2016YFA0500703:染色质结构的动态变化及调控机制研究,2016.07–2020.12,参与

3.      国家自然科学基金(31470722):真核核糖体组装过程的结构和功能研究, 2015.01–2018.12,参与

代表性论文(#共同一作,*通讯作者)

1.      Wu S, Tutuncuoglu B, Yan Kaige, Brown H, Zhang Y, Tan D, Gamalinda M, Yuan Y, Li Z Jakovljevic J, Ma C, Lei J, Dong M, Woolford JL Jr, Gao N. (2016). Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S ribosomes. Nature 534, 133–137. (SCI, IF=40.137)

2.      Wu S, Tan Dan, Woolford JL Jr, Dong M, Gao N. (2017). Atomic modeling of the ITS2 ribosome assembly subcomplex from cryo-EM together with mass spectrometry-identified protein-protein crosslinks. Protein Science 26, 103–112. (SCI, IF=2.523)

3.      Wang J#, Wang J#, Hu M#, Wu S, Qi J, Wang G, Han Z, Qi Y, Gao N, Wang H*, Zhou J*, Chai J*. (2019). Ligand–triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex. Science 364, 1–12.(SCI, IF=41.058)

4.      Yang Z#, Zhang Lilan#, Yu X, Wu S, Yang Y, Hu Y, Li Q, Shang N, Guo RT, Chen CC, Dai L*, Liu W*. (2019) Crystal structure of TchmY from Actinoplanes teichomyceticus. Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications 75, 570–575.

5.      Yuan Y#, Du C#, Sun C#, Zhu J, Wu S, Zhang Y, Ji T, Lei J, Yang Y, Gao Ning*, Nie G*. (2018). Chaperonin-groel as a smart hydrophobic drug delivery and tumor targeting molecular machine for tumor therapy. Nano Letters 18, 921–928. (SCI, IF=12.08)

6.      Ma C, Wu S, Li N, Chen Yan, Yan K, Li Z, Zheng L, Lei J, Woolford JL Jr*, Gao Ning*. (2017) Structural snapshot of cytoplasmic pre-60S ribosomal particles bound by Nmd3, Lsg1, Tif6 and Reh1. Nature Structural & Molecular Biology 24, 214–220. (SCI, IF=12.595)

7.      Biedka S, Wu S, LaPeruta AJ, Gao N, Woolford JL Jr. (2017). Insights into remodeling events during eukaryotic large ribosomal subunit assembly provided by high resolution cryo-EM structures. RNA Biology 14, 1306–1313. (SCI, IF=3.9)

8.      Tutuncuoglu B, Jakovljevic J, Wu S, Gao N, Woolford JL Jr. (2016). The N-terminal extension of yeast ribosomal protein L8 is involved in two major remodeling events during late nuclear stages of 60S ribosomal subunit assembly. RNA 22, 1386–1399. (SCI, IF=4.605)

9.      Zhang D, Yan K, Liu G, Song G, Luo J, Shi, Y, Cheng E, Wu S, Jiang T, Lou J, Gao N, Qin Y. (2016). Ef4 disengages the peptidyl-trna cca end and facilitates back-translocation on the 70s ribosome. Nature Structural & Molecular Biology 23, 125–131. (SCI, IF=12.595)

10.   Sun C#, Yuan Y#, Xu Z, Ji T, Tian Y, Wu S, Lei J, Gao N*, Nie G*. (2015). Fine-tuned H-ferritin nanocage with multiple gold clusters as near-infrared kidney specific targeting nanoprobe. Bioconjugate Chemistry 26, 193–196.

11.   Zhang Y, Ma C, Yuan Y, Zhu J, Li N, Chen C, Wu S, Yu L, Lei J, Gao N. (2014). Structural basis for interaction of a cotranslational chaperone with the eukaryotic ribosome. Nature Structural & Molecular Biology 21, 1042–1046. (SCI, IF=12.595)

12.   Chen CC, Huang JW, Dai LH, Yu XJ, Chen CY, Wu S, Zhan ZC, Zhang L L, Zhai C, Ma LX, Guo RT. Cellulase having improved enzymatic activity,授权号:US10479985B1,美国专利 。

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此次的Nature报道了拟南芥PIN3(AtPIN3)在apo状态、生长素吲哚乙酸IAA结合状态和NPA结合状态下的3个高分辨率冷冻电镜结构,为理解PIN介导生长素转运和NPA抑制生长素极性运输的分子机制提供了结构基础,进而为靶向该转运体的创新农药研发打下基础。

生长素极性运输如何实现?

生长素是最重要的一类植物激素,对植物生长发育起核心调控作用。在种子植物中,生长素主要通过极性运输或者维管系统进行运输。PIN家族蛋白介导生长素外排,是承担植物体生长素极性运输的最重要的转运蛋白。PIN突变体会影响PIN极性定位和活性,从而导致生长素分布失衡。NPA(N-1-naphthylphthalamic acid)是一种除草剂,也是生长素极性运输的抑制剂。长期以来,人们对PIN如何介导生长素的外排,以及NPA如何抑制生长素的极性运输的分子机制尚不清楚。研究人员通过单颗粒冷冻电镜技术,解析了AtPIN3在apo状态、NPA结合状态以及IAA结合状态下的高分辨率结构。三个结构类似,且均为向内开放状态(下图b, c, f)。

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AtPIN3的结构

AtPIN3NPA和AtPIN3IAA复合物结构清楚地揭示了NPA、IAA与AtPIN3的结合模式。NPA与IAA的结合模式类似(上图d, e, g, h),抑制剂NPA和底物IAA的结合位点重叠,揭示了NPA抑制生长素极性运输的分子机制:NPA作为竞争性抑制剂,直接占据生长素在PIN上的结合位点,并抑制了转运过程中PIN的潜在构象变化。

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 AtPIN3转运生长素分子机制

随后,为了进一步验证IAA和NPA在AtPIN3中的结合模式,研究人员对AtPIN3上与IAA和NPA有相互作用的残基进行了点突变,并在体外放射性3H-IAA转运实验体系中检验其功能。此外,研究人员将野生型AtPIN3和突变体进行表达纯化,通过表面等离子体共振技术(SPR),测定了AtPIN3分别与IAA和NPA的解离常数(KD)。两者实验结果进一步验证了冷冻电镜结构中观察到的IAA和NPA与AtPIN3的结合模式。

该研究系统性地解析了AtPIN3在apo状态、底物(IAA)结合状态以及抑制剂(NPA)结合状态下的高分率结构,揭示了AtPIN3的结构、IAA识别机制及NPA抑制的分子机制,将有力促进对PIN介导的生长素运输分子机制的理解。

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