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刘珈泉
研究员,研究组长,博士生导师
E-mail: liujiaquan@sibcb.ac.cn


个人简介

2007年毕业于武汉大学生命科学与技术基地班,获理学学士学位。2012年毕业于武汉大学生命科学学院生物化学与分子生物学专业,获理学博士学位。2012年至2019年在美国俄亥俄州立大学从事生物化学、生物物理方向的博士后研究。2019年8月加入中科院生物化学与细胞生物学研究所,任研究员、研究组长、博士生导师。


研究方向

DNA损伤修复,RNA代谢,单分子荧光成像


研究工作
研究方向:①如何准确修复DNA损伤并维持基因组稳定,对于细胞存活、防止癌变起着至关重要的作用。因而,与此相关的分子机制研究是DNA修复生物学的核心内容,对肿瘤诊治、延缓衰老、抗肿瘤药物的设计具有重要的理论指导意义。本课题组针对DNA损伤修复、核小体DNA修复和复制等生命活动中的关键科学问题开展深入系统的研究,观测蛋白质及其复合物在以上过程中的装配规律、构象变化和相互作用,解析这些重要生命过程的分子机制。②许多RNA结合蛋白参与了大量RNA代谢过程,包括 RNA的剪接、转录、转运、翻译、降解等,与动物生殖、癌症发生以及病原微生物致病密切相关,虽然部分相关蛋白的结构已经得到解析,许多关键的核心问题却依然未有答案。本课题组致力于建立RNA单分子示踪检测系统,通过观测蛋白质-RNA、蛋白质-蛋白质相互作用,解决RNA代谢、非编码RNA研究中的疑难问题。


研究理论:能量驱动(“Power Stroke”)的概念,几乎出现在每一本生命科学的教科书中,其中许多蛋白质分子机器的驱动能量都被认为是来源于NTP水解的化学能,如肌球蛋白,驱动蛋白,分子马达,ATP合成酶和核酸加工酶等。最初的DNA错配修复模型也正是基于该概念,提出由MutS和MutL通过ATP水解提供的能量来驱动错配修复。近年来的研究对DNA错配修复的能量驱动模型提出了挑战,特别是课题组近期的工作(Nature,2016)证明了MutS和MutL结合ATP分子是用于改变蛋白质构象,错配修复过程是通过MutS和MutL的“布朗运动”协同完成。例如,通过结合ATP形成的MutL clamp构象具有极高的稳定性,确保了下游错配修复事件的高特异性。该分子运动规律预测和解释了大量DNA错配修复的分子机理。此外,这些规律可以被推广到其它生命科学研究中,回答许多重要的科学问题。
技术手段:现阶段对于许多生命过程的理解仍停留在传统的生化或细胞水平,一些重要的生物大分子的构象、复合体装配规律、信号传递过程尚不明确。传统实验中观测到的是生物大分子的综合平均效应,这种平均效应掩盖了许多具有生理意义的事件。单分子水平的实验具有较高的时间分辨率,能够排除系统的平均效应,分析复杂环境中同种分子的不同行为,获取大量传统实验中无法得到的信息,解决领域内一些备受争议的问题。此外,许多生物大分子在细胞中的丰度较低,极大地限制了它们在生理条件下的观测和检测,而单分子水平的实验可以克服此种限制,在极低浓度下观察生物大分子的行为。


代表性论文

  1. Liu, J.*, Lee, R.* et al. MutL Sliding Clamps Coordinate Exonuclease-Independent Escherichia coli Mismatch Repair. (In Revision, *Equal contribution).
  2. Liu, J.*, Hanne, J.* et al. Cascading MutS and MutL Sliding Clamps Control DNA Diffusion to Activate Mismatch Repair. Nature 539 (7630), 583-587 (2016). (*Equal contribution)

  3. Senavirathne, G.*; Liu, J.*, Lopez, M. A. et al. Widespread Nuclease Contamination in Commonly Used Oxygen-Scavenging Systems. Nat Methods 12, 901-2 (2015). (*Equal contribution)
  4. Liu, J.*, Xiao, S.*, Hao, Y.H. & Tan, Z. Strand-Biased Formation of G-Quadruplexes in DNA Duplexes 
Transcribed with T7 RNA Polymerase. Angew Chem Int Ed Engl 54, 8992-6 (2015). (*Equal contribution) 

  5. Liu, J. et al. Stochastic Processes and Component Plasticity Governing DNA Mismatch Repair. J Mol Biol 22, 4456-4468 (2018).
  6. Liu, J. et al. An Efficient Site-Specific Method for Irreversible Covalent Labeling of Proteins with a 
Fluorophore. Sci Rep 5, 16883 (2015).
  7. Xue, Y.*, Liu, J.*, Zheng, K. W., Kan, Z. Y., Hao, Y. H., Tan, Z. Kinetic and Thermodynamic Control of 
G-quadruplex Folding. Angew Chem Int Ed Engl 50, 8046-50 (2011). (*Equal contribution) 

  8. Liu, J., Chen, C. Y., Xue, Y., Hao, Y. H., Tan, Z. G-quadruplex Hinders Translocation of BLM Helicase on DNA: a real-time fluorescence spectroscopic unwinding study and comparison with duplex substrates. J Am Chem Soc 132, 10521-7 (2010). 

  9. Hanne, J., Britton, M. B., Park, J., Liu, J. et al. MutS homolog sliding clamps shield the DNA from binding proteins. J Biol Chem 293, 14285-14294 (2018). 

  10. Zheng, K. W., Wu, R. Y., He, Y. D., Xiao, S., Zhang, J. Y., Liu, J., Hao, Y. H., Tan, Z. A competitive formation of DNA:RNA hybrid G-quadruplex is responsible to the mitochondrial transcription termination at the DNA replication priming site. Nucleic Acids Res 42, 10832-44 (2014). 

  11. Zheng, K.W., Xiao, S., Liu, J., Zhang, J. Y., Hao, Y. H., Tan, Z. Co-transcriptional formation of DNA:RNA hybrid G-quadruplex and potential function as constitutional cis element for transcription control. Nucleic Acids Res 41, 5533-41 (2013). 

  12. Wang, Q., Liu, J., Chen, Z., Zheng, K. W., Chen, C. Y., Hao, Y. H., Tan, Z. G-quadruplex formation at the 3' end of telomere DNA inhibits its extension by telomerase, polymerase and unwinding by helicase. Nucleic Acids Res 2011, 39 (14), 6229-37. 

  13. Chen, C. Y., Wang, Q., Liu, J., Hao, Y. H., Tan, Z. Contribution of telomere G-quadruplex stabilization to the inhibition of telomerase-mediated telomere extension by chemical ligands. J Am Chem Soc 2011, 133 (38), 15036-44. 

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