孙飞研究员
FeiSun,Professsor

专家类别:研究员
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；现任：中国科学院生物物理研究所课题组组长；　　蛋白质科学研究平台生物成像中心首席科学家(兼主任)。主页:http://feilab.ibp.ac.cn(课题组)　　http://cbi.ibp.ac.cn(蛋白质科学研究平台生物成像中心)研究组工作摘要：
http://feilab.ibp.ac.cn
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（以低温电镜技术和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：线粒体动态的分子机制，重要膜蛋白的结构与功能，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，线粒体沿细胞骨架的运动以及线粒体钙离子流的平衡——这三个过程彼此相关并相互调节。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，理解参与线粒体钙流的钙离子通道的结构并回答这些钙离子通道的开发和关闭是如何被调节的。二、重要膜蛋白的结构与功能X射线晶体学在过去的二十年里得到了飞速的发展，在今天成为了结构生物学的主要研究工具，对当前生命科学的研究做出了巨大的贡献。当前，对膜蛋白的结构分析已经成为了X射线蛋白质晶体学领域的新圣杯，那是因为膜蛋白在众多细胞活动通路中起到重要作用，并且大多膜蛋白都是重要的药物作用靶点。此外，由于膜蛋白难以结晶并且膜蛋白晶体衍射能力弱，因此膜蛋白结构生物学仍然是X射线蛋白质晶体学领域的重大挑战。我们将选择若干与人类疾病相关的来自原核和真核生物的膜蛋白作为研究对象。我们的研究目标不仅是揭示这些重要的膜蛋白的结构与作用机制，而且更重要的是培养下一代的青年科学家，从而推动该领域的未来的发展。三、生物显微成像中的图像处理算法除了X射线晶体学和NMR技术，低温电镜技术已经成为当前结构生物学研究中的重要方法。在过去的十年当中，低温电镜无论是在硬件、图像处理方法还是在样品制备方法方面都得到了飞速发展。根据样品的不同特性，低温电镜技术包括了三种不同手段——单颗粒分析技术、电子断层成像技术和电子晶体学技术。UCLA的周正洪教授已经证明我们可以通过单颗粒分析技术来获得若干二十面体病毒的原子分辨率结构。因此，该领域下一步的挑战是如何解析小分子量（～100kD）没有对称性的蛋白质样品的原子分辨率结构。另外，多技术方法融合已经成为集成结构生物学（integrativestructuralbiology）研究问题的常规手段。其中，将X射线晶体与低温电镜技术结合在一起可以使得我们得以研究众多超大蛋白质复合体的结构。此外更重要的融合是将超分辨率的光学显微技术与低温电镜技术进行融合产生一项新的技术——光电关联成像技术。该技术是目前生物显微成像领域的前沿，利用该技术我们有可能获得生物大分子复合体在细胞原位的三维结构，从而使得我们可以研究细胞内的生物大分子“社会”——这将对当代生命科学产生重要的影响。我们研究组将与国内相关交叉学科的研究组合作，发展相关生物成像方法，开发图像处理算法和工具，推动高分辨率单颗粒分析技术和光电关联成像技术的发展。

Biography&Introduction1997-2001NanjingUniversity,China,B.Sc.inBiophysics2001-2006TsinghuaUniversity,China,Ph.D.inBiophysics2006-　PrincipalInvestigator,InstituteofBiophysics,ChineseAcademyofSciences;Chiefscientistanddirector,CenterforBiologicalImaging,CoreFacilitiesforProteinSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing,China.Webpage:http://feilab.ibp.ac.cn(Independentresearchgroup)　　　　http://cbi.ibp.ac.cn(CenterforBiologicalImaging)ResearchInterestOurresearchinterestsaremainlyrelatedwiththestructuresandfunctionsofbiologicalmacromoleculesincludingmembraneproteinsandsupramacromolecularassemblies.Andtheaimofourgroupistocombinevariousstructuralresearchapproaches(majorlycrystallographyandcryo-electronmicroscopy(cryoEM))aswellasdevelopingnewmethodologiestodeterminethearchitectureofthebiologicalsystem,invitroandinvivo,fromnano-scaletomeso-scale.Inthenextfiveyears,wewillfocusonthemolecularmechanismofmitochondrialdynamics,structureandfunctionofimportantmembraneproteinsandmethodologydevelopmentorientatingtobiologicalimaging.1.MolecularmechanismofmitochondrialdynamicsMitochondriaarethecellorganellesthatproduceenergies(ATP)forcelllife.Besidesbeingasan“energy-factory”,thephysiologicalstateofmitochondriaalsoregulatestheprocessofcellapoptosisandcalciumhomeostasis.Therefore,thepropermitochondrialmorphologyanddistributionaretightlyconnectedwiththemetabolismandsurvivalofcells.Mitochondrialdynamicsregulatesthemorphologyanddistributionofmitochondria,whichincludesthefusionandfissionofmitochondria,themotilityofmitochondriaalongthecellcytoskeleton,andthebalanceofmitochondrialcalciumflux.Thesethreeprocessesarenotindependentbutregulatedwitheachother.Ourresearchinterestsaretounderstandthestructuralbasisformitochondrialfusionandfissionandhowitisregulated,tounderstandhowmitochondriainteractwithmotorsandcytoskeletonsandhowthemovementdirectionofmitochondriaisregulated,andtounderstandthestructuresandfunctionsofcalciumchannelsthatarelocatedinmitochondrialinnermembraneandhowthemitochondrialcalciumchannelsareregulated.2.StructureandfunctionofimportantmembraneproteinsX-raycrystallographyhasbeenwelldevelopedinthepasttwentyyearsandnowadayshasbecomethemajorresearchtoolofstructurebiologyandgivengreatcontributionstothebiologicalstudiesintheworld.Andnowstructuralelucidationofmembraneproteinhasbecomeanewgrailbecausemembraneproteinsplaykeyrolesinmanyimportantbiologicalpathwaysandmostofthemareimportantdrugtargets.Inaddition,structuralstudyofmembraneproteinsisstillabigchallengeforX-raycrystallographybecauseofthedifficultiesofmembraneproteincrystallizationandweakdiffractionsofmembraneproteincrystals.Wewillselectacoupleofprokaryoticandeukaryoticmembraneproteinsthatarerelatedtohumandiseasesasourstudytargets.Ouraimisnotonlytodisclosetheimportantbiologicalmechanismsofthosemembraneproteins,butalsototrainthenextgenerationofyoungscientistsandpromotethedevelopmentofthemembraneproteinstructuralbiologyfield.3.MethodologydevelopmentonthebiologicalimagingBesidesX-raycrystallographyandNMRspectrometry,cryoEMhasbeenemergingasoneimportanttechnologyorientatingtothecurrentstructuralbiologystudy.Inthepasttenyears,cryoEMhasbeendevelopedveryfastnotonlyonthehardwarebutalsoontheimageprocessingsoftwareaswellassamplepreparationmethods.Accordingtodifferentsamplecharacteristics,cryoEMcontainsthreedifferenttechnologies,whicharesingleparticleanalysis(SPA),electrontomography(ET)andelectroncrystallography.Prof.HongZhoufromUCLAhasprovedthatwecouldachieveatomicstructuraldeterminationofacoupleoficosahedralvirusesbyusingSPAmethod.ThenthefurtherchallengeinthecryoEMfieldishowtoobtainatomicstructuresofsmallnon-symmetricproteinparticles(~100kD).Moreover,hybridmethodsbycombiningdifferentkindsoftechniquesbecomefrequentlyutilizedtoaddresstheintegrativestructuralbiologyquestions.ThecombinationbetweenX-raycrystallographyandcryoEMhasgivenusmoreflexibilitytosolvethemoleculararchitecturesoflargeproteincomplexes.Inadditionandmoreimportantly,thecorrelativeimagingtechnologybycombiningcryoEMandsuper-resolutionlightnanoscopyisjustemergingandnowsittingonthefrontierofthefield.Thistechnologywilleventuallyenableustostudytheinsitu3Dstructuresofmacromolecularcomplexesinthecellspace,tostudythemacromolecularsocietyofthecellandgivebigimpactsonthecurrentlifescience.Ourresearchgroupwillcollaboratewithotherinterdisciplinarygroupstodevelopnewimagingmethods,algorithmsandtoolstomeettheabovetwochallenges.

SelectedPublications1.　Wang,L.,Vavassori,S.,Li,S.,Ke,H.,Anelli,T.,Degano,M.,Ronzoni,R.,Sitia,R.,Sun,F.*,andWang,C.C.(2008)CrystalstructureofhumanERp44showsadynamicfunctionalmodulationbyitscarboxy-terminaltail.EMBORep9,642-6472.　Hu,Z.,Tian,X.,Zhai,Y.,Xu,W.,Zheng,D.*,andSun,F.*(2010)Cryo-electronmicroscopyreconstructionsoftwotypesofwildrabbithemorrhagicdiseasevirusescharacterizedthestructuralfeaturesofLagovirus.ProteinCell1,48-583.　Huo,Y.,Hu,Z.,Zhang,K.,Wang,L.,Zhai,Y.,Zhou,Q.,Lander,G.,Zhu,J.,He,Y.,Pang,X.,Xu,W.,Bartlam,M.,Dong,Z.*,andSun,F.*(2010)CrystalstructureofgroupIIchaperoninintheopenstate.Structure18,1270-12794.　Zhai,Y.,Zhang,K.,Huo,Y.,Zhu,Y.,Zhou,Q.,Lu,J.,Black,I.,Pang,X.,Roszak,A.W.,Zhang,X.,Isaacs,N.W.,andSun,F.*(2011)Autotransporterpassengerdomainsecretionrequiresahydrophobiccavityattheextracellularentranceofthebeta-domainpore.BiochemJ435,577-5875.　Bai,M.,Pang,X.,Lou,J.,Zhou,Q.,Zhang,K.,Ma,J.,Li,J.,Sun,F.*,andHsu,V.W.*(2012)MechanisticInsightsintoRegulatedCargoBindingbyACAP1Protein.JBiolChem287,28675-28685
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