齐志

 

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研究领域：单分子生物物理学、生物化学、分子生物学

通讯地址： 北京市海淀区颐和园路5号，北京大学吕志和楼206，100871

  

研究方向: 

单分子生物物理学（Single-molecule biophysics）是生物物理学中最重要的研究领域之一。单分子生物物理学具有高时间和空间的分辨率，以及单个分子的探测灵敏度。与传统的生物化学测量相比，它的最显著的优势在于能够消除时间和空间上的平均化效应，从而揭示出生物化学反应中潜在的随机性，并让小概率及中间过渡态化学反应的观测成为可能。单分子生物物理学研究的主要研究内容是关于分子生物学中的蛋白质与核酸的相互作用机理，天然具备与遗传学、分子生物学、以及生物化学等多学科交叉研究特征。正因为如此，单分子生物物理学从上世纪九十年代末一经开启，就迅速成长为前沿交叉科学研究中不可或缺的研究领域之一。短短的十几年间，2014年的诺贝尔化学奖与2018年的诺贝尔物理奖就两次颁发给单分子生物物理学，这足以显示这一研究领域的重要科学意义。

        齐志课题组从事单分子生物物理学技术的开发，关注点是DNA复制修复和转录调控过程中蛋白质与核酸的相互作用机理：

        1. 发展新的单分子技术，定量研究单链DNA结合蛋白RPA的动力学行为

        真核生物中的单链DNA结合蛋白RPA，可以单链DNA的紧密结合形成RPA-单链DNA复合物，在DNA复制与修复的过程中保护单链DNA不被DNA酶降解并去除单链DNA的二级结构，从而可以维持基因组的稳定性。近年来随着RPA的很多新功能的发现，科学家突然开始感觉到这个在细胞里丰度很高、且在DNA复制，重组和修复都配合其他蛋白行使功能的蛋白，其真正的角色并不简单。由于RPA与单链DNA的结合具有模式多样化、高度动态性等的特征，一般的生物学方法很难捕捉到实时的RPA与单链DNA的结合行为。基于此，课题组选择应用新发展的高时空分辨率的单分子生物物理技术“单链DNA帘幕”作为试验手段。课题组利用RPA在长链DNA的结合会增加单链DNA底物的长度的规律，通过对DNA底物长度的实时分析，可以定量测量到RPA与长单链DNA结合时的动力学行为。

        2. 发展体外转录单分子方法，研究生物大分子的聚集体影响基因转录的机制

        FET蛋白家族包含三个主要的成员，分别是FUS、EWSR1和TAF15。当染色体易位出现时，它们N端低复杂度结构域与一些转录因子的DNA结合结构域相融合，形成FET融合蛋白。医学界很早就知道，一旦某一种融合蛋白在人体中出现，就会疯狂激活一些下游致癌基因，导致多种恶性肿瘤的发生。从传统的分子生物学出发研究，始终不清楚为什么这些基因可以被激活。课题组利用最新发展的单分子生物物理技术“DNA帘幕（DNA Curtains）”，发现FET融合蛋白可以在致癌基因前特殊的靶标位点上形成聚集体，暨形成目前国际生物学前沿研究的热点“液液相分离现象”。同时申请人团队发现这个聚集体可以招募RNA聚合酶II的C端结构域。在这个结论的启发下，课题组发展了一个新的体外转录单分子方法：课题组把RNA聚合酶II的C端结构域与T7 RNA聚合酶融合表达并体外纯化，当FET融合蛋白在靶标位点处形成聚集体后，连接RNA聚合酶II的C端结构域的T7 RNA聚合酶就可以被同时募到聚集体中。当课题组用带有荧光标记的UTP时，发现了清晰的转录产物RNA，并且发现在多乘靶标位点附近形成的聚集体处的转录活性最高。

 

代表性科研论文: 

8. Jiangchuan Shen*, Yiling Zhao*, Nhung Tuyet Pham*, Yuxi Li, Yixiang Zhang, Jonathan Trinidad, Grzegorz Ira, Zhi Qi#, Hengyao Niu# (2021). Deciphering the mechanism of processive ssDNA digestion by the Dna2-RPA ensemble. Nature Communications, in revision.

7. Zuo, L., Zhang, G., Massett, M., Cheng, J., Guo, Z., Wang, L., Gao, Y., Li, R., Huang, X.#, Li, P.#, Qi, Z.# (2021). Loci-specific phase separation of FET fusion oncoproteins promotes gene transcription. Nature Communications 12, 1491.

The editors at Nature Communications have put together an Editors’ Highlights webpage of recent research called “From molecules and cells to organisms” and our paper was chosen to be featured (www.nature.com/collections/bbcaeejggj ).

6. Zhou, H., Song, Z., Zhong, S., Zuo, L., Qi, Z.#, Qu, L.-J.#, and Lai, L.# (2019). Mechanism of DNA-Induced Phase Separation for Transcriptional Repressor VRN1. Angewandte Chemie (International ed in English) 58, 4858-4862.

5. Li, S.Q., et al., Qi, Z., and Feng J.X., Li, Q. (2018). Rtt105 functions as a chaperone for Replication Protein A to preserve genome stability. EMBO J. 37(17).

4. Lee, J.Y., Terakawa, T.*, Qi, Z.*, Steinfeld, J.B., Redding, S., Kwon, Y., Gaines, W.A., Zhao, W., Sung, P., and Greene, E.C. (2015). Base triplet stepping by the Rad51/RecA family of recombinases. Science 349, 977-981.

3. Qi, Z., Redding, S., Lee, J.Y., Gibb, B., Kwon, Y., Niu, H.Y., Gaines, W.A., Sung, P., and Greene, E.C. (2015). DNA Sequence Alignment by Microhomology Sampling during Homologous Recombination. Cell 160, 856-869.

2. Qi, Z., Pugh, R.A., Spies, M., and Chemla, Y.R. (2013). Sequence-dependent base pair stepping dynamics in XPD helicase unwinding. Elife 2.

1. Yin, D.L., Qi, Z., Xu, H.Y., Wang, F.R., and Yin, L. (2003). Resistive transition equation of the mixed state of superconductors. Physical Review B 67.

 

综述文章：

3. Linyu Zuo, Jiawei Ding, and Zhi Qi# (2021). Single-molecule imaging of EWS-FLI1 condensates assembling and searching on DNA. Submission to JoVE (Journal of Visualized Experiments), in revision.

2. Zhao, Y.L., Jiang, Y.Z., and Qi, Z.# (2017). Visualizing biological reaction intermediates with DNA curtains. Journal of Physics D: Applied Physics 50, 153001-153016.

1. Qi, Z., and Greene, E.C. (2016). Visualizing recombination intermediates with single-stranded DNA curtains. Methods 105, 62-74.