申请人综合结构生物学（核磁共振与X射线晶体衍射）和生物化学技术，研究神经元分化及信号转导过程中关键蛋白复合体的作用机制。在Cell, Mol Cell, EMBO J 等期刊发表SCI论文20篇，总影响因子>200。近五年的代表性研究成果包括：（1）通过对于视觉支架蛋白INAD的结构与生化研究，提出了支架蛋白通过变构效应调节自身氧化还原电势进而主动介导信号传导过程的全新机制；（2）首次提供了神经干细胞不对称分裂过程中LGN依赖性的纺锤体转向力产生系统的结构信息，并修正了原有模型；（3）揭示了SNARE蛋白Ykt6的胞内定位和活性调控机制，其功能对于不对称分裂关键调控因子Wnt的胞外运输至关重要。本项目拟从蛋白质相互作用以及复合物结构层次，对神经干细胞不对称分裂过程中命运决定因子Numb、Prospero、Brat及其相关蛋白进行深入研究，为理解命运决定因子不对称分布的调控机制提供结构基础。

By marrying modern structural biology (NMR and X-ray diffraction) and biochemistry techniques, I am focusing on the molecular basis and functional significance of protein complexes regulating neuronal differentiation and signaling. My research achievements are highlighted by 20 publications in prestigious scientific journals including Cell, Mol. Cell, EMBO J., etc., with a total impact factor over 200. Selected achievements in recent five years are listed below: (1) Structural and functional studies on the visual scaffold INAD hint a novel mechanism, by which scaffold proteins can actively influence signaling processes by conformation-coupled redox potential modulation. (2) We provided the first structural information on LGN-dependent force generators of mitotic spindle orientation in asymmetric neural stem cell division, and revised the former commonly accepted model. (3) Through characterization of SNARE protein Ykt6, we explored the regulation mechanism governing the extracellular transfer of Wnt, a key regulator of asymmetric cell division. In this project, we plan to investigate the protein-protein interactions and complex structure properties of cell fate determinants Numb, Prospero, Brat and their related proteins Pon, Polo/Plk1, and Miranda in asymmetric neural stem cell division. Successful completion of this project will provide molecular basis for understanding the mechanism controlling the asymmetric distribution of cell fate determinants.

干细胞具有自我更新与分化的特性。干细胞可以通过不对称分裂过程，将细胞命运决定因子特异分离到两个子细胞中的一个，进而促使其分化。在果蝇神经干细胞不对称分裂的过程中，命运决定因子Staufen、Prospero、Brat和Numb与其适配器蛋白Miranda和Pon在底部皮层聚集成月牙状，进而分离到底部子细胞中去。我们发现Staufen的dsRBD5结构域结合Miranda靶物结合区（cargo-binding domain，CBD）的一段卷曲螺旋。Miranda/Staufen复合物的晶体结构表明，Miranda CBD形成一段很长的平行卷曲螺旋二聚体，两个dsRBD5通过其暴露的beta-折叠面对称地结合在Miranda 二聚体上。我们进一步证实，Miranda CBD和Staufen dsRBD5的相互作用对于Staufen在果蝇神经干细胞不对称分裂时的极性分布是至关重要的，而且CBD二聚体的形成可能是Miranda识别并转运其靶物（包括Prospero和Brat）所必需的条件。 Numb的底部定位受到适配器蛋白Pon和细胞周期激酶Polo的调控。Polo可以磷酸化Pon的定位结构域，使其带着Numb聚集在底部皮层，但是其中的分子机制并不清楚。我们发现激酶Cdk1可以磷酸化Pon的T63位点，进而使其结合Polo/Plk1的PBD结构域。与磷酸化Pon的结合导致PBD二聚，并因空间位阻打破Polo/Plk1的自抑制构象而使其具有酶活性，进而磷酸化Pon的定位结构域。我们进一步发现Numb的PTB结构域通过两个界面，以一种未被报道的新模式识别Pon中的重复单元。Numb和Pon之间的这种多位点结合模式一方面提高了二者结合的特异性，另一方面导致其复合物发生液-液相变。对Numb/Pon复合物相变过程的干扰将破坏Numb的底部定位过程，并影响其不对称分离和对Notch信号通路的抑制作用。我们认为，这种相变介导的蛋白在不同膜区域的聚集可能普适于多种细胞极性调控复合物。