柴继杰,1966年生于辽宁,现任马克斯普朗克植物育种研究所/科隆大学教授和清华大学生命科学学院教授,博导,全国优秀科技工作者,谈家桢生命科学创新奖获得者,已发表80多篇SCI,12篇CNS,他引12000+次。
主要科研领域与方向:以蛋白质晶体学为手段,结合生化细胞生物等方法研究生物大分子结构与功能关系。目前实验室主要兴趣是植物的受体样激酶(RLK)、抗病蛋白(R蛋白)以及NOD样受体(NLR)。
造纸工人和清华教授,这似乎是两个没有交集的职业。但在柴继杰教授身上,这两者有了交集。1987年,柴继杰教授从大学毕业后,进入丹东鸭绿江造纸厂工作,成为一名造纸工人。如果他甘愿平凡,那么他很有可能在这里工作一辈子直至退休。但柴继杰并不是一个“安分守己”的人。1999年,他来到普林斯顿大学跟随施一公教授做博士后。但施一公教授却嫌他基础太差,认为他差不多算是白纸,而且柴继杰还比自己大一岁。但经过慎重考虑后,施一公认为柴继杰教授大有作为,于是收下这位学生,也成为柴继杰的伯乐。柴继杰教授的经历带给我们太多思考。从造纸工人到长江学者,这需要何等的毅力和勇气!
根据我们公众号iPlants统计,截止目前为止(2004年-2022年05月)柴继杰课题组自回国以来总共90多篇论文,其中包括Science和Nature共计15篇通讯文章。值得一说的是,植物抗病领域现有所有的复合体结构大部分都是出自柴继杰教授实验室,其中最具挑战和突破的是去年4月份发表的抗病小体结构,可以说该实验室领先全球植物抗病领域领复合体结构生物学领域。下面我们介绍12篇CNS文章,一起来看看解析了哪些蛋白的结构(按时间顺序):
1. 抗性蛋白-蛋白激酶Pto与丁香假单胞杆菌中的效应蛋白AvrPto的复合物
2007年8月12日,Nature杂志在线发表了来自柴继杰实验室题为 “The structural basis for activation of plant immunity by bacterial effector protein AvrPto” 的文章。该文章报道了第一个细菌效应蛋白和植物中对应的抗性蛋白的复合物AvrPto-Pto的晶体结构,基于该结构和相关实验结果,提出了AvrPto通过解除Pto对防御响应的抑制引发疾病抗性的机制。
2. 肥胖相关基因FTO与底物的结构
2010年4月7,Nature杂志在线发表了来自柴继杰实验室题为“Crystal structure of the FTO protein reveals basis for its substrate specificity”的文章。该研究对肥胖相关基因FTO在体内的功能及其对底物选择性研究取得了重要突破。改文章利用NOG(一种α-酮戊二酸类似物,能与FTO结合但是酶反应不能进行)替代α-酮戊二酸获得了FTO蛋白与3-甲基化胸腺嘧啶核苷复合物的晶体结构。对结构的分析发现FTO基因N末端具有典型的依赖二价铁和酮戊二酸的一种双加氧酶特征外,结合生化实验,也揭示了FTO基因所独有的重要信息。
3. BRI1受体识别BL晶体结构
2011年6月12日,Nature杂志在线发表了来自柴继杰实验室题为“Structural insight into brassinosteroid perception by BRI1”的文章。该研究报道了BRI1识别BL晶体结构,不仅解释了BRI1是如何识别BL的,更重要的是揭示了一种存在于细胞膜上全新的识别甾类激素的结构域。研究结果表明细胞膜上也可以做为甾类激素发挥作用的部位。这对于哺乳动物甾类激素膜表面受体的认识也有重要启示。
4. 几丁质--植物先天免疫受体蛋白AtCERK1的结构
2012年6月1日,Science在线发表了来自清华大学生命学院柴继杰教授研究组、中科院遗传与发育研究所周俭民研究组和郑州大学常俊标研究组合作题为“Chitin-Induced Dimerization Activates a Plant Immune Receptor”(几丁质诱导的二聚化激活了一个植物免疫受体)的文章,阐明了植物先天免疫受体蛋白AtCERK1识别配体的分子机制和参与信号转导的生化机理。
5. 小鼠NOD样受体NLRC4自抑制状态的结构
2013年6月14日,Science在线发表了来自清华大学生命科学院柴继杰教授研究组题为Crystal structure of NLRC4 reveals its autoinhibition mechanism的研究论文,首次报道了小鼠NOD样受体NLRC4自抑制状态的晶体结构,并通过结构分析和生化实验揭示了该蛋白维持自抑制作用的分子机制,这也是NOD样受体家族中第一个被解析出的近乎全长的蛋白质晶体结构。
6. 植物模式识别受体FLS2及共受体BAK1与flg22三元复合物结构
2013年10月10日,Science在线发表了来自清华大学生命科学学院柴继杰教授研究组、中科院遗传与发育研究所周俭民研究员研究组和英国Sainsbury Lab 的Cyril Zipfel教授研究组合作题为Structural basis for flg22-induced activation of the Arabidopsis FLS2-BAK1 immune complex的研究论文,首次报道了植物模式识别受体FLS2及共受体BAK1与细菌模式分子鞭毛蛋白保守基序flg22三元复合物晶体结构,并通过结构分析和体内外生化实验揭示了该复合物活化的分子机制。
7. NAIP-NLRC4炎症小体结构
2015年10月8日,Science在线发表了来自清华大学生命科学学院柴继杰教授研究组和隋森芳院士研究组题为Structural and Biochemical Basis for Induced Self-propagation of NLRC4的研究长文,报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术(冷冻电镜)解析的小鼠PrgJ-NAIP2-NLRC4ΔCARD复合物(炎症小体)分辨率为6.6埃的三维结构,并通过大量的生化和结构研究揭示了NAIP-NLRC4炎症小体中NLRC4蛋白诱导自激活的分子机制。
8. 植物肽类激素的激活复合物PSK-PSKRLRR-SERKLRR结构
2015年8月26日,Nature在线发表了来自清华大学生命科学学院柴继杰教授研究组、中科院遗传与发育研究所 杨维才研究员研究组合作题为Allosteric receptor activation by the plant peptide hormone phytosulfokine研究论文,揭示了植物重要肽类激素phytosulfokine (PSK) 的识别和受体激活分子机理。
9/10. ZAR1-RKS1-PBL2UMP复合物(抗病小体)结构
2019年4月4日,清华大学柴继杰课题组、中科院遗传发育所周俭民课题组和清华大学王宏伟课题联合同期背靠背发表两篇cience文章,完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析,揭示了NLR作用的关键分子机制,是植物免疫研究的里程碑事件。
"Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”的研究论文。该研究通过重建了拟南芥中NLB蛋白ZAR1-RKS1和ZAR1-RKS1-PBL2UMP复合物,并分别以3.7和4.3Å的分辨率确定了它们冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构,揭示了ZAR1-RKS1识别PBL2UMP和PBL2UMP激活ZAR1的机制,为理解NLR蛋白提供了结构模板!
"Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”的研究论文。该研究重建了ZAR1-RKS1-PBL2UMP-dATP活性复合体,证明了其复合体在免疫激活过程中进行寡聚化,并揭示了其激活免疫反应的机制!这两项研究在植物免疫研究领域取得历史性的重大突破,填补了人们25年来对植物抗病蛋白认知的巨大空白,将为研究其它抗病蛋白提供范本。
11. 植物肽类激素-受体--膜锚定蛋白FER-RALF23-LLG2的结构
2019年7月10日,Nature杂志在线发表了来自清华大学生命学院柴继杰课题组与英国The Sainsbury Laboratory的Cyril Zipfel课题组合作题为“异型受体复合物识别RALF多肽的分子机制”(Mechanisms of RALF peptide perception by a heterotypic receptor complex)的研究论文。该研究通过解析2.77A RALF23-LLG2-FER复合物晶体结构并结合体内功能与体外生化实验,阐明了植物RALF多肽被CrRLK1L型受体激酶与膜锚定GPI蛋白异型识别的分子机制,这种新颖的识别模式为相关蛋白家族的功能研究提供了全新范式。
12. 植物TNL类抗病蛋白RPP1直接识别其效应蛋白ATR1后激活并形成全酶的分子机制
2020年12月4日,Science 发表了来自清华大学柴继杰课题组和德国马克斯-普朗克植物育种研究所Jane Parker课题组、Paul Schulze-Lefert课题组合作题为Direct pathogen-induced assembly of an NLR immune receptor complex to form a holoenzyme 的研究论文,首次揭示了植物TNL类抗病蛋白RPP1直接识别其效应蛋白ATR1后激活并形成全酶的分子机制。
13. 2021年3月17日,Nature杂志发表了来自清华大学结构生物学高精尖创新中心柴继杰课题组和新加坡南洋理工大学医学院钟雷课题组合作题为:Structural and biochemical mechanisms of NLRP1 inhibition by DPP9(DPP9抑制NLRP1的结构与生化机制研究)的研究论文。该研究通过结构生物学、生物化学和细胞生物学等手段,阐明了DPP9介导的NLRP1抑制机制并对NLRP1炎症小体的激活机制提供了新的启示,加深了我们对NLR家族功能机制多样性的认识,也为相关免疫疾病的治疗提供了理论基础。
14. 2021年5月12日,Cell杂志在线发表了题为“The ZAR1 resistosome is a calcium-permeable channel triggering plant immune signaling”研究论文。遗传发育所周俭民研究员、陈宇航研究员、何康敏研究员和清华大学柴继杰教授团队,通过植物免疫学、膜生物学、单分子成像和结构生物学等多学科交叉合作,阐明了ZAR1抗病小体的生化功能,揭示了抗病蛋白激活下游免疫反应的分子机制。该研究发现,ZAR1抗病小体能直接插入脂膜,发挥Ca2+离子通道作用。
15. 2022年5月20日,Cell 在线发表了来自科隆大学/清华大学柴继杰,德国马克斯普朗克植物育种研究所Paul Schulze-Lefert及新加坡南洋理工大学吴彬共同通讯题为“TIR domains of plant immune receptors are 2′,3′-cAMP/cGMP synthetases mediating cell death”的研究论文,该研究表明植物 TIR 免疫受体除了具有NADase 酶活外,还可以通过水解 RNA/DNA 充当 2',3'-cAMP/cGMP 合成酶,揭示了植物 TIR 免疫受体介导植物免疫的新机制,是该领域的重大突破!
转自:iPlants
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