王艳丽

中国科学院生物物理研究所

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  • 王艳丽
  • 研究员

王艳丽 博士 研究员 博士生导师

中国科学院“百人计划” 获得者,国家“杰出青年科学基金”获得者

HHMI国际青年学者,长江学者,“万人计划”科技创新领军人才

中国科学院生物物理所,中国科学院核酸生物学重点实验室,研究组长

研究方向:

(1)CRISPR/Cas系统的作用机理研究

(2)小分子介导的基因沉默的结构生物学研究

电子邮件(E-mail ):ylwang(AT)ibp.ac.cn

电话(Tel):010-64881316

传真(Fax):010-64881316

邮政编码:100101

英文版个人网页。课题组网站

简历 & 研究组工作摘要

2002-2004 中国科学技术大学 博士

2005-2006 中国科学院生物物理研究所 助理研究员

2006-2011 美国斯隆-凯瑟琳癌症研究中心 博士后、副研究员、高级研究员

2011-至今 中国科学院生物物理研究所“百人计划”研究员

2015-至今 中国科学院大学 教授

课题组长所获奖项:

2018年 北京市科学技术奖二等奖

2018年 政府特殊津贴

2017年 “长江学者奖励计划”特聘教授

2017年 “万人计划”科技创新领军人才

2017年 HHMI国际青年学者

2017年 获得国家杰出青年基金

2017年 中国科学院优秀导师奖

2016年 第十三届中国青年女科学家奖

2016年 创新人才推进计划中青年科技创新领军人才

2016年 第九届谈家桢生命科学奖(创新奖)

2015年 细胞出版社2015中国年度论文奖

2015年 优秀百人奖

2015年 中国科学院优秀导师奖

课题组学生所获奖励:

2019年 博士尤李兰获得中国科学院院长特别奖

2018年 博士李雪岩获得中国科学院院长优秀奖

2017年 硕士李雪岩、博士尹茂鲁获得研究生国家奖学金

2017年 博士李佳智获选参加第68届诺贝尔奖获得者大会

2017年 博士李佳智获选参加第十三届国际学生论坛

2016年 博士李佳智获得中国科学院院长优秀奖

2016年 博士李佳智获得研究生国家奖学金

2016年 博士赵宏图获得中国科学院大学优秀毕业生奖

2016年 硕士陈鹏获得中国科学院大学大学生奖学金

2015年 博士赵宏图获得中国科学院院长特别奖

2015年 博士赵宏图获得研究生国家奖学金

2015年 博士李佳智获得所长论文奖

2014年 博士赵宏图获得所长论文奖

研究工作主要集中在以下两个方面:

(1)CRISPR/Cas系统的作用机理研究

CRISPR/Cas系统是源于细菌和古细菌的一种后天免疫系统,它是近年来发现的由小分子RNA介导的免疫系统。CRISPR/Cas广泛存在于原核生物中的一种由crRNA介导干扰系统,分为2大类。每一类包含不同的类型,其中,1类分为I型、III型、IV型;2类分为II型、V型、VI型。Ⅰ型CRISPR系统的crRNA加工成熟后,与多个Cas蛋白结合形成cascade 复合物,通过crRNA序列特异性地识别,并招募Cas3蛋白对外源入侵核酸序列剪切。

本课题组对第一类CRISPR-Cas系统进行了研究。成功解析了分辨率为3埃的E.coli Cascade复合物结构,揭示了Cascade复合物的精确的组装方式,揭示了第一类中Ⅰ型CRISPR系统抗病毒的分子机理,同时也为进一步了解靶标的识别机制提供了新的信息(Nature, 2014);我们发现了Cas1-Cas2识别外源入侵DNA分子机制,揭示了外源核酸片段的长度是如何确定的,该成果为揭示原核生物这一新的抵御病毒及遗传物质的入侵的机制奠定了重要的理论基础 (Cell, 2015);解析了不同状态的III-A型CRISPR-Cas系统效应复合物Csm的结构,并结合体内和体外的功能实验,系统地阐述了III型CRISPR-Cas系统抵御外源核酸的分子机制(Cell,2019)。

我们还对第二类CRISPR-Cas系统进行了研究。解析了结合有sgRNA的C2c1晶体结构,发现目的序列的碱基突变显著降低C2c1切割活性,该研究结果有助于开发新的基因组编辑工具,降低基因编辑过程中的脱靶现象(Mol Cell, 2017);还解析了C2c2和C2c2-crRNA的晶体结构,发现C2c2结构不同于其它Cas蛋白,揭示了C2c2剪切pre-crRNA以及切割靶标RNA的分子机制,对理解细菌抵抗RNA病毒入侵的分子基础具有十分重要的意义;同时也为改造CRISPR-C2c2系统在基因编辑领域的运用提供了强有力的理论依据 (Cell, 2017)。

通过解析AcrF3-Cas3复合物结构,我们阐明了anti-CRISPR 蛋白AcrF3对抗Ⅰ型CRISPR/Cas系统的作用机制,对病毒与宿主共同进化在分子层面提供了新的见解(Cell Res., 2016)。成功解析了Anti-CRISPR 蛋白 AcrIIA2与Streptococcus pyogenes Cas9 (SpyCas9) 蛋白及single-guide RNA (sgRNA) 的三元复合物3.3 埃的晶体结构,并结合体内和体外的功能实验,系统地阐述了噬菌体运用Anti-CRISPR 蛋白防御CRISPR-SpyCas9系统的分子机制(Mol Cell, 2019)。

(2)小分子介导的基因沉默的结构生物学研究

在小分子RNA介导的基因沉默的过程中,探索Ago蛋白与向导链的构象变化,深入分析miRNA诱导基因沉默的机理。RNAi是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA介导的特异性基因沉默现象。Argonaute (Ago)蛋白是RNA基因沉默途径中核心元件,其PIWI结构域能够催化引导链介导的mRNA的特异性降解。通过解析argonaute蛋白与引导链及靶RNA等复合物的结构,详细解释了argonaute沉默复合体参与调控基因沉默的具体途径和方式,阐明了其如何选择并切割RNA分子,最终降解RNA分子使基因沉默的过程。

我们发现某些原核生物的Ago蛋白不仅具有切割RNA的功能,还具有在小DNA分子介导下序列特异性的切割DNA的功能。通过解析系列的Ago蛋白与向导DNA以及靶DNA的三元复合物结构,我们揭示了Ago 蛋白切割DNA的分子机理 (PNAS, 2014)。 研究还发现,TtAgo能够降解不稳定的双链DNA,产生小的双链DNA片段,TtAgo能够选择性地加载这些降解的DNA,之后引导靶DNA的降解,TtAgo加载双链DNA分子偏好于引导链的5’末端相对位置处的过客链含有脱氧鸟苷。这就解释了为什么TtAgo在体内优先加载含有5’末端脱氧胞苷的引导链 (Mol Cell, 2017); 发现单碱基凸起发生在引导链或者靶链对Ago结构和切割活性的影响不同, 结合生物化学和结构研究,我们发现,单碱基凸起6’N7’对于引导链和靶链的互补稳定性以及切割活性的影响较大。此外,由于引导链的5’末端第一个碱基不与靶链形成互补配对,所以当该位置的碱基发生变化时,对引导链和靶链的互补稳定性以及Ago蛋白的切割活性影响较小(Nucleic Acids Res., 2017)。此外还在Agos蛋白指导导向DNA链切割靶标DNA链的机制研究上取得进展,在原子水平上阐明了细菌的Agos蛋白中参与切割活性的两个对称的精氨酸的重要意义(PNAS, 2019)

(来自Cell. 2017, 168:121-134)

代表性论文

1. You L, Ma J, Wang J, Artamonova D, Wang M, Liu L, Xiang H, Severinov K, Zhang X*, Wang Y*. Structure Studies of the CRISPR-Csm Complex Reveal Mechanism of Co-transcriptional Interference. Cell, 2019, 176, 239–253.

2. Liu L, Yin M, Wang M, Wang Y*. Phage AcrIIA2 DNA Mimicry: Structural Basis of the CRISPR and Anti-CRISPR Arms Race. Molecular Cell, 2019, 73, 611–620.

3. Lei J, Sheng G, Peter Pak-Hang Cheung, Wang S, Li Y, Gao X, Zhang Y*, Wang Y*, Huang X*. Two symmetric arginine residues play distinct roles in Thermus thermophilus Argonaute DNA guide strand-mediated DNA target cleavage, PNAS, 2019,116: 845–853.

4. Thavalingam A, Cheng Z, Garcia B, Huang X, Shah M, Sun W, Wang M, Harrington L, Hwang Sungwon Y, Reyes H, Sontheimer E, Doudna J, Davidson A, Moraes T*, Wang Y*, Maxwell K*. Inhibition of CRISPR-Cas9 ribonucleoprotein complex assembly by anti-CRISPR AcrIIC2. Nature Commun., 2019, 26;10(1):2806.

5. Yin M, Wang J, Wang M, Li X, Zhang M, Wu Q, Wang, Y. Molecular mechanism of directional CTCF recognition of a diverse range of genomic sites. Cell Research, 2017, 27(11):1365-1377.

6. Liu L, Li X, Ma J, Li Z, You L, Wang J, Wang M, Zhang X, Wang, Y. The Molecular Architecture for RNA-Guided RNA Cleavage by Cas13a. Cell, 2017. 170(4):714-726.

7. Sheng G, Gogakos T, Wang J, Zhao, H, Serganov A, Juranek S, Tuschl T, Patel D, Wang, Y. Structure/cleavage-based insights into helical perturbations at bulge sites within T. thermophilus Argonaute silencing complexes. Nucleic Acids Res. 2017, 45(15):9149-9163.

8. Liu L, Li X, Wang J, Yin M, Chen P, Wang M, Li J, Sheng G, Wang Y. Two Distant Catalytic Sites Are Responsible for C2c2 RNase Activities. Cell. 2017,168:121-134.

9. Liu L, Chen P, Wang M, Li X, Wang J, Yin M, Wang Y. C2c1-sgRNA Complex Structure Reveals RNA-guided DNA Cleavage Mechanism. Molecular Cell. 2017, 65.

10. Swarts D, Szczepaniak M, Sheng G, Chandradoss S, Zhu Y, Timmers E, Zhang Y, ZhaoH, Lou J, Wang Y, Joo C and Oost J. Autonomous Generation and Loading of DNA Guides by Bacterial Argonaute,Molecular Cell, 2017, 65(6):985-998.

11. Wang J, Ma J, Cheng Z, Meng X, You L, Wang M, Zhang X, Wang, Y. A CRISPR evolutionary arms race: structural insights into viral anti-CRISPR/Cas responses. Cell Research. 2016, 26:1165–1168.

12. Wang, J., Li, J., Zhao, H., Sheng, G., Wang, M., Yin, M. & Wang, Y., Structural and Mechanistic Basis of PAM-Dependent Spacer Acquisition in CRISPR-Cas System. Cell. 2015, 163: 840-853.

13. Zhao, H., Sheng, G., Wang, J., Wang, M., Bunkoczi, G., Gong, W., Wei, Z. & Wang, Y. “Crystal structure of the RNA-guided immune surveillance Cascade complex in Escherichia coli”, Nature. 2014, 151: 147-150.

14. Swarts, D. C., Makarova, K., Wang, Y., Nakanishi, K., Ketting, R., Koonin, E., Patel, D. J. & Oost, van der, J., “The evolutionary journey of Argonaute proteins”, Nature structural & molecular biology, 2014, 21: 743-753.

15. Swarts, D. C., Jore, M. M., Westra, E. R., Zhu, Y., Janssen, J. H., Snijders, A. P., Wang, Y., Patel, D. J., Berenguer, J., Brouns, S. J.J. & Oost, van der, J. 'DNA-guided DNA interference by a prokaryotic Argonaute', Nature, 2014, 507: 258-261.

16. Sheng, G., Zhao, H., Wang, J., Rao, Y., Tian, W., Swarts, D. C., van der Oost, J., Patel, D. J. and Wang, Y. 'Structure-based cleavage mechanism of Thermus thermophilus Argonaute DNA guide strand-mediated DNA target cleavage.' Proc Natl Acad Sci U S A.2014, 111(2): 652-657.

17. Rüdel S, Wang, Y, Lenobel R, K?rner R, Hsiao HH, Urlaub H, Patel D, Meister G. Phosphorylation of human Argonaute proteins affects small RNA binding. Nucleic Acids Res. 2011,39:2330-43.

18. Wang, Y., Ludwig J., Schuberth C., Goldeck M., Schlee M., Li H., Juranek S., Sheng G., Micura R., Tuschl T., Hartmann G., Patel D., Structural and functional insights into 5'-ppp RNA pattern recognition by the innate immune receptor RIG-I. Nat Struct Mol Biol. 2010, 17:781-7.. 2010, 17:781-7.

19. Wang, Y, Juranek S, Li H, Sheng G, Tuschl T, Patel DJ. Nucleation, propagation and cleavage of target RNAs in Ago silencing complexes. Nature. 2009, 461:754-761.

20. Wang, Y, Juranek S, Li H, Sheng G, Tuschl T, Patel DJ. Structure of an argonaute silencing complex with a seed-containing guide DNA and target RNA duplex. Nature. 2008, 56:921-926.

21. Wang, Y, Sheng G, Juranek S, Tuschl T, Patel DJ., Structure of the guide-strand-containing argonaute silencing complex. Nature. 2008, 456:209-213.

22. Wang, Y, Liu L, Wei Z, Cheng Z, Lin Y, Gong W. Seeing the process of histidine phosphorylation in human bisphosphoglycerate mutase. J Biol Chem. 2006, 281:39642-8.

23. Wang, Y, Wei Z, Liu L, Cheng Z, Lin Y, Ji F, Gong W. Crystal structure of human B type phosphoglycerate mutase bound with citrate. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 331:1207-15.

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资料来源:王艳丽研究员,2019-10-30网页更新