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单分子酶学研究组

课题组长

姓名：

孙博副教授研究员博士生导师, PhD, 副教授

职务：

所在院所：

生命科学与技术学院

荣誉称号：

教育经历：

2000/09—2004/06，吉林大学，学士
2004/09—2009/06，中国科学院物理研究所，博士

博士后及工作经历：

2009/07—2015/06，美国康奈尔大学/霍华德休斯医学研究所，博士后
2015/08—2021/07，上海科技大学，生命科学与技术学院，助理教授（TENURE-TRACK）
2021/07—至今，上海科技大学，生命科学与技术学院，副教授（TENURED）

课题组简介

研究方向：

单分子酶学，单分子生物物理学

研究内容：

以应用及发展光镊、磁镊以及荧光共振能量转移等单分子技术为牵引，围绕DNA复制、修复、重组、编辑及分离等核酸代谢过程进行重要分子机器（例如：解旋酶、聚合酶、核酸酶、重组酶等）的动力学解析，理解它们的分子机制、功能及协作模式，为治疗由该类蛋白异常引起的相应疾病提供分子生物学基础。

课题组网站：

http://sunlab.slst.shanghaitech.edu.cn/

研究成果展示

1. 2018年6月13日，课题组与合作者在学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）发表研究论文，发现复制体利用下游RNA转录体重启复制的新机制，为理解转录如何帮助复制体在复制起点启动复制的工作机制提供了线索。

图1：复制体利用RNA转录体为引物克服损伤重启复制。

2. 2019年11月13日，课题组与合作者在学术期刊《科学-进展》（Science Advances）发表研究论文，揭示SpCas9蛋白与靶向DNA之间相互作用的重要结合位点，为进一步优化Cas9活性、减少脱靶提供了重要的分子基础及新思路。

图2: 单分子光镊实验示意图及Cas9/sgRNA/DNA结合位点及强度。

3. 2020年2月25日，课题组与合作者在学术期刊《eLife》发表研究论文，揭示修复型DNA解旋酶BLM在RPA的协助下由双链DNA中的单链断裂处起始的双向解旋新模式，也为理解BLM在DNA修复过程的功能提供了新的线索。

图3：A, BLM解旋DNA的荧光光镊实验；B, hRPA的荧光信号表明BLM由DNA nick处起始的单向以及双向解旋。

4. 2020年8月13日，课题组在学术期刊《EMBO Reports》发表研究论文，揭示金黄色酿脓葡萄球菌中的SaCas9蛋白与靶标DNA结合、解旋、切割以及解离这一动态过程的分子机制以及两者之间的稳定互作位点，对其作为DNA工具的开发和应用提供了重要的指导。

图4：A, 单分子荧光光镊技术观测SaCas9；B, SaCas9结合、解旋、切割以及释放靶向DNA的动态示意图。

5. 2021年11月25日，课题组与合作者在学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）发表研究论文，明确SpCas9的四个赖氨酸通过静电力与PAM和protospacer外的DNA互作，揭示该位点在调控SpCas9靶向DNA中的功能。

图5：后PAM作用位点调控SpCas9采样及解旋DNA的分子机制模型。

6. 2022年6月3日，课题组在学术期刊《美国科学院院报》（PNAS）发表研究论文，报道解旋酶BLM通过蛋白聚集状态的改变调整活性及功能的新路径，为理解其在同源重组中的功能以及研究蛋白寡聚状态和功能的关系提供了参考。

图6：A, BLM对向解旋并聚集后实现单链DNA滑动；B, BLM解旋酶活性转换模型。

7. 2022年7月29日，课题组在学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）发表研究论文，报道DNA分离相关蛋白ParB通过多聚化桥联、运输DNA等独特特性，为理解ParABS系统调节DNA分离提供了重要的分子基础。

图7：单分子实验及ParB多聚体组织DNA组装的分子机制模型。

8. 2022年8月3日，课题组与合作者在学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表究论文，报道BLM解旋酶通过相分离压缩单链DNA并与之形成共凝聚体，为BLM过表达导致基因组不稳定的分子机制提供了新见解。

图8：BLM过表达影响同源重组，导致基因组不稳定模型。

9. 2022年11月3日，课题组在学术期刊《欧洲分子生物学学会杂志》（EMBO Journal）发表研究论文，报道外切酶EXD2非连续性降解核酸的新机制，为理解外切酶协调高级结构核酸的分解与降解提供了新的视角，也为明确EXD2的体内功能提供了重要参考。

图9：EXD2切割RNA–DNA杂合体的动力学分析及模型。

10. 2023年6月28日，课题组与合作者在学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）发表研究论文，报道核酸酶RNase H1缺失导致R-loop累积，影响重组酶RAD51和DMC1招募，继而导致减数分裂同源重组异常。

图10：单分子光镊实验及RNase H1影响重组酶招募的分子机制模型。

11. 2023年8月18日，课题组与合作者在学术期刊《中国科学-生命科学》（Science China - Life Sciences）发表研究论文，报道核酸酶Nme2Cas9可以解旋protospacer外DNA，并构建了有32nt编辑窗口的碱基编辑器，为医学及生物学研究提供了新工具。

图11：Nme2Cas9碱基编辑器及其对靶向DNA的编辑范围和效率。

12. 2023年12月21日，课题组在学术期刊《先进科学》（Advanced Science）发表研究论文，报道G-四链体调控DNA复制的动力学分子机制，揭示复制型解旋酶的多种功能以及复制体对G-四链体的固有耐受性，为研究复制重启路径提供了重要参考。

图12：T7复制体克服前导链和后随链G-四链体的分子机制。

13. 2024年6月22日，课题组与合作者在学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）发表研究论文，报道染色体分离蛋白ParB通过相分离凝聚DNA的多种方式，揭示ParB-DNA共凝聚体维持稳定复合物结构，为理解染色体分离提供了新见解。

图13: 染色体分离蛋白ParB通过相分离组装染色体分离复合物。

14. 2024年8月29日，课题组与合作者在学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）发表研究论文，报道了RPA转变RNase H1为双向核糖核酸外切酶，实现RNA-DNA杂合链的持续性降解，揭示了RNase H1独特的核酸酶活性。

图14：RNase H1催化双向RNA-DNA杂合核酸降解的分子机制模型。

代表性论文（*第一作者，#通讯作者）

1. Li, Yanan*; Liu, Chao*; Jia, Xinshuo; Bi, Lulu; Ren, Zhiyun; Zhao, Yilin; Zhang, Xia; Guo, Lijuan; Bao, Yanling; Liu, Cong; Li, Wei^#; Sun, Bo^#; .RPA transforms RNase H1 to a bidirectional exonuclease for efficient RNA–DNA hybrid cleavage.NATURE COMMUNICATIONS. 29 Aug 2024. 15(1):7464.
2. Zhao, Yilin*; Guo, Lijuan*; Hu, Jiaojiao*; Ren, Zhiyun; Li, Yanan; Hu, Meng; Zhang, Xia; Bi, Lulu; Li, Dan; Ma, Hanhui; Liu, Cong^#; Sun, Bo^#; .Phase-separated ParB enforces diverse DNA compaction modes and stabilizes the parS-centered partition complex.NUCLEIC ACIDS RESEARCH. 22 Jun 2024. 52:8385-8398.
3. Guo, Lijuan*; Bao, Yanling*; Zhao, Yilin; Ren, Zhiyun; Bi, Lulu; Zhang, Xia; Liu, Cong; Hou, Xi-Miao; Wang, Michelle D; Sun, Bo^#; .Joint efforts of replicative helicase and SSB ensure inherent replicative tolerance of G-quadruplex.ADVANCED SCIENCE. 21 Dec 2023. 11(9):2307696.
4. Chen, Ziting*; Li, Xiangyang*; Zhang, Qian; Sun, Wenjun; Song, Xiaoxuan; Zhang, Xia; Huang, Xingxu^#; Sun, Bo^#; .Enlarged DNA unwinding by Nme2Cas9 permits a broadened base editing window beyond the protospacer.SCIENCE CHINA LIFE SCIENCES. 18 Aug 2023. 67:424-427.
5. Liu, Chao*; Wang, Liying*; Li, Yanan*; Guo, Mengmeng; Hu, Jun; Wang, Teng; Li, Mengjing; Yang, Zhuo; Lin, Ruoyao; Xu, Wei; Chen, Yinghong; Luo, Mengcheng; Gao, Fei; Chen, Jia-Yu; Sun, Qianwen; Liu, Hongbin; Sun, Bo^#; Li, Wei^#; .RNase H1 facilitates recombinase recruitment by degrading DNA–RNA hybrids during meiosis.NUCLEIC ACIDS RESEARCH. 28 Jun 2023. 51(14):7357-7375.
6. Jia, Xinshuo*; Li, Yanan*; Wang, Teng; Bi, Lulu; Guo, Lijuan; Chen, Ziting; Zhang, Xia; Ye, Shasha; Chen, Jia; Yang, Bei; Sun, Bo^#; .Discrete RNA–DNA hybrid cleavage by the EXD2 exonuclease pinpoints two rate-limiting steps.THE EMBO JOURNAL. 04 Jan 2023. 42:e111703.
7. Wang, Teng*; Hu, Jiaojiao*; Li, Yanan; Bi, Lulu; Guo, Lijuan; Jia, Xinshuo; Zhang, Xia; Li, Dan; Hou, Xi-Miao; Modesti, Mauro; Xi, Xu-Guang; Liu, Cong^#; Sun, Bo^#; .Bloom syndrome helicase compresses single-stranded DNA into phase-separated condensates.ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION. 26 Sep 2022. 61:e202209463.
8. Guo, Lijuan*; Zhao, Yilin*; Zhang, Qian; Feng, Ying; Bi, Lulu; Zhang, Xia; Wang, Teng; Liu, Cong; Ma, Hanhui; Sun, Bo^#; .Stochastically multimerized ParB orchestrates DNA assembly as unveiled by single-molecule analysis.NUCLEIC ACIDS RESEARCH. 09 Sep 2022. 50(16):9294-9305.
9. Bi, Lulu*; Qin, Zhenheng*; Wang, Teng; Li, Yanan; Jia, Xinshuo; Zhang, Xia; Hou, Xi-Miao; Modesti, Mauro; Xi, Xu-Guang; Sun, Bo^#; .The convergence of head-on DNA unwinding forks induces helicase oligomerization and activity transition.PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA. 03 Jun 2022. 119(23):e2116462119.
10. Zhang, Qian*; Chen, Ziting*; Wang, Fangzhu; Zhang, Siqi; Chen, Hongyu; Gu, Xueying; Wen, Fengcai; Jin, Jiachuan; Zhang, Xia; Huang, Xingxu; Shen, Bin^#; Sun, Bo^#; .Efficient DNA interrogation of SpCas9 governed by its electrostatic interaction with DNA beyond the PAM and protospacer.NUCLEIC ACIDS RESEARCH. 02 Dec 2021. 49(21):12433-12444.
11. Ye, Shasha*; Chen, Ziting*; Zhang, Xia; Li, Fangfang; Guo, Lijuan; Hou, Xi-Miao; Wu, Wen-Qiang; Wang, Jian; Liu, Cong; Zheng, Ke; Sun, Bo^#; .Proximal Single-Stranded RNA Destabilizes Human Telomerase RNA G-Quadruplex and Induces Its Distinct Conformers.THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS. 08 Apr 2021. 12(13):3361-3366.
12. Zhang, Siqi*; Zhang, Qian*; Hou, Xi-Miao; Guo, Lijuan; Wang, Fangzhu; Bi, Lulu; Zhang, Xia; Li, Hai-Hong; Wen, Fengcai; Xi, Xu-Guang; Huang, Xingxu; Shen, Bin; Sun, Bo^#; .Dynamics of Staphylococcus aureus Cas9 in DNA target association and dissociation.EMBO REPORTS. 05 Oct 2020. 21(10):e50184.
13. Qin, Zhenheng*; Bi, Lulu*; Hou, Xi-Miao; Zhang, Siqi; Zhang, Xia; Lu, Ying; Li, Ming; Modesti, Mauro; Xi, Xu-Guang^#; Sun, Bo^#; .Human RPA activates BLM's bidirectional DNA unwinding from a nick.ELIFE. 26 Feb 2020. 9:e54098.
14. Zhang, Qian*; Wen, Fengcai*; Zhang, Siqi; Jin, Jiachuan; Bi, Lulu; Lu, Ying; Li, Ming; Xi, Xu-Guang; Huang, Xingxu; Shen, Bin^#; Sun, Bo^#; .The post-PAM interaction of RNA-guided spCas9 with DNA dictates its target binding and dissociation.SCIENCE ADVANCES. 13 Nov 2019. 5(11):eaaw9807.
15. Zhang, Xia*; Yu, Lina*; Ye, Shasha*; Xie, Jie; Huang, Xingxu; Zheng, Ke^#; Sun, Bo^#; .MOV10L1 binds RNA G-Quadruplex in a structure-specific manner and resolves it more efficiently than MOV10.ISCIENCE. 26 Jul 2019. 17:36-48.
16. Sun, Bo^#*; Singh, Anupam; Sultana, Shemaila; Inman, James T.; Patel, Smita S.; Wang, Michelle D.^#; .Helicase promotes replication re-initiation from an RNA transcript.NATURE COMMUNICATIONS. 13 Jun 2018. 9:2306.
17. Sun, Bo*; Pandey, Manjula; Inman, James T.; Yang, Yi; Kashlev, Mikhail; Patel, Smita S.; Wang, Michelle D.^#; .T7 replisome directly overcomes DNA damage.NATURE COMMUNICATIONS. 17 Dec 2015. 6:10260.
18. Sun, Bo*; Johnson, Daniel S*; Patel, Gayatri; Smith, Benjamin Y; Pandey, Manjula; Patel, Smita S^#; Wang, Michelle D^#; .ATP-induced helicase slippage reveals highly coordinated subunits.NATURE. 18 Sep 2011. 478:132-135.
19. Sun, Bo*; Wei, Kong-Ji; Zhang, Bo; Zhang, Xing-Hua; Dou, Shuo-Xing; Li, Ming^#; Xi, Xu Guang^#; .Impediment of E. coli UvrD by DNA-destabilizing force reveals a strained-inchworm mechanism of DNA unwinding.THE EMBO JOURNAL. 13 Nov 2008. 27(24):3279-3287.

专著

Bi, Lulu; Qin, Zhenheng; Hou, Xi-Miao; Modesti, Mauro; Sun, Bo. Simultaneous Mechanical and Fluorescence Detection of Helicase-Catalyzed DNA unwinding (Book Chapter). OPTICAL TWEEZERS: METHODS AND PROTOCOLS. Springer, 2022.

专利

项目

1. I-motif结构调控DNA复制的单分子动力学研究，国家自然科学基金委面上项目，项目负责人
2. 多态帕金森淀粉样纤维的单分子研究，上海科技大学生命学院发展基金，项目负责人
3. 解析RNA–DNA杂合体调控同源重组的动力学分子机制，上海市自然科学基金面上项目，项目负责人
4. 极小型CRISPR核酸酶Cas12f的单分子动力学解析及优化，国家自然科学基金委面上项目，项目负责人
5. 单分子技术解析G四链体调控DNA复制分子机制，上海市自然科学基金面上项目，项目负责人
6. 单分子技术解析BLM解旋酶在DNA同源重组修复中的分子机制及功能，国家自然科学基金委青年科学基金项目，项目负责人
7. 核酸互作蛋白的单分子动力学解析，国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目，项目负责人
8. 单分子技术研究MOV10解旋酶分子机制，上海市自然科学基金面上项目，项目负责人
9. lncRNA甲基化修饰在多能干细胞维持与分化中的作用及机制研究，科技部国家重点研发计划青年项目，课题负责人
10. RNA结合蛋白在精子发生过程中的作用，科技部国家重点研发计划，课题参与人员（非负责人）
11. 单分子技术研究核酸酶在DNA修复过程中的功能机制，上海市浦江人才计划，项目负责人

奖励

1. 2008年，中国科学院物理研究所所长奖学金
2. 2016年，上海市浦江人才
3. 2020年，国家自然科学基金优秀青年科学基金
4. 2020年，上海科技大学优秀教师
5. 2021年，中国生物物理学会单分子生物学分会委员
6. 2021年，上海科技大学优秀教师
7. 2022年，上海科技大学优秀教师

加入我们

课题组成员及合影

姓名：张霞

身份：高级工程师

在组时间：2015/12-至今

邮箱：zhangxia@@shanghaitech.edu.cn
姓名：任知韵

身份：博士研究生

在组时间：2021/01-至今

邮箱：renzhy1@@shanghaitech.edu.cn
姓名：胡萌

身份：博士研究生

在组时间：2022/11-至今

邮箱：humeng@@shanghaitech.edu.cn
姓名：鲍彦伶

身份：博士研究生

在组时间：2022/01-至今

邮箱：baoyl@@shanghaitech.edu.cn
姓名：宋晓萱

身份：博士研究生

在组时间：2022/01-至今

邮箱：songxx@@shanghaitech.edu.cn
姓名：朱文青

身份：博士研究生

在组时间：2023/01-至今

邮箱：zhuwq2022@@shanghaitech.edu.cn
姓名：程昺凯

身份：博士研究生

在组时间：2023/01-至今

邮箱：chengbk2022@@shanghaitech.edu.cn
姓名：陈丽双

身份：博士研究生

在组时间：2023/01-至今

邮箱：chenlsh2022@@shanghaitech.edu.cn
姓名：赵毅

身份：硕士研究生

在组时间：2024/01-至今

邮箱：zhaoyi12023@@shanghaitech.edu.cn
姓名：吴绍娟

身份：硕士研究生

在组时间：2024/01-至今

邮箱：wushj2023@@shanghaitech.edu.cn