中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室王宏达

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王宏达，中国科学院长春应用化学研究所研究员，中国科学院“百人计划”、“国家杰出青年基金”、国家“万人计划”科技创新领军人才获得者。1995年毕业于吉林大学分子生物学系获学士学位，2000年毕业于中科院长春应用化学研究所获分析化学博士学位，2001-2007年先后在德国马普分子生理研究所和美国亚利桑那州立大学从事博士后研究。长期从事单分子生物物理方面的研究工作，提出新的红细胞膜结构模型（Semi-mosaic model）和有核组织细胞膜结构模型（Protein Layer-Lipid-Protein Island model），揭示信号转导受体EGFR和寡糖在细胞膜上的成簇分布规律；开发了基于原子力显微镜的测量动态微观力系统（“力示踪”技术），实时记录了细胞膜转运单分子/单颗粒的过程；自主研发超分辨荧光显微镜技术。在Chemical Society Reviews、Nature Communications、PNAS、Cell Research、JACS、Nano Letters等杂志发表论文100余篇。应邀担任中国化学会生物物理化学专业委员会委员、中国生物物理学会理事。


王宏达　研究员
博士生导师
房间号：无机分析楼207室
电话：0431-85262684
传真：0431-85262864
E-mail：hdwang@ciac.jl.cn
教育和工作经历
12/2007 – 至今: 研究员，中科院“百人计划”， 中国科学院长春应用化学研究所电分析国家重点实验室。
09/2001 – 12/2007: 博士后, 美国亚里桑那州立大学生物设计研究所单分子生物物理研究中心
07/2008 – 10/2008: 访问教授, 美国亚里桑那州立大学生物设计研究所单分子生物物理研究中心
03/2001 – 08/2001: 博士后, 德国马普分子生理研究所 (Max-Planck-Institut fur molekulare Physiologie, Germany) 。
09/1995 – 12/2000: 博士生, 中国科学院长春应用化学研究所。
09/1991 – 07/1995: 本科生, 吉林大学分子生物系生物化学专业。
主要荣誉
2010年, 中科院百人计划择优支持
研究资助
长春应用化学研究所“百人计划”启动经费（负责人）
中科院“百人计划”资助（所经费，负责人）
国家自然科学基金面上项目（2项，负责人）
国家科技部重大研究计划项目（1项，主要参加人）
电分析化学国家重点实验室基金
电分析化学国家重点实验室启动基金
研究方向
细胞膜是细胞的天然屏障,它把细胞与外界环境分离开来。细胞膜有许多重要的生物功能, 如物质隔离、物质交换和细胞通讯等。这些功能的实现主要是靠磷脂双层膜和分布在其上的糖蛋白完成的。目前细胞膜的单分子结构还没有完全清楚，尚处于模型假设阶段。当今经典的生物膜模型仍然是1972年Singer等提出的流动镶嵌模型。此模型提出跨膜蛋白随机的分散在磷脂双层膜中，蛋白质就像漂浮的小筏在磷脂层中随机流动，蛋白两端分别伸出细胞内外膜。然而近期的一些研究表明，流动镶嵌模型对一些生物膜现象并不能很好的解释，如信号转导中的多蛋白协作现象。因此一些改进的细胞膜模型已经被逐渐提出，如脂筏模型。事实上，生物膜结构的研究还远没有完善。这原因有很多，其一是细胞膜的复杂性，它是由多种膜蛋白（多达上百种）、脂类和糖类组成的超分子体系，结构十分复杂。其二是研究细胞膜方法的限制。本小组利用现场高分辨AFM、分子识别成像显微镜、超分辨荧光显微镜等为手段在生理条件下对生物膜结构进行了系统的研究，包括细胞膜的静态高分辨结构、细胞膜物质转运的动态过程、细胞膜内吞事件以及病毒侵染细胞的动态过程。
主要代表性论文
1. Mingjun Cai, Weidong Zhao, Xin Shang, Junguang Jiang, Hongbin Ji, Zhiyong Tang* and Hongda Wang*，Direct Evidence of Lipid Rafts by in-situ Atomic Force Microscopy. Small, accepted. IF: 7.3
2. Yuping Shan, Jinfeng Huang, Juanjuan Tan, Gui Gao, Shuheng Liu, Hongda Wang*, and Yuxin Chen*, The study of single anticancer peptides interacting with HeLa cell membranes by single molecule force spectroscopy, Nanoscale, accepted. (Journal Back Cover) IF: 4.1
3. Xian Hao, Xin Shang, Jiazhen Wu, Yuping Shan, Mingjun Cai, Junguang Jiang, Zhong Huang, Zhiyong Tang*, Hongda Wang*, Single particle tracking of hepatitis-B-virus-like vesicles entry into cells. Small, 7, 1212-1218 (2011). (Journal Cover) IF: 7.3
4. Yuping Shan, Suyong Ma, Liya Nie, Xin Shang, Xian Hao, Zhiyong Tang and Hongda Wang*, Size-dependent endocytosis of single gold nanoparticles. Chemical Communications, 2011, Advance Article, DOI: 10.1039/C1CC11453K. IF: 5.8
5. Yuping Shan, Xian Hao, Xin Shang, Mingjun Cai, Junguang Jiang, Zhiyong Tang* and Hongda Wang*，Recording force events of single quantum-dot endocytosis. Chemical Communications, 47，3377-3379 (2011). IF:5.8 （Highlighted by Nature Asia Materials)
6. Lei Zhu, Huiling Wang, Lin Wang, Ye Wang, Kun Jiang, Cheng Li, Qingjie Ma, Shi Gao, Liping Wang, Wei Li, Mingjun Cai, Hongda Wang, Gang Niu, Seulki Lee, Wei Yang, Xuexun Fang and Xiaoyuan Chen, High-affinity peptide against MT1-MMP for in vivo tumor imaging. Journal of Controlled Release, doi:10.1016/j.jconrel.2011.01.032 (2011). IF: 7.2
7. Yuping Shan, Zhiyong Wang, Xian Hao, Xin Shang, Mingjun Cai, Junguang Jiang, Xuexun Fang, Hongda Wang*, Zhiyong Tang*, Locating Band III protein in quasi-native cell membranes. Analytical Methods, 2, 805 (2010).
8. Hongda Wang*, Xian Hao, Yuping Shan, Junguang Jiang, Mingjun Cai and Xin Shang, Preparation of cell membranes for high resolution imaging by AFM. Ultramicroscopy, 110, 305-312 (2010) IF: 2.1
9. Junguang Jiang, Xian Hao, Mingjun Cai, Yuping Shan, Xin Shang, Zhiyong Tang, Hongda Wang*. Localization of Na+-K+ ATPases in Quasi-Native Cell Membranes. Nano Letters, 9, 4489-4493 (2009) IF: 12.2
10. Hongda Wang, Linda Obenauer-Kutner, Mei Lin, Yunping Huang, Michael Grace, Stuart Lindsay. Imaging Glycosylation. J. Am. Chem. Soc. 130，8154-8155 (2008). IF: 9.0
11. Hongda Wang*, Yamini Dalal*, Stuart Lindsay, Steven Henikoff. Single-epitope recognition imaging of native chromatin. Epigenetics & Chromatin 1:10, doi:10.1186/1756-8935-1-10 (2008).
12. Yamini Dalal, Hongda Wang, Stuart Lindsay, Steven Henikoff. Tetrameric Structure of Centromeric Nucleosomes in Interphase Drosophila Cells. PLoS Biology 5 1798-1809 (2007). IF: 12.5
13. Francisco Solis#, Ralph Bash#, Hongda Wang#, Jaya Yodh, Stuart Lindsay and Dennis Lohr. Effects of histone acetylation on properties of nucleosomes in MMTV and 5S rDNA arrays. Biochemistry 46, 5623-5633 (2007). (#co-first author) IF: 3.2
14. Hongda Wang, Ralph Bash, Dennis Lohr. Two-component atomic force microscopy recognition imaging of complex samples. Analytical Biochemistry 361, 273-279 (2007). IF: 3.2
15. Liyun Lin, Hongda Wang, Yan Liu, Hao Yan and Stuart Lindsay. Recognition imaging with a DNA aptamer. Biophysical Journal 90, 4236-4238 (2006). IF: 4.2
16. Hongda Wang, Ralph Bash, Stuart Lindsay and Dennis Lohr. Solution AFM Studies of Human Swi-Snf and Its Interactions With MMTV DNA and Chromatin. Biophysical Journal 89, 3386-3398 (2005). IF: 4.2
17. Cordula Stroh#, Hongda Wang#, Ralph Bash, Brian Ashcroft, Jeremy Nelson, Hermann Gruber, Dennis Lohr, Stuart Lindsay, and Peter Hinterdorfer, Single-molecule recognition imaging microscopy. Proc. Natl. Acad. Sci (USA)., 101, 12503-12507 (2004). (#co-first author) IF: 9.8
18. Hongda Wang, Ralph Bash, Jaya. G. Yodh, Gorden Hager, Stuart Lindsay and Dennis Lohr, Using Atomic Force Microscopy to Study Nucleosome Remodeling on Individual Nucleosomal Arrays in Situ. Biophysical Journal 87, 1964-1971 (2004). IF: 4.2
19. Hongda Wang, Ralph Bash, Jaya G. Yodh, Gorden L. Hager, Dennis Lohr, Stuart M. Lindsay. Glutaraldehyde Modified Mica: A New Surface for Atomic Force Microscopy of Chromatin. Biophysical Journal 83, 3619-3625 (2002). IF: 4.2
20. Hongda Wang, Zhiyong Tang, Zhuang Li, Erkang Wang. Self-assembled monolayer of ssDNA on Au (111) substrate. Surface Science 480, L389-L394(2001). IF: 2.0
Patents and invention disclosures
1. Stuart Lindsay, Hongda Wang: AFM for simultaneous recognition of multiple factors. Arizona State University Disclosure # M6-066 (2006).
2. Stuart Lindsay, Hongda Wang: Polarizing Molecular manipulator for dielectric surface. Arizona State University Disclosure # M2094 (2002).
3. Zhuang Li, Aiguo Wu, Hongda Wang, Lihua Yu, Jing Li: AFM multiprobe tips holder. Chinese Patent No. 01204082.7 (2001).
4. Aiguo Wu, Zhuang Li, Hongda Wang, Lihua Yu, Jing Li, Yonghai Song: Chinese first alphabet input method into computer. Patent No. 00104585.7 (2000).
5. Zhuang Li, Hongda Wang, Aiguo Wu, Lihua Yu, Erkang Wang. The method of orienting sample for SPM. Chinese Patent 99126338.3（1999）.
6. Zhuang Li, Aiguo Wu, Hongda Wang, Lihua Yu, Erkang Wang. Reforming the tipholder of SPM. Chinese Patent 99256948.6（1999）.　
研究组人员概况
国定人员：蒋俊光（副研），蔡明军（助研），刘姝姮（项目研究实习员）
在读博士：单玉萍，吴家桢，赵伟栋，潘延刚，田咏梅
在读硕士：高婧，陈俊玲
　　

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由王宏达教授和李国辉教授编著的 Membrane Biophysics 这本书是2018年最新出版的作品，重点介绍了有关探索质膜结构和功能的最新进展和多种技术。它先回顾了细胞膜研究的历史，并列出了关于膜结构的最新进展，例如红细胞膜的半镶嵌模型和用于有核组织细胞膜的蛋白质层 - 脂质蛋白岛模型。随后着重于膜组分的定位和相互作用，膜运输和跨膜信号转导的动态过程。对生物物理学和化学中使用的经典和尖端技术（例如高分辨率原子力显微镜和超分辨率荧光显微镜）进行全面阐述，对该领域的专业研究人员和细胞膜研究的初学者都非常有帮助。本书让读者更深入地了解单分子水平上的质膜组织，并开辟了揭示膜结构和功能之间关系的新方法，使其成为各领域研究人员必读的内容。

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　葡萄糖分子是维持细胞代谢和生命活动的重要能量来源。葡萄糖转运体1(GLUT1)广泛存在于人体细胞表面，对于维持正常生理功能极为重要，其表达和功能异常与很多疾病相关。然而，GLUT1在细胞膜上的详细定位与分布信息，以及定位分布信息与它们的生理功能之间的联系还未完全解析，尤其是单个葡萄糖分子跨膜转运的动态过程，葡糖糖与葡萄糖转运体之间的动态相互作用关系仍未阐明。随着对细胞膜结构与功能认识的不断发展，许多研究发现膜蛋白在细胞膜上呈现聚集状态的分布特征。蛋白质层-脂质-蛋白岛（Protein Layer-Lipid-Protein Island, PLLPI）细胞膜结构模型强调，在细胞膜的外质侧形成了一个密集的蛋白质层，并在细胞质一侧形成了分散的蛋白质微区域(microdomians)。超分辨率荧光显微成像技术突破了光学衍射极限，为解决GLUT1的分布特点和组织机制提供了一种特别合适的研究手段。

　　近日，中国科学院长春应用化学研究所王宏达研究员课题组与中国科学院昆明植物研究所熊文勇研究员课题组合作，利用直接随机光学重建超分辨显微镜（dSTORM）对GLUT1的分布和组装进行了研究。研究发现GLUT1转运体在HeLa细胞膜上形成了平均直径约为250纳米的聚集体。GLUT1和脂质筏（Lipid Rafts）之间有共定位分布的空间联系。同时还发现不仅脂质筏区域的环境可以稳定GLUT1在在细胞膜上的分布，而且肌动蛋白细胞骨架和N-糖基化在GLUT1聚集体的形成中起着重要的作用。该成果发表在美国国家科学院院刊（PNAS）DOI: 10.1073/pnas.1803859115

　　为了研究单个葡萄糖分子跨膜转运的动态过程，王宏达研究员课题组与中国科学院大连化学物理研究所的李国辉研究员课题组合作，应用基于原子力显微镜（AFM）的力示踪技术直接检测了一个葡萄糖分子跨越细胞的力为37±9皮牛，与之对应的时间为20毫秒。此外，实验结果与通过分子动力学模拟计算获得的数据相一致，说明两个盐桥（K38/E299和K300/E426）在GLUT1介导的葡萄糖分子的跨膜转运过程中发挥了关键作用。本研究首次在单分子水平上对单个葡萄糖分子的跨膜过程进行了观察和解析。该成果发表在英国皇家化学会Nanoscale Horizons杂志DOI: 10.1039/c8nh00056e。

　　该项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等支持。

（A）蛋白质层-脂质-蛋白岛（PLLPI）细胞膜结构模型；

（B）GLUT1在细胞膜的超分辨成像；GLUT1与脂筏结的双色成像；甲基β环糊精（MβCD）和叠氮化钠（NaN3）处理后GLUT1的分布；标尺：5 μm

　　文章链接1 2

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题目：多种单分子技术研究细胞膜结构和功能
报告人：中科院长春应用化学研究所 王宏达教授，国家杰出青年基金获得者
时间：9月28日 (周五) 下午3:00
地点：上海交通大学化学楼A五楼518报告厅
邀请人：任吉存 教授


报告人简介：

   王宏达，中国科学院长春应用化学研究所研究员，中国科学院“百人计划”、“国家杰出青年基金”、国家“万人计划”科技创新领军人才获得者。1995年毕业于吉林大学分子生物学系获学士学位，2000年毕业于中科院长春应用化学研究所获分析化学博士学位，2001-2007年先后在德国马普分子生理研究所和美国亚利桑那州立大学从事博士后研究。

   长期从事单分子生物物理方面的研究工作，提出新的红细胞膜结构模型（Semi-mosaic model）和有核组织细胞膜结构模型（Protein Layer-Lipid-Protein Island model），揭示信号转导受体EGFR和寡糖在细胞膜上的成簇分布规律；开发了基于原子力显微镜的测量动态微观力系统（“力示踪”技术），实时记录了细胞膜转运单分子/单颗粒的过程；自主研发超分辨荧光显微镜技术。

   在Chemical Society Reviews、Nature Communications、PNAS、Cell Research、JACS、Nano Letters等杂志发表论文100余篇。应邀担任中国化学会生物物理化学专业委员会委员、中国生物物理学会理事。

内容简介：
   细胞膜是活细胞的天然屏障，它把细胞与外界环境分离开来。细胞膜有许多重要的生物学功能，如物质隔离、物质交换和细胞通讯等。在分子水平研究细胞膜的结构对揭示细胞膜的功能和治疗细胞膜相关疾病有重要的指导意义。

   我们利用多种单分子技术（原子力显微镜、超分辨荧光显微镜和单分子力谱技术）在接近生理条件下对细胞膜结构和功能进行了系统研究。红细胞膜的研究结果表明，膜蛋白在细胞膜内非对称分布，蛋白半跨磷脂双层膜，细胞膜外侧光滑，内侧有大量的功能蛋白聚集体，称为红细胞膜的“半镶嵌模型”（Semi-mosaic Model）。

   哺乳动物有核组织细胞膜的研究结果表明，在磷脂双分子层的外侧存在一层致密光滑的蛋白质层，厚度约为4纳米，它包含多种膜外区域蛋白和受体等；细胞膜内侧则相对粗糙，有大量的膜蛋白存在，并且这些蛋白是以聚集体（与脂筏密切相关）的形式分布在膜内侧的，称为哺乳动物有核组织细胞膜的Protein Layer-Lipid-Protein Island模型。

   此外，我们开发单分子力学测量技术对细胞膜的动态转运功能进行深入解析。