北京大学化学学院王初

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王初，北京大学化学与分子工程学院化学生物系特聘研究员、博士生导师，北京大学合成与功能生物分子中心和北大-清华生命联合中心研究员，入选国家“”项目。2001年本科毕业于中国科学技术大学生物学系，2007年在美国University of Washington生物化学系获博士学位，2009-2013年在美国The Scripps Research Institute从事博士后研究，2013年12月回国工作于北京大学。目前主要研究方向涉及：（1）运用化学蛋白质组学和化学生物学技术发掘氧化应激条件下，细胞内发生共价修饰的氨基酸功能位点；（2）利用组学技术分析和鉴定天然产物生物活性成分在细胞内的分子靶标及作用位点；（3）研发计算生物学方法，对小分子配体对蛋白质共价修饰进行结构模拟预测和分子设计。


王 初 博士
研究领域：化学生物学，蛋白质组学，计算生物学
办公室：北京大学新化学楼B241室，100871
电话: +86-10-62768644(办公室)； +86-10-62768657(实验室)
电子邮件：chuwang@pku.edu.cn
实验室主页: www.chem.pku.edu.cn/wangchulab
         
科研经历：
2013- 至今，特聘研究员，博士生导师，北京大学化学与分子工程学院化学生物系,
2013- 至今，研究员，北京大学合成与功能生物分子中心，北大清华生命科学联合中心
2009- 2013，博士后，美国Scripps研究所化学生理系
2007-2009 ，博士后 ，美国西雅图华盛顿大学生物化学系，霍华德休斯医学研究所
2007 ，理学博士，美国西雅图华盛顿大学生物化学系，“生物分子结构与设计”跨学科博士生培养项目
2001 ，理学学士，中国科学技术大学生物学系
研究方向：
主要通过化学蛋白质组学,生物化学和计算生物学等多种跨领域的技术和手段，大规模发掘蛋白质组中被内源生物小分子或外源化学药物分子特异修饰的功能位点和靶点，并深入研究这些修饰对蛋白质的结构、功能以及其所在的细胞内新陈代谢和信号传导通路的影响。这些研究将有力地推动在后基因组时代人们对大量未知蛋白功能注释的进程，揭示其在各种新陈代谢通路中的关键作用，以及从分子水平上解释多种病理环境的形成和诱因，为相关的药物和治疗手段的研发提供理论基础。目前初步的工作设想包括以下几个方面的内容：
•  运用化学生物学和化学蛋白质组学的技术大规模挖掘在细胞处于氧化应激(oxidative stress)条件下，被内源亲电性小分子代谢产物所特异共价修饰的氨基酸功能位点。
•  运用生物化学、细胞生物学以及药物化学等诸多实验方法对在细胞氧化应激条件下这些被修饰的位点做深入的功能性研究，以揭示这些修饰对蛋白质结构功能和所在的代谢通路的影响。
•  研发计算结构生物学分子对接(protein-ligand docking)的方法，对小分子配体对蛋白质共价修饰进行结构模拟预测和分子设计，以用于小分子酶抑制剂的开发、药物设计以及对未知蛋白的功能注释。
代表性论文：
1.        Wang C#, Weerapana E, Blewett M, Cravatt BF#. (2013) A chemoproteomic platform to quantitatively map targets of lipid-derived electrophiles. Nature Methods, in press. （#并列通讯作者）
2.        Weerapana E*, Wang C*, Simon GM, Richter F, Khare S, Dillon MB, Bachovchin DA, Mowen K, Baker D, Cravatt BF. (2010). Quantitative reactivity profiling predicts functional cysteines in proteomes. Nature 468:790-5. （*并列第一作者）
3.        Wang C, Vernon R, Lange O, Tyka M, Baker D. (2010) Prediction of structures of zinc-binding proteins through explicit modeling of metal coordination geometry. Protein Sci 19:494-506.
4.        Wang, C., Bradley, P. & Baker, D. (2007). Protein-protein docking with backbone flexibility. J Mol Biol 373, 503-19.
5.        Wang, C.*, Schueler-Furman, O.* & Baker, D. (2005). Improved side-chain modeling for protein-protein docking.Protein Sci 14, 1328-39. （*并列第一作者）

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      王初课题组在蛋白质羰基化修饰的标记和组学鉴定中取得新的进展

当细胞内发生脂质过氧化时，细胞膜、线粒体膜、内质网膜等结构中的多不饱和脂肪酸（PUFA）会发生降解生成脂源性亲电小分子（lipid-derived electrophiles，简称LDEs ）。这些小分子大多具有α, β-不饱和醛或酮的结构，可以与蛋白的亲核性残基Cys, His和 Lys发生Michael加成反应形成羰基化修饰，从而影响蛋白的结构和活性。到目前为止，羰基化修饰已被报道与神经退行性疾病、糖尿病、心血管疾病等多种病理条件密切相关，因此羰基化修饰蛋白和位点的鉴定对于理解相关疾病的发生具有重大意义。

       王初课题组的一个重要研究方向是发展化学蛋白质组方法对生理和病理状态下细胞内蛋白质的羰基化修饰进行选择性标记和质谱分析 (Curr Opin Chem Biol2016,30, 37-45)。在2017年，课题组发展了生物正交的羟胺探针，以经典的LDE分子4-羟基壬烯醛（HNE）为模型，结合还原性二甲基化标记技术，实现了对外源的羰基化修饰蛋白和位点进行了直接的大规模捕获和鉴定 (Redox Biol2017,12, 712-718)。然而鉴定病理条件下内源性羰基化的修饰蛋白及位点仍是该领域的重大挑战。为了解决这一难题，王初课题组首次将广泛应用于oxime ligation中的催化剂苯胺结构引入到活性分子探针中，首先以HNE为模型分子，建立和优化了蛋白羰基化修饰的定量化学蛋白质组方法，实现了对上千个羰基化修饰位点的修饰活性的定量分析。苯胺探针与此前大家常用的酰肼、羟胺类探针相比，肽段的加成物的化学性质十分稳定，可以避免质谱制样和上机过程中发生碎裂，因此具有更高的灵敏性，非常适合研究信号微弱的内源性羰基化修饰。

      王初课题组选择了将苯胺探针应用于检测细胞“铁死亡”(ferroptosis)过程中蛋白羰基化修饰。铁死亡是在2012年最新被发现和定义的一种细胞死亡方式，它在细胞形态学、生化特征以及基因水平上都与细胞凋亡、坏死、自噬等传统的细胞死亡方式具有显著的差别。铁死亡有两个显著特征：死亡过程依赖铁元素和细胞内的活性氧物种（ROS）水平升高。目前常用的两种铁死亡诱导剂是RSL3和erastin，它们可以通过直接或间接的方式抑制 谷胱甘肽过氧化物酶（GPX4）的活性，从而抑制细胞清除脂质过氧化物的能力，导致ROS不断累积，引发细胞死亡。

       王初课题组利用苯胺探针，并结合还原性二甲基化标记策略，鉴定出超过400个在铁死亡中发生羰基化修饰的蛋白靶标。功能性分析显示这些蛋白主要定位在内质网、高尔基体、线粒体等富含多不饱和脂肪酸的细胞器中，并且富集到肺癌、肾损伤和HIV等疾病中。作者们进一步利用可切割的富集标签，成功地在发生铁死亡的细胞中鉴定到20余个被不同亲电脂质分子进行内源羰基化修饰的位点，并对其中的一个线粒体通道蛋白上的修饰位点进行了生化实验功能验证。本工作这是首次对细胞铁死亡过程中的羰基化修饰靶标蛋白的组学的研究，同时也是第一例被报道的在活细胞内鉴定到内源羰基化修饰位点的化学蛋白质组学研究，这些数据成果为后续深入的研究细胞铁死亡和氧化应激诱导的退行性疾病机理奠定了坚实基础。

       本工作近日以长文的形式在Journal of American Chemical Society杂志在线发表，题目为“Quantitative profiling of protein carbonylations in ferroptosis by an aniline-derived probe”，并被选为当周的ACS Editor’s choice作为重点推荐文章。王初特聘研究员为本文通讯作者，第一作者为王初课题组化学学院四年级博士研究生、校长奖学金获得者陈影同学，王初课题组博士后刘源，本科生蓝童等多位同学为本课题的完成提供了帮助，德国慕尼黑Helmholtz研究所的Marcus Conrad教授等也参与了本课题的合作。

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应功能有机分子化学国家重点实验室邀请，北京大学化学与分子工程学院王初研究员来我校进行学术交流并作学术报告，欢迎感兴趣的师生参加。

报 告 人：王初 研究员
报告题目：化学蛋白质组学——活性分子靶点的定量分析和机理研究
报告时间：2018年6月27日（星期三）下午16:30
报告地点：兰州大学第二化学楼101学术报告厅

报告人简介
      王初，北京大学化学与分子工程学院化学生物系特聘研究员、博士生导师，北京大学合成与功能生物分子中心和北大-清华生命联合中心研究员，入选国家“青年##计划”项目。2001年本科毕业于中国科学技术大学生物学系，2007年在美国University of Washington生物化学系获博士学位，2009-2013年在美国The Scripps Research Institute从事博士后研究，2013年12月回国工作于北京大学。目前主要研究方向涉及：（1）运用化学蛋白质组学和化学生物学技术发掘氧化应激条件下，细胞内发生共价修饰的氨基酸功能位点；（2）利用组学技术分析和鉴定天然产物生物活性成分在细胞内的分子靶标及作用位点；（3）研发计算生物学方法，对小分子配体对蛋白质共价修饰进行结构模拟预测和分子设计。

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祝贺王初老师荣获2018年度国际化学生物学学会 “ICBS Young Chemical Biologist Award”

2018年9月28日，国际化学生物学学会（International Chemical Biology Society，ICBS）在加拿大温哥华举行的2018年年会上授予北京大学化学与分子工程学院、北大清华生命联合中心王初研究员“ICBS Young Chemical Biologist Award”。该奖项由国际化学生物学学会设立，旨在鼓励和表彰在化学生物学领域取得优秀工作成就的青年科学家（独立工作时间不超过7年）。该奖项自2013年以来，每年在全球范围内遴选3位优秀青年化学生物学家颁奖，获奖人被邀请在当年国际化学生物学年会的“Rising Stars”分会场做邀请报告。

    王初研究员自2013年年底回国独立工作以来，其课题组专注于发展和应用定量化学蛋白质组学新技术，结合实验和计算方法系统研究和发掘复杂蛋白质组中全新的蛋白酶活性催化位点、翻译后修饰位点以及与其它生物大分子和小分子相互作用位点，并对这些全新功能位点的生理和病理功能开展深入研究，为发现新的药物靶点、进行理性的药物设计和研发提供重要线索。迄今已在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、PNAS、ACS Cent Sci等核心学术刊物上发表论文共计22篇，其中（并列）通讯作者论文14篇。

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2019年12月8日，第十三届药明康德生命化学研究奖在北京公布评选结果，本次共评选出“杰出成就奖”3人，“科技成果转化奖”1人，“学者奖”16人。北京大学化学学院王初、刘志博特聘研究员获得本届药明康德生命化学研究奖学者奖。
       药明康德生命化学研究奖设立于2007年，旨在奖励从事生命化学及相关领域研究，并在科研创新、成果推广及高新技术产业化等方面取得突出成就的中青年科技人才。截至目前，共有225位优秀科学家获奖，其中北京大学化学学院共有9位教师获奖。
   “药明康德生命化学研究奖”注重激励中青年科学家投身科学研究，在其原创性研究成果发布初期给予关注和支持，助力他们进一步取得成果突破。历届获奖者的平均获奖年龄为45岁，今年的获奖者中也涌现出了优秀的90后科研人才。获奖者们的科研成果，对生命化学领域的技术创新和大健康产业的变革发展，起到了积极的推动作用。

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辅酶A （Co-enzyme A 或者CoA）是自然界中生命体必不可少的辅酶因子之一，广泛参与各种重要的生理过程。以辅酶A为底物，由磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶介导的翻译后修饰被称之为磷酸泛酰巯基乙胺化修饰（4’-phosphopantetheinylation），简称泛酸化修饰，它是辅酶A 调节蛋白质结构和功能的另外一种重要方式。在哺乳动物细胞中，迄今为止，共有发现有5个带有泛酸化修饰蛋白质，它们分别在脂肪酸合成、叶酸代谢和β-丙氨酸活化中发挥关键作用。鉴于泛酸化修饰在原核生物和哺乳动物细胞中均扮演着举足轻重的角色，因此，在蛋白质组中是否存在其它新颖的蛋白质底物成为了一个值得关注的重要问题。

图1：哺乳动物细胞内泛酸化修饰的化学蛋白质组学分析

       近日，北京大学化学与分子工程学院、北大合成与功能生物分子中心、北大-清华生命联合中心王初课题组在哺乳动物细胞水平泛酸化修饰底物的化学蛋白质组学鉴定分析中取得重要进展。他们以磷酸泛酰巯基乙胺化修饰为研究对象，发展了相应的代谢标记化学探针，首次在哺乳动物细胞中实现了泛酸化修饰蛋白底物的化学标记，并结合定量蛋白质组学技术，在全蛋白质组水平对其蛋白和修饰位点进行了系统的鉴定，同时发现了一些潜在的全新泛酸修饰底物蛋白和位点 （图1）。该工作以题为“Chemical proteomic profiling of protein 4'-phosphopantetheinylation in mammalian cells”的研究论文发表在 Angewandte Chemie International Edition杂志上。
       王初教授为本文的通讯作者，化学学院2013级博士毕业生陈南为该文章的第一作者，王初课题组博士后刘源和研究生李元培也为本工作做出了重要贡献。该工作得到了科技部、基金委、北京分子科学国家研究中心、教育部生物有机和分子工程重点实验室的经费支持。
       谨以此文热烈祝贺唐有祺先生百岁华诞！
      论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202004105

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近日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命联合中心王初课题组在Journal of American Chemical Society杂志上发表题为“Quantitative Site-Specific Chemoproteomic Profiling of Protein Lipoylation”的研究文章。在这项工作中，作者发展了新型的用于捕获硫辛酰化修饰的化学探针，并结合定量化学蛋白质组学的技术，首次实现在大肠杆菌和哺乳动物细胞中的硫辛酰化修饰位点全局性鉴定与定量，并对大肠杆菌中特定底物蛋白中三个硫辛酰化修饰位点的调控和硫辛酰化修饰合成酶的功能进行了研究。
          硫辛酰化修饰是一种通过酰胺键将硫辛酸共价连接到蛋白质赖氨酸残基上的翻译后修饰。硫辛酰化修饰在进化中高度保守，并且位于细菌和哺乳细胞核心代谢途径几种重要蛋白质复合物的活性口袋中，作为关键辅因子发挥着重要的催化作用。硫辛酰化修饰的失调与人类代谢紊乱、癌症等疾病相关。因此，加深对硫辛酰化修饰调节的理解对于研究与这些疾病相关分子机制具有重要的意义。
         本工作发展了一种标记硫辛酰化修饰的探针和一套具有位点分辨率的定量化学蛋白质组技术。作者受醛基基团保护策略中常用的基于硫缩醛的方法启发，设计了丁醛探针BAP。该探针中含有醛基，可与硫辛酰化修饰发生缩合反应，并结合生物正交基团炔基，通过铜催化的点击化学反应引入可切割的富集标签。作者结合底物序列分析结果，使用V8蛋白内切酶可以实现了对大肠杆菌中所有已知硫辛酰化修饰位点的鉴定。

           利用发展的大肠杆菌硫辛酰化修饰位点定量策略，本工作发现底物蛋白ODP2中三个硫辛酰化修饰位点在体内的调控是相对独立的，并且当体内感受到整体的硫辛酰化修饰降低到一定限度时，会启动一定的补偿调控机制。作者进一步在大肠杆菌中探究了硫辛酰化修饰从头合成途径和硫辛酰化修饰直接合成途径在硫辛酰化修饰合成过程的重要性。通过对三个硫辛酰化修饰合成酶进行敲除，作者发现从头合成途径比直接合成途径起了更重要的作用。
         最后，作者进一步将该定量化学蛋白质组学流程运用到哺乳细胞体系中。利用新型的电离辅助亲和标签CY58，结合二甲基化标记定量策略，作者成功地实现了对人源细胞中所有已知的六个硫辛酰化修饰位点进行定量，有望对不同类型生物样本中的硫辛酰化修饰水平进行测定。
        该 文的通讯作者为北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命联合中心的王初教授。其指导的化学与分子工程学院2016级博士研究生赖书畅和博士后陈颖博士为该文的共同第一作者。王初课题组杨帆博士，肖伟弟博士和刘源博士等合作者为该课题做出了重要的贡献。该工作得到了基金委、北京分子科学国家研究中心、教育部生物有机和分子工程重点实验室、北大-清华生命联合中心的经费支持。
        文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01528

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近日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命联合中心王初课题组与北京大学药学院董甦伟课题组合作在JournaloftheAmerican Chemical Society杂志上发表了题为“Discovery of itaconate-mediated lysine acylation”的论文。在这项工作中，作者利用抗体“脱靶”富集结合开放式搜索策略在巨噬细胞中发现了一种由衣康酸介导的赖氨酸上的新型翻译后修饰——衣康酰化修饰，并对该修饰及其前体衣康酰辅酶A在免疫响应过程中的动态变化进行了表征。该修饰的发现为解释衣康酸发挥免疫调控功能的机制提供了新的线索。
　　衣康酸(itaconate)是一类近年来发现具有免疫调控活性的内源代谢物小分子，它被发现在病原菌刺激后的巨噬细胞中大量生成，并可通过结构中的亲电性α,β-不饱和羧酸结构对蛋白上的活性半胱氨酸残基进行迈克尔加成，这一翻译后修饰被称为“衣康酸修饰(itaconation)”。王初课题组此前先后通过竞争性ABPP策略以及生物正交的化学探针实现了巨噬细胞及病原菌中衣康酸修饰位点的大规模研究(Nat chem biol 2019,JAmChemSoc 2020, ChemSci 2021)。近年来有研究暗示了衣康酸可能还存在着其它的调控途径，但截至目前，尚无其它由衣康酸介导的修饰形式被报道。
　　作者在研究巨噬细胞经衣康酸处理后琥珀酰化修饰的水平变化时，意外地通过开放式搜索在质谱结果中发现了一个此前未知的翻译后修饰，该修饰的数目随着衣康酸的处理有着明显提升，其对应的分子式C5H4O3正好吻合衣康酸通过结构中的羧基与赖氨酸所形成的衣康酰化修饰。由于赖氨酸上的酰基化修饰通常以对应的酰基辅酶A作为前体，作者随后在巨噬细胞中检测到了内源衣康酰辅酶A的存在，其含量随着衣康酸的处理有显著上升，并确定了辅酶A连接在远离双键的羧基上。
　　作者进一步发现使用细菌表面抗原模拟物刺激巨噬细胞后，衣康酰辅酶A及衣康酰化修饰的水平均有显著上升。在三次生物学重复中作者共鉴定到了87个高置信度的衣康酰化修饰位点，其中包括一些存在多个修饰位点的蛋白，例如具有7个修饰位点的组蛋白H2B1B和多个糖酵解关键酶，暗示着衣康酰化修饰可能具有表观遗传调控和对糖酵解通路的调控作用。最后作者利用合成的重标修饰肽对修饰结构进行了确证。
　　衣康酰化修饰的发现为解释衣康酸参与天然免疫调控的机制提供了一条全新的路径。此外，本工作采用的抗体“脱靶”富集+开放式搜索策略也为在复杂蛋白质组中发现其它新型翻译后修饰提供了一种新思路。

　　图1. 内源代谢物衣康酸通过生成衣康酰辅酶A在蛋白质赖氨酸侧链产生酰基化修饰

　　王初教授、董甦伟教授为该论文的共同通讯作者，北京大学化学与分子工程学院博士生刘东阳、博士后肖伟弟、北京大学药学院硕士生李昊亭为本文的共同第一作者，张艳玲，袁守丽、李成蹊等为该工作做出了重要贡献。该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委重大研究计划、北京分子科学国家研究中心等项目的资助。
　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02332