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Excited to Share Our Ground-breaking Computational Work Published in 【J Am Chem Soc】! 很高興與大家分享,我們突破性的計算研究成果已發表在【美國化學會會誌】期刊!

打磨多年,寶劍終於出鞘!

這項研究早在幾年前就有了初步成果,但在其他相關工作陸續發表的同時,它只能靜靜等待。

直到某天靈光乍現,找到最合適的敘事方式——『鎖』與『螺絲』的意象,讓這個研究得以完整呈現。

很開心它終於來到最棒的舞台,和大家見面!

蛋白質就像螺絲一樣在 DNA 上「鎖合」

我們最新的研究發現,Fis 蛋白質不只是黏在 DNA 上,而是能在不同 DNA 片段之間「跳躍」,並組成像螺絲一樣互相扣緊的結構。這種動態機制,可能是細胞把小範圍的蛋白–DNA 作用,連結到大尺度染色體組織與基因表現的關鍵。

Fis 蛋白會在 DNA 片段間轉移,而不只是單純結合

DNA 溝槽+熵效應決定轉移路徑

蛋白質數量改變,就能重新塑造 DNA–蛋白複合體的樣貌

特別感謝合作夥伴 Chen Xun (南京醫科大)、Yaakov Levy (Weizmann Institute of Science)、Peter G. Wolynes (Rice University) —— 沒有團隊合作,這些成果不可能實現!

也恭喜本實驗室的碩班生承翰 (Apple) ,第一篇研究工作就發表在 JACS 上真的不簡單!

此工作發表於《美國化學會會誌》期刊 (J. Am. Chem. Soc., https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c09262)

Excited to Share Our Latest Computational Work Published in 【Protein Science】! 很高興與大家分享,我們最新的計算研究成果已發表在美國【蛋白質科學】期刊!

🧠 破解阿茲海默症纖維蛋白生長的祕密 🧩

我們最新的研究 〈利用分子模擬探索 Abeta42 單體在纖維蛋白表面的擴散動力學〉,揭開了阿茲海默症研究中一個長久未解的謎團——β-類澱粉蛋白(Abeta)單體在纖維蛋白表面如何移動並組裝

🔍 粗粒化分子動力學模擬的關鍵發現:
1️⃣ 方向很重要:沿纖維軸平行排列的單體擴散速度遠快於垂直排列的單體。
2️⃣ 表面質地也關鍵:平滑的纖維表面促進快速移動,粗糙的區域則會減慢擴散。
3️⃣ 隱藏的能量節奏:我們發現纖維表面存在週期性的能量地形,由其表面地形與單體物理尺寸共同塑造,像賽道上的軌道一樣引導單體的運動。
4️⃣ 纖維扭曲的調控作用:纖維固有的扭曲可選擇性地影響單體方向與擴散,進而影響纖維生長速率。

💡 為什麼重要?
這些發現將我們對纖維蛋白延伸的理解,拓展到傳統「端點延伸」模型之外。透過揭示分子方向性、表面異質性能量地形的交互作用,我們提供了全新的理論觀點,並為開發延緩或抑制病理性聚集的精準治療策略帶來啟發。

🧪 這項工作連結了分子生物物理治療策略,展現奈米尺度動態如何影響疾病進程。

🙏 特別感謝我的學生 王冠方(中正化生)、陳宏毅(中正化生)、馬元偉(清華生資) —— 你們的投入與洞察讓這項研究得以實現。看到你們在研究上的成長,讓我既欣慰又驕傲。

此工作發表於美國《蛋白質科學》期刊 (Protein Sci., https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pro.70131)

MYTLab computational work is accepted for publication in J. Phys. Chem. B! 本實驗室之計算模擬研究發表於美國化學學會之物理化學期刊!

Exciting news! Our international team, consisting of members from both the CCU and the UW teams and led by MYT, has had our work accepted for publication in The Journal of Physical Chemistry B (J. Phys. Chem. B, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcb.3c07938)! This marks my first research article since joining National Chung Cheng University (CCU).

Research often requires understanding biomolecular interactions and their structural characteristics. The Protein Data Bank (PDB) offers many such structures obtained through various methods. However, do these structures fully represent reality? For instance, structures from X-ray crystallography may differ from other experiments due to crystallization conditions.

Our recent study focused on cofilin, an actin-binding protein regulating the dynamics of the actomyosin network. It acts as a monomer to sever actin fibers or as an oligomer to aid in protein assembly. We found that cofilin dimers can take various configurations depending on how their cysteine residues form bonds under cellular oxidative stress. Molecular simulations showed stable configurations, including a symmetrical dimer that may precede active oligomer formation.

I'd like to extend my sincere gratitude to my collaborator, Prof. Margaret Cheung, a Scientist at Pacific Northwest National Laboratory and Affiliate Professor at the University of Washington, for her invaluable support throughout this endeavor. I also want to acknowledge the outstanding contributions of our two talented students, Chengxuan Li from UW and Tingyi Wei from CCU. Their dedication and hard work have truly made this collaboration a success! 🎉

恭喜由MYT領導的國際團隊(中正大學團隊和UW團隊!這項工作已經被美國化學學會《物理化學期刊B》(J. Phys. Chem. B, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcb.3c07938)接受發表!這是MYT加入國立中正大學後的第一篇研究論文。

研究生物分子相互作用的課題通常需要了解其結構特性,尤其是在使用電腦建立分子模型並模擬其運動軌跡時。這些模型需要參考實驗結構作為基礎,而蛋白質數據庫(PDB)中包含了許多通過X射線、核磁共振(NMR)和冷凍電子顯微鏡(cryoEM)等方法獲得的生物分子結構。但是,這些結構資訊是否完全反映了真實情況呢?例如,通過X射線結晶得到的分子結構可能在實驗條件上與其他生物活性實驗存在差異。

我們的研究團隊最近發現了這個問題的答案是否定的,並提出解釋。PDB上公開的生物分子結構資訊可能未必完全反映真實情況。我們的研究聚焦於一種名為絲切蛋白的肌動蛋白結合蛋白,它在細胞中調節肌動蛋白網絡的斷裂和組裝,其功能取決於其單體或寡聚體狀態。單體時,絲切蛋白能夠切斷肌動蛋白纖維並促進單體再循環,而在寡聚體形成時,則參與了肌動蛋白的核化和組裝,進而影響細胞骨架的組織和重塑。

我們的研究發現,絲切蛋白形成二聚體時,可透過不同的蛋白質結合介面形成多種組態,這取決於其半胱氨酸在細胞氧化壓力下與另一個絲切蛋白的半胱氨酸形成的雙硫鍵對。我們利用分子動力學模擬研究了這些二聚體的構型和穩定性,並發現了能量上穩定的結構,其中一個具有對稱性構造的二聚體可能是形成生物活性寡聚體(例如四聚體)的先驅物。

我要感謝我的合作者Margaret Cheung教授(太平洋西北國家實驗室的科學家、華盛頓大學的兼任教授),她給予了我很大的支持。這項工作由兩位優秀的學生Chengxuan Li(華盛頓大學物理系)和魏亭宜(中正大學化生系)合力完成。這是非常棒的研究工作!

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MYTLab protein aggregation simulation work is accepted by Front. Mol. Biosci ! 本實驗室的蛋白質聚集研究工作已被接受,即將發表於Front. Mol. Biosci!

 

Congratulations to my undergrads, Jeff and Yoyo! They are about to publish their first research paper in an SCI journal (Front. Mol. Biosci.)! This work is my first independent work at TKU. The results are all done by my talented undergrads. I am so proud of you!

恭喜元偉與彤祐即將發表研究工作於SCI國際學術期刊 (Front. Mol. Biosci.)。此工作是來到淡江的第一篇獨立研究工作,是『全』淡江陣容!所有結果都是『專題生』完成的喔!真的以你們為榮!

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Research work published in JACS!! 在淡江第一篇發表在美國化學學會會誌的文章

Our recent collaborative research work “Multiple Binding Configurations of Fis Protein Pairs on DNA: Facilitated Dissociation versus Cooperative Dissociation“ is published in Journal of the American Chemical Society.

I am so happy to share this news with everyone! My first JACS paper at TKU is published. This work is carried out through a collaborative effort with a research team led by Prof. Peter Wolynes in Rice University.

很高興與大家分享在淡江頭一篇發表在JACS的喜悅! 這項工作是透過與萊斯大學理論生物物理中心的研究團隊合作所完成。

中文簡介

此篇研究工作使用理論計算方法,模擬蛋白質與DNA交互作用的動態過程。由於這些動態過程會影響基因的表達以及其調控,若基因表達失調,便會造成細胞的功能喪失,甚至死亡。因此,蛋白質於DNA上完成基因表達任務後,是如何從DNA分離,是了解基因調控機制重要的一環。近年來,實驗研究團隊使用單分子實驗技術,發現蛋白質 Fis (一種細菌核關聯蛋白) 從DNA游離的速率與目前的標準熱力學模型相悖。由於受限於實驗設計,研究人員並不清楚此現象的具體機制,無法窺探反應的全貌。而一般全原子模擬亦受限計算資源,無法用來探索關鍵的長時間尺度。換句話說,實現大尺度時間模擬是研究此現象的關鍵!針對此難題,本人與美國萊斯大學理論生物物理研究中心的研究團隊建立一套粗粒化蛋白質-DNA模擬體系,首次通過長時間模擬軌跡,發現單一蛋白質在DNA上會自然出現一種有別於一般全結合態的「半分離」態。當溶液中出現多個蛋白質與原本就結合在DNA上的蛋白質作用時,此「半分離」協調兩種可能分離途徑: 1. 促進分離(Facilitated dissociation) 2. 合作分離(Cooperative dissociation)(如右下圖所示)。前者在生物功能上有「置換」原結合蛋白質的效果,有助於蛋白質的汰舊換新。後者更透過形成獨特的「二元對子」中間態構型,共同從DNA分離, 可做為一種分子開關生物裝置,在其基因調控的系統生物學具有重要意義。這些預測的蛋白質-DNA的多元組裝、構型,可為細胞內基因調控機制的新原型,挑戰了當前標準的熱力學模型!

Tsai et al., J. Am. Chem. Soc. 2019 Published on line

Tsai et al., J. Am. Chem. Soc. 2019 Published on line

Adapted from Rice News (https://news.rice.edu/2016/10/03/)

Adapted from Rice News (https://news.rice.edu/2016/10/03/)

Check out the following link for details.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08287