基本信息
金城  男  博导  中国科学院微生物研究所
电子邮件: jinc@im.ac.cn
通信地址: 北京朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所A517
邮政编码: 100101

研究领域

        重要微生物的多糖生物合成及其生物学功能,涉及多糖生物合成途径的功能基因组学、糖生物学、糖链代谢酶的生化与分子生物学研究。
        
开展的研究工作包括:

(1)丝状真菌多糖生物合成的功能基因组学研究。通过分离、鉴定及功能分析阐明真菌蛋白糖基化修饰的途径及其生物学功能;

(2)细菌胞外多糖的生物合成与功能分析。通过对链球菌、大肠杆菌等细菌胞外多糖合成相关基因的研究阐明其生物合成途径及其功能;

(3)古菌糖蛋白生物合成途径及重要基因/酶的分离、研究。

招生信息

2021年拟招博士生1名。

招生专业
071010-生物化学与分子生物学
071005-微生物学
招生方向
蛋白质翻译后修饰与微生物生长,病原微生物功能糖组学与感染机制
微生物生理与生化

教育背景

1990-10--1993-07   中国科学院北京研究生院   理学博士
1987-09--1990-07   复旦大学研究生院   理学硕士
1983-09--1987-07   复旦大学生物系微生物专业   学士
博士后工作经历
1996—1997年: 美国University of Arkansas for Medical Sciences生物化学与分子生物学系,博士后。 
学历
-- 研究生
学位
-- 博士

工作经历

工作简历
2020-01--现在        中国科学院微生物研究所 研究员   

2016-12--2020-01 中国科学院微生物研究所 兼职研究员 

2016-09--2020-01 广西科学院党组成员、副院长

2016-01--2016-09 广西科学院党组成员、副院长(挂任)

1999-12--2016-11 中国科学院微生物研究所 研究员
1997-05--1999-11 中国科学院微生物研究所 副研究员
1996-01--1997-04 University of Arkansas for Medical Sciences 博士后
1993-09--1995-12 中国科学院微生物研究所 助理研究员

学术兼职 
《微生物学通报》副主编
Glucoconjugate Journal编委
亚洲糖生物学与糖工程联盟执委
中国微生物学会常务理事
中国生物化学与分子生物学会理事
中国微生物学会酶工程专业委员会主任
中国生物化学与分子生物学会糖复合物专业委员会副主任
中国微生物学会真菌学专业委员会委员 


教授课程
高级微生物生理生化

微生物学系列讲座

主要论文

  1. Shang, J., Qiu, R., Wang, J., Liu, J., Zhou, R., Yang, S., Zhang S., and Jin, C.*(1999)Molecular cloning and expression of Gal-b-1,3GalNAc a2,3-sialyltransferase from human fetal liver. Eur. J. Biochem., 265:580-588.

  2. Liu, N., Jin, C.*, Zhu, Z.*, Tao, H., and Zhang S.(1999)Stage-specific expression of a1,2-fucosyltransferase and a1,3-fucosyltransferase (FT) during mouse embryogenesis. Eur. J. Biochem., 265: 258-263.

  3. Xia, G., Han, X., Ding, H., Yang, S., Zhang, S., and Jin, C.*(2000)Cloning and overexpression of a cytidine 5’-monophosphate N-acetylneuraminic acid synthetase from Escherichia coli. J. Molecular Catalysis B: Enzymatic, 10:201-208.

  4. Liu, J., Zhou, R., Zhang,N., Rui, J., and Jin, C. (2000) Biological function of a novel gene overexpressed in human hepatocellular carcinoma. Chinese Medical Journal, 113(10):881-885.

  5. Xia, G., Jin, C., Zhou, J., Yang, S., Zhang, S., and Jin, C.* (2001) A novel chitinase having a unique mode of action from Aspergillus fumigatus YJ-407. Eur. J. Biochem., 268(14):4079-4085.

  6. 何向远, 金城, 张树政, 杨寿钧 (2002) 耐热b-糖苷酶的基因克隆、表达和耐热性研究. 生物工程学报, 18(1):63.

  7. 丁卉平, 王俊琦, 金城* (2002) 乙肝病毒MHBst/HBx蛋白对Galb1,3GalNAc a2,3-唾液酸转移酶的反式激活作用. 生物工程学报, 18(5):551-555.

  8. 金春生, 金城* (2002) 大肠杆菌CMP-唾液酸合成酶最小活性域的研究. 生物工程学报, 18(6):676-682.

  9. Gu, G., Du, Y., Hu, H., and Jin, C. (2003) Synthesis of 2-chloro-4-nitrophenyl a-L-fucopyranoside: a substrate for a-L-fucosidase (AFU). Carbohydrate Research, 338:1603-1607.

  10. Hu, H., Wang, G., Yang, H., Zhou, J., Mo, L., Yang, K., Jin, C., Jin, C.*, and Rao, Z.* (2004) Crystallization and preliminary crystallographic analysis of a native chitinase from the fungal pathogen Aspergillus fumigatus YJ-407. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr., 60(Pt 5):939-940.

  11. Liu, G., Jin, C., and Jin, C.* (2004) CMP-N-acetylneuraminic acid synthetase from E. coli K1 is a bi-functional enzyme: Identification of minimal catalytic domain for synthetase activity and novel functional domain for platelet-activating factor acetylhydrolase activity. J. Biol. Chem., 279(17): 17738-17749.

  12. 王颖, 王俊琦, 胡红焱, 杨雪鹏, 杨寿钧, 余小应, 金城* (2004) 烟曲霉几丁质酶基因的克隆与表达. 生物工程学报, 20(6):843-850.

  13. 杨雪鹏, 杨寿钧, 韩北忠, 金城* (2005) 非解朊栖热菌HG-102耐热b-糖苷酶的结构与功能研究. 生物工程学报, 21(1):84-91.

  14. Wang, D. P., Li, H. G., Li, Y. J., Guo, S. C., Yang, J., Qi, D. L., Jin, C.*, and Zhao, X. Q.* (2006) Hypoxia-inducible factor 1alpha cDNA cloning and its mRNA and protein tissue specific expression in domestic yak (Bos grunniens) from Qinghai-Tibetan plateau. Biochem. Biophys. Res. Commun., 348(1):310-319.

  15. Li, H., Zhou, H., Luo, Y., Ouyang, H., Hu, H., and Jin, C.* (2007) Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchor is required in Aspergillus fumigatus for morphogenesis and virulence. Mol. Microbiol., 64(4):1014-1027.

  16. Zhuo, H., Hu, H., Zhang, L., Li, R., Ouyang, H., Ming, J., and Jin, C.* (2007) Protein O-mannosyltransferase 1 (AfPmt1p) in Aspergillus fumigatus is crucial for cell wall integrity and conidia morphology especially at an elevated temperature. Eukaryotic Cell, 6(12):2260-2268.

  17. Li, Y., Zhang, L., Wang, D., Zhou, H., Ouyang, H., Ming, J., and Jin, C.* (2008) Deletion of the msdS gene induces abnormal polarity and septation in Aspergillus fumigatus. Microbiol., 154:1960-1972.

  18. Jiang, H., Ouyang, H., Zhou, H., and Jin C.* (2008) GDP-mannose pyrophosphorylase is essential for cell wall integrity, morphogenesis and viability of Aspergillus fumigatus. Microbiol., 154:2730-2739.

  19. Zhang, L., Zhou, H., Ouyang, H., Li, Y., and Jin, C.* (2008) Afcwh41 is required for cell wall synthesis, conidiation, and polarity in Aspergillus fumigatus. FEMS Microbiol. Lett., 289(2):155-166.

  20. 陈晓敏, 欧阳浩淼, 唐国敏, 王敖全, 金城* (2008) 烟曲霉蛋白质分泌载体的构建及酸性磷酸酯酶的细胞定位. 微生物学报, 48: 1330-1338.

  21. Li, Y., Fang, W., Zhang, L., Ouyang, H., Zhou, H., Luo, Y., and Jin, C.* (2009) Class IIC α-mannosidase AfAms1 is required for morphogenesis and cellular function in Aspergillus fumigatus. Glycobiol., 19 (6): 624-632.

  22. Zhang, L., Feng, D., Fang, W., Ouyang, H., Luo, Y., Du, T., and Jin, C.* (2009) Comparative proteomic analysis of an Aspergillus fumigatus mutant deficient in glucosidase I (AfCwh41). Microbiol, 155: 2157-2167.

  23. Lv, Y., Yang, H., Hu, H., Wang, Y., Rao, Z., and Jin, C.* (2009) Mutation of Trp137 to glutamate completely removes transglycosyl activity associated with the Aspergillus fumigatus AfChiB1. Glycoconjugate J., 26:525-534.

  24. Fang, W., Yu, X., Wang, B., Zhou, H., Ouyang, H., Ming, J., and Jin, C.* (2009) Characterization of the Aspergillus fumigatus phosphomannose isomerase Pmi1 and its impact on cell wall synthesis and morphogenesis. Microbiol., 155: 3281-3293.

  25. Ouyang, H., Luo, Y., Zhang, L., Li, Y., and Jin, C.* (2010) Proteome analysis of Aspergillus fumigatus total membrane proteins identifies proteins associated with the glycoconjugates and cell wall biosynthesis using 2D LC-MS/MS. Mol. Biotechnol., 44:177-189.

  26. Fang, W., Ding, W., Wang, B., Zhou, H., Ouyang, H., Ming, J., and Jin, C.* (2010) Reduced expression of the O-mannosyltransferase 2 (AfPmt2) leads to deficient cell wall and abnormal polarity in Aspergillus fumigatus. Glycobiology, 20(5):542-552.

  27. Li, K., Ouyang, H., Lü, Y., Liang, J., Wilson, I. B. H., and Jin, C.* (2011) Repression of N-glycosylation triggers the unfolded protein response (UPR) and over-expression of cell wall protein and chitin in Aspergillus fumigatus. Microbiol., 157: 1968-1979.

  28. Song, L., Zhou, H., Cai, X., Li, C., Liang, J., and Jin, C.* (2011) NeuA O-acetylesterase activity is specific for CMP-activated O-acetyl sialic acid in Streptococcus suis serotype 2. Biochem. Biophys. Res. Commun., 410: 212-217. 

  29. 金城(2011)丝状真菌糖生物学. 生命科学, 23(6):541-554. [特邀综述]

  30. Jin, C. (2012) Protein glycosylation in Aspergillus fumigatus is essential for cell wall synthesis and serves as a promising model of multi-cellular eukaryotic development. Int. J. Microbiol., Volume 2012, Article ID 654251 (doi:10.1155/2012/654251). [特邀综述]

  31. Yan, J., Du, T., Zhao, W., Hartmann, T., Lu, H., Lü, Y., Ouyang, H., Jiang, X., Sun, L., and Jin, C.* (2013) Transcriptome and biochemical analysis reveals that suppression of GPI-anchor synthesis leads to autophagy and possible necroptosis in Aspergillus fumigatus. PLoS ONE, 8(3): e59013. doi:10.1371/ journal.pone.0059013. 

  32. 苏建臣,欧阳浩淼,赵婉,董志扬,金城* (2013) 里氏木霉细胞表面表达系统的构建. 微生物学报, 53(1) :38-46. 

  33. Yan, J., Du, T., Zhao, W., Hartmann, T., Lu, H., Lü, Y., Ouyang, H., Jiang, X., Sun, L., and Jin, C.* (2013) Transcriptome and biochemical analysis reveals that suppression of GPI-anchor synthesis leads to autophagy and possible necroptosis in Aspergillus fumigatus. PLoS ONE, 8(3): e59013.  

  34. Ouyang, H., Chen, X., Lü, Y., Wilson, I. B. H., Tang, G., Wang, A., and Jin, C.* (2013) One single basic amino acid at ω-1 or ω-2 site is a signal that retains glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchored protein in plasma membrane of Aspergillus fumigatus. Eukaryotic Cell, 12(6): 889-899. 

  35. Zhao, W., Lü, Y., Ouyang, H., Zhou, H., Yan, J., Du, T., and Jin, C.* (2013) N-glycosylation of Gel1 or Gel2 is vital for cell wall β-glucan synthesis in Aspergillus fumigatus. Glycobiology, 23 (8): 955-968. 

  36. Fang, W.#, Du, T.#, Raimi, O. G., Hurtado-Guerrero, R., Urbaniak, M. D., Ibrahim, A. F. M., Ferguson, M. A. J., Jin, C.*, and van Aalten, D. M. F.* (2013) Genetic and structural validation of Aspergillus fumigatus UDP-N-acetylglucosamine pyrophosphorylase as an antifungal target. Mol. Mocrobiol., 89(3): 479-493. 

  37. Fang, W.#, Du, T.#, Raimi, O. G., Hurtado-Guerrero, R., Mariño, K., Ibrahim, A. F. M., Albarbarawi, O., Ferguson, M. A. J., Jin, C.*, and van Aalten, D. M. F.* (2013) Genetic and structural validation of Aspergillus fumigatus N-acetylphosphoglucosamine mutase as an antifungal target. Bioscience Reports, 33(5): art: e00063.  

  38. Jing, H., Han, J., Cai, L., Zhou, J., Lü, Y., Jin, C., Liu, J., Xiang, H.* 2013. Characterization of genes for chitin catabolism in Haloferax mediterranei. Applied Microbiology and Biotechnology. DOI 10.1007/s00253-013-4969-8. 

  39. Wei, J., Lv, X., Lü, Y., Yang, G., Fu, L., Yang, L., Wang, J., Gao, J., Cheng, S., Duan, Q., Jin, C., and Li, X.* (2013) Glycosynthase with broad substrate specificity – an efficient biocatalyst for the construction of oligosaccharide library. Eur. J. Org. Chem. 2013:2414-2419 (DOI: 10.1002/ejoc.201201507). 

  40. Sun, X., Zhu, J., Bao, L., Hu, C., Jin, C., Harris S. D., Liu, H., and Li, S.* (2013) pyrG is required for maintaining stable cellular uracil level and normal sporulation pattern under excess uracil stress in Aspergillus nidulans. Science China Life Science, 56(5): 467-475. 

  41. 谢贻, 欧阳浩淼, 黄日波, 陈东, 金城* (2013) 烟曲霉β-葡萄糖苷酶的基因克隆、表达及酶学性质分析. 生物工程学报, 29(9): 1245-1253. 

  42. Chen, F., Tao, Y., Jin, C., Xu, Y., Lin, B.-X.* (2015) Enhanced production of polysialic acid by metabolic engineering of Escherichia coli. Appl. Microbiol. Biotechnol., DOI 10.1007/s00253-015-6391-x. 

  43. Wang, J., Zhou, H., Lua, H., Du, T., Luo, Y., Wilson, I. B.H., Jin, C.* (2015) Kexin-like endoprotease KexB is required for N-glycan processing, morphogenesis and virulence in Aspergillus fumigatus. Fungal Genetics and Biology, 76:57-69. 

  44. Lu, H., Lu, Y., Ren, J., Wang, Z.,Wang, Q., Luo, Y., Han, J., Xiang, H., Du., Y., Jin, C.* (2015) Identification of the S-layer glycoproteins and their covalently linked glycans in the halophilic archaeon Haloarcula hispanica. Glycobiology, doi:10.1093/glycob/cwv050. 

  45. Wang, K., Zhang, Z., Chen, X., Sun, X., Jin, C., Liu, H., and Li, S.* (2015) Transcription factor ADS-4 regulates adaptive responses and resistance to antifungal azole stress. Antimicrob Agents Chemother, 59:5396-5404.

  46. Yang, J.*, Zhou, Y., Zhang, L., Shah, N., Jin, C., Palmer, R. J., Jr., Cisar, J. O. (2016) Cell surface glycoside hydrolases of Streptococcus gordonii promote growth in saliva. Appl. Environ. Microbiol., 82:5278-5286.

  47. Sharma, P.G., Ouyang, H., Wang, Q., Luo, Y., Shi, B., Yang, J., Lu, Y., and Jin, C.* (2016) Insight into enzymatic degradation of corn, wheat, and soybean cell wall cellulose using quantitative secretome analysis of Aspergillus fumigatus. J. Proteome Res., 15 (12): 4387–4402. (DOI: 10.1021/acs.jproteome.6b00465)

  48. Lü, Y.*, Lu, H., Wang, S., Han, J., Xiang, H., and Jin, C.* (2017) An acidic exopolysaccharide from Haloarcula hispanica ATCC33960 and two genes responsible for its synthesis. Archaea, 2017: 5842958, 1-12 (DOI: 10.1155/2017/5842958).

  49. Geno, K. A., Bush, C. A., Wang, M., Jin, C., Nahm, M. H.*, and Yang, J.* (2017) WciG O-acetyl transferase functionality differentiates pneumococcal serotypes 35C and 42. J. Clinical Microbiol., DOI: 10.1128/JCM.00822-17.

  50. Sharma, P.G. and Jin, C.* (2017) Genetics, molecular and proteomics advances in filamentous fungi. Current Microbiology, DOI: 10.1007/s00284-017-1308-9.

  51. Lü, Y.#, Liu, W.#, Liang, H., Zhao, S., Zhang, W., Liu, J., Jin, C.*, and Hu, H.* (2018) NDM-1 encoded by a pNDM-HN380-Like Plasmid pNDM-BJ03 in clinical Enterobacter cloacae. Diagnostic Microbiology & Infectious Disease, 90 (2): 153-155.

  52. Ouyang, H., Du, T., Zhou, H., Wilson, I. B. H., Yang, J., Latgé, J.-P., Jin, C.* (2019) Aspergillus fumigatus phosphoethanolamine transferase gene gpi7 is required for proper transportation of the cell wall GPI-anchored proteins and polarized growth. Scientific Reports,  9: 5857. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-42344-1.

  53. Du, T., Ouyang, H., Voglmeir, J., Wilson, I. B. H., Jin, C.* (2019) Aspergillus fumigatus Mnn9 is responsible for mannan synthesis and required for covalent linkage of mannoprotein to the cell wall. Fungal Genetics and Biology, 128: 20-28. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.fgb.2019.03.006.

  54. Xie, M., Zhao, X., Lü, Y., Jin, C. (2019) Chitin deacetylases Cod4 and Cod7 are involved in polar growth of Aspergillus fumigatus. MicrobiologyOpen. 2019: 00: e943. https://doi.org /10.1002/mbo3.943.

  55. Xu, Y., Zhou, H., Zhao, G., Yang, J., Luo, Y., Sun, S., Wang, Z., Li, S., Jin, C.* (2020) Genetical and O-glycoproteomic analyses reveal the differential functions of three protein O-mannosyltransferases in phytopathogen Fusarium oxysporum f.sp. cucumerinum. Fungal Genetics and Biology, 134: 103285. https://doi.org/10.1016/j.fgb.2019.103285.

  56. Li, L., Ren, M., Xu, Y., Jin, C., Zhang, W., Dong, X.* (2019) Enhanced glycosylation of an S-layer protein enables psychrophilic methanogenic archaeon to adapt to elevated temperatures in abundant substrates. FEBS Lett. doi: 10.1002/1873-3468.13650.

  57. Ndubuisi, A.I., Qin, Q., Liao, G., Wang, B., Moneke N. A., Ogbonna C. J., Jin, C.*, Fang, W.* (2020) Effects of various inhibitory substances and immobilization on ethanol production efficiency of a thermotolerant Pichia kudriavzevii. Biotechnol Biofuels, 13:91. https://doi.org/10.1186/s13068-020-01729-5.

  58. Zhang, Y., Wei, W., Fan, J., Jin, C., Lu,  L., Fang, W.* (2020) Aspergillus fumigatus mitochondrial acetyl coenzyme A acetyltransferase as an antifungal target. Appl. Environ. Microbiol., 86:e02986-19. DOI: 10.1128/AEM.02986-19.

  59. Ahamefule, C.S.,Qin, Q., Li, S., Moneke, N. A., Ogbonna, C. J., Jin, C., Wang, B., Fang,W.* (2020) Caenorhabditis elegans-based Aspergillus fumigatus infection model for evaluating pathogenicity and drug efficacy. Front. Cell. Infect. Microbiol., Doi: 10.3389/fcimb.2020.00320.

  60. Lu, H.#*, Pei, C.#, Zhou, H., Lü, Y., He, Y., Li, Y., Han, J., Xiang, H., Eichler, J, Jin, C.* (2020) Agl22 and Agl23 are involved in the synthesis and utilization of the lipid-linked intermediates in the glycosylation pathways of the halophilic archaeaon Haloarcula hispanica. Molecular Microbiology, 00:1–13. https://doi.org/10.1111/mmi.14577.

  61. Zhao, G., Xu, Y., Ouyang, H., Luo, Y., Sun, S., Wang, Z., Yang, J., Jin, C.* (2020) Protein O-mannosylation affects protein secretion, cell wall integrity, and morphogenesis in Trichoderma reesei. Fungal Genetics and Biology, 144: 103440. https://doi.org/10.1016/j.fgb.2020.103440.






* 通讯作者。

发表著作
(1) 糖生物工程, Glycobiotechnology, 化学工业出版社, 2012-06, 第 2 作者

主要研究进展

       多年来一直从事微生物的多糖生物合成及其生物学功能研究,研究领域涉及多糖生物合成途径的功能基因组学、糖生物学、糖链代谢酶的生化与分子生物学。
       所领导的课题组近年来逐步建立并完善了烟曲霉遗传操作、糖链结构分析、蛋白质与多糖的生化、细胞生物学、蛋白质组学及动物感染模型等研究技术和实验体系;最近已在烟曲霉的糖基化途径及功能的研究方面取得了重要进展,解析了烟曲霉糖蛋白糖链的结构,初步确定了其糖基化修饰的生物合成途径;并对其中一些关键基因的功能已进行了系统研究,发现糖基化是烟曲霉存活所必需的蛋白质修饰,N-、O-糖基化和糖基磷脂酰肌醇化(GPI)修饰均影响烟曲霉的细胞壁合成与形态发生,而不同的修饰其功能又有不同。这些原创性的发现为深入研究蛋白质糖基化机制和功能奠定了坚实的基础。已在国内外重要学术杂志刊物如J Biol Chem、Mol Microbiol、Glycobiol、Eukaryotic Cell、Microbiol等发表研究论文60余篇,获专利授权4项。
 
已取得的研究积累和主要进展为:
1.蛋白质糖基化修饰途径及其功能的研究
1.1  糖链结构及糖基化生物合成途径的分析
       糖基化功能研究的核心是阐明糖链结构与功能关系,为此我们对烟曲霉糖蛋白ChiB1进行了深入研究,解析了该天然糖蛋白的晶体结构,从结构上证明ChiB1上有一条N-糖链(Acta Crystallogr D Biol Crystallogr, 60: 939, 2004);建立了糖链结构分析方法并揭示了ChiB1上的N-糖链为Man6GlcNAc2-Asn,O-糖链为Man-Thr/Ser,与哺乳动物细胞的糖基化修饰类似,而与酵母显著不同(Microbiol, 154: 1960, 2008; FEMS Microbiol Lett, 289:155, 2008)。
基于蛋白质糖基化修饰的结构特征,应用生物信息学方法初步推测出烟曲霉糖基化(包括N-糖基化、O-糖基化和GPI修饰)的生物合成途径。为从全局上揭示糖基化修饰的生物合成途径,我们还建立了一种基于SDS-PAGE分离、胶内消化及2D LC-MS/MS检测膜蛋白的新方法,并从烟曲霉中明确鉴定到530个膜蛋白,其中有29种蛋白pI<5、36种蛋白pI>11,另有45种分子量 > 100KD的膜蛋白,比传统方法的分辨率更高;通过该研究我们确定了N-糖基化、O-糖基化、GPI修饰及糖脂的生物合成途径;还发现了细胞壁合成及细胞膜麦角甾醇生物合成途径中潜在的药物靶点(Mol Biotechnol, 44:177, 2010)。
       这些结果为研究烟曲霉蛋白质糖基化的结构与功能关系奠定了知识和技术基础,为系统研究糖基化机制提供了候选基因。

1.2  糖基化修饰前体的合成
       考虑到甘露糖(Man)是蛋白质N-、O-糖基化和GPI修饰的重要组分,也是烟曲霉细胞壁的结构组分,我们重点对Man前体的合成途径进行了研究。发现pmi1srb1基因均是必需基因,负责多糖与糖蛋白前体GDP-Man的合成。其中srb1基因表达下调时烟曲霉发生菌丝自溶、细胞壁缺陷,同时孢子萌发加快、形成孢子的能力下降;但细胞仍具有极性生长和形成分隔的能力(Microbiol, 154:2730, 2008)。而pmi1基因敲除后,突变株只能在补充外源Man的情况下生长。补充低浓度外源Man时,突变株蛋白质糖基化修饰不足,细胞壁alpha-葡聚糖含量减少,菌丝顶端及部分基细胞膨大呈球状并死亡;补充高浓度外源Man时,突变株表观上生长正常,蛋白质糖基化修饰也未受影响,但细胞壁alpha-葡聚糖含量也减少,突变株形态发生变化,细胞核有丝分裂加快。生化与代谢流分析发现外源补充的高浓度或低浓度Man均导致Man-6-P在突变株中积累并产生细胞毒性。这些结果揭示Pmi1蛋白在能量代谢和细胞壁合成之间起关键的调控作用,而且其底物亲和力与动物或人的同源蛋白不同,有可能成为一个新的药物靶分子(Microbiol, 155: 3281, 2009)。
       这些研究结果明确了糖基化修饰与烟曲霉细胞壁完整性、形态发生和存活的相关性。

1.3  N-糖基化修饰的功能分析
       我们的研究表明烟曲霉蛋白质在内质网中合成时会被N-糖链前体Glc3Man9GlcNAc2修饰,与蛋白共价连接的N-糖链前体在ER中被进一步加工为Man8GlcNAc2糖型后,糖蛋白被转运到高尔基体。其中cwh41基因负责N-糖链前体在ER中加工的第一步,该基因缺失后N-糖链加工被阻断,以分泌糖蛋白ChiB1为报告分子进行糖链分析发现其N-糖链未经加工,仍为Glc3Man9GlcNAc2,虽有一部分ChiB1能分泌,但还有一部分在胞内积累并被降解;突变株的细胞壁发生缺陷、极性生长异常,Rho-type GTPase和CDC42的表达显著上调(FEMS Microbiol Lett, 289:155, 2008)。蛋白质组学分析发现突变株中的分子伴侣钙粘蛋白与Lhslp(Hsp70分子伴侣)、泛素介导的蛋白质降解相关蛋白表达上调,说明突变株的ER中有未折叠蛋白的积累并导致ER-stress;同时与肌动蛋白细胞骨架重排相关的蛋白不表达或表达下调,细胞生物学分析证明突变株丧失了肌动蛋白细胞骨架重排的能力(Microbiol, 155: 2157, 2009)。这些结果证明烟曲霉与酵母不同,已进化出了类似于哺乳动物细胞的N-糖链依赖的蛋白质折叠质量控制体系,发现N-糖基化在ER中的加工不仅与细胞壁合成相关,而且还与细胞极性生长、形态发生直接相关。
       我们的研究表明,当糖蛋白在ER中完成加工后被转运到Golgi,由msdS基因负责糖蛋白的进一步加工、成熟。以ChiB1为报告分子的研究表明糖蛋白上的N-糖链在MsdS的作用下由Man8GlcNAc2加工为Man6GlcNAc2,然后成熟糖蛋白被转运到细胞膜、细胞壁或被分泌到细胞外。该基因被敲除后, N-糖链不能被加工为成熟糖蛋白的糖型,突变株细胞壁多糖组分减少、形成孢子的能力下降,并且在孢子萌发、菌丝生长及孢子形成时期,突变株表现出极性建立、极性维持及细胞分隔异常,说明N-糖链在Golgi中的加工也与细胞壁合成及形态发生密切相关(Microbiol, 154:1960, 2008)。
       根据上述研究结果,我们提出了一个假说:某些细胞壁合成所需的酶(如glucan synthase)或细胞表面的感应分子是糖蛋白,N-糖基化修饰可能是这些糖蛋白的折叠、转运及功能所需要的。当N-糖基化修饰发生缺陷时(如cwh41基因缺失),导致细胞壁合成所需的酶不能正确折叠并行使功能,这些未正确折叠的蛋白可能被蛋白酶体降解,导致细胞壁发生缺陷;该缺陷经细胞表面感应分子感应后,通过Rsr1-CDC42-Rho1-MpkA途径激活细胞壁合成相关基因的表达以补偿细胞壁缺陷;同时,CDC42也是肌动蛋白细胞骨架调控的上游信号分子,CDC42的激活可能是糖基化突变株形态发生异常的原因之一(FEMS Microbiol Lett, 289:155, 2008; Microbiol, 155: 2157, 2009)。 
       此外,我们还证明ams1基因负责N-糖链在液泡/溶酶体中的降解,ams1基因所编码的蛋白与人溶酶体alpha-甘露糖苷酶Man2C1p、酵母及构巢曲霉的II型alpha-甘露糖苷酶同源。Man2C1缺损会导致人类alpha-甘露糖贮积症,表现为严重的神经发育障碍等;而在酵母与构巢曲霉中,II型alpha-甘露糖苷酶只担负营养功能,该酶缺失后并不表现任何表型。我们的研究显示,烟曲霉ams1基因的缺失虽不影响细胞壁完整性,却会导致细胞壁糖蛋白的过度甘露糖基化,突变株细胞膨大、细胞中有更多的细胞核,形成孢子的能力下降、细胞极性生长与细胞分隔异常,说明烟曲霉与哺乳动物细胞一样,其糖蛋白N-糖链的降解缺陷也会影响细胞的功能(Glycobiol, 19: 624, 2009)。

1.4  O-糖基化修饰的功能分析
       O-甘露糖基化(O-Man)是一种从真菌到人类都保守的蛋白质修饰,果蝇的O-Man缺陷导致肌生成缺陷、不育和寿命缩短;小鼠O-Man缺陷可导致胚胎期死亡;人类的Walker-Warburg 综合征(WWS)也是O-Man缺陷的遗传病,表现为肌肉萎缩、神经发育障碍等。但O-Man的功能及相关疾病的机制还不清楚。
       我们的研究证明烟曲霉pmt1pmt2基因负责蛋白质的O-Man。烟曲霉是一种能在30-55度正常生长的真菌,当pmt1基因被敲除后,突变株的蛋白质O-Man修饰减少了60%,突变株在37度时能生长正常,毒力未受影响;但在42或50度时表现出严重的细胞壁缺陷、生长受抑制并丧失形成孢子的能力,说明pmt1基因是烟曲霉细胞壁完整性及热适应性所必需的(Eukaryotic Cell, 6:2260, 2007)。与pmt1不同,pmt2基因可能是生长所必需的基因,该基因表达下调导致生长变慢、孢子萌发滞后、形成孢子的能力下降,细胞壁发生缺陷、细胞周期改变、形态发生异常,但并未表现出温度敏感性,说明pmt1pmt2虽然编码的是同功酶,但它们所担负的功能截然不同(Glycobiol, 20:542, 2010)。这些研究结果揭示了烟曲霉O-Man的生理功能,为深入研究O-Man在真核细胞生长发育中的作用奠定了基础,也为研究WWS的机制提供了一个简单的模型。 

1.5  GPI修饰的功能分析
       蛋白质可以通过GPI修饰被锚定到细胞质膜上。GPI修饰的蛋白分布广泛,从原虫的被膜蛋白到哺乳动物神经细胞的黏附因子,具有重要的生理功能。虽然真菌也产生GPI,但对其结构和生物合成的研究还非常有限。我们建立了一种新的GPI糖链测定方法,从生化上证明烟曲霉pig-a基因编码的蛋白负责催化GPI合成的第一步反应;敲除pig-a基因后,突变株虽能存活,但GPI蛋白完全缺失,突变株生长受抑制、细胞膨大、裂解增加,细胞壁发生缺陷并出现双层细胞壁的现象,对突变株的分泌蛋白质组分析发现2个与毒力相关的蛋白缺失,在小鼠感染模型中突变株的毒力显著减弱(Mol Microbiol, 64:1014, 2007)。这一研究结果证明pig-a是毒力相关基因,蛋白质的GPI修饰对细胞壁合成、细胞生长与发育至关重要。由于在酵母和小鼠中敲除pig-a的同源基因均导致致死表型,我们的研究为了解GPI修饰的功能及调控机制提供了可能。
       在此基础上,我们还发现该突变株的MAPK(mitogen-activated protein kinases)信号通路中的蛋白激酶A(MpkA)组成型上调,细胞壁合成、色素合成、孢子形成等相关基因的表达发生变化。另外,通过对烟曲霉GPI蛋白的研究和分析,确定了PhoA蛋白GPI修饰的细胞膜定位功能(微生物学报, 48: 1330, 2008)。构建了一个可在烟曲霉中表达外源蛋白的载体,并通过共转化提高了转化效率,为烟曲霉基因与蛋白质功能的研究提供了一个有效表达系统;还建立了将蛋白质定向表达于细胞膜或细胞壁的技术,已申请专利4项(申请号:200810240800.5; 200810241009.6; 200810241003.9; 200810241010.9)。

2.其他重要工作
       E. coli K1菌株是新生儿脑膜炎的致病菌,其荚膜由alpha2, 8-唾液酸多糖构成,与致病性有关。为研究其荚膜多糖的生物合成与功能,我们从E. coli K1中克隆了合成荚膜的关键基因neuA(J Mol Catalysis B: Enzymatic, 10:201, 2000),发现NeuA是同时具有CMP-唾液酸合成酶和乙酰水解酶活性的双功能蛋白(生物工程学报, 18:676, 2002;J Biol Chem, 279:17738, 2004)。最近还发现2型猪链球菌(SS2)中也有同源的双功能酶,该酶的性质与大肠杆菌NeuA有显著不同;并且证明NeuA中的乙酰水解酶活性是合成荚膜唾液酸所必需的(Biochem. Biophys. Res. Commun., in press, DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.05.092)。
科研项目
( 1 ) 烟曲霉生长发育相关重要功能蛋白的糖基化修饰与调控, 主持, 国家级, 2011-01--2014-12
( 2 ) 条件致病真菌烟曲霉的糖组学研究, 主持, 国家级, 2010-01--2012-12
( 3 ) 极端环境微生物生命特征及环境适应机理, 参与, 国家级, 2010-01--2012-12
( 4 ) 细菌表面多糖的合成与功能, 参与, 国家级, 2006-07--2011-12
( 5 ) 丝状真菌里氏木霉、尖孢镰刀菌及烟曲霉的比较糖组学研究, 主持, 国家级, 2014-01--2018-12
( 6 ) 荚膜唾液酸及其O-乙酰化修饰在细菌性脑膜炎感染中的作, 主持, 国家级, 2013-01--2016-12
( 7 ) 基因组学比较分析构建乙醇发酵高产酿酒酵母菌株, 主持, 国家级, 2013-01--2015-12
( 8 ) 西班牙嗜盒菌蛋白质糖基化:研究古菌蛋白质翻译后修饰的新模式系统, 主持, 国家级, 2017-01--2019-12
( 9 ) GPI锚定蛋白的运输与细胞极性生长机制研究, 主持, 国家级, 2017-01--2021-12
参与会议
(1)Function of glycosylphosphatidylinostiol (GPI) anchoring in protein sorting and cell wall synthesis in Aspergillus fumigatu   2018-06-19
(2)嗜盐古菌西班牙盐盒菌表层蛋白糖基化修饰   2016年全国糖生物学会   2016-08-05
(3)Genetic and structural validation of enyzmes required for activation of UDP-GlcNAc in Aspergillus fumigatus as potential antifungal targets   Jin, C.   2013-10-16
(4)Transcriptome and biochemical analysis reveals that suppression of GPI-anchor synthesis leads to autophagy and necroptosis in Aspergillus fumigatus.    Cheng Jin   2013-06-25
(5)Synthesis and regulation of capsular sialic acid in E. coli and Streptococcus suis.   Cheng Jin   2012-05-28
(6)Glycosylation and its function in Aspergillus fumigatus   金城   2011-11-10
(7)Synthesis and regulation of capsular sialic acid in E. coli and Streptococcus suis serotype 2   金城   2011-10-27
(8)蛋白质糖基化修饰的功能研究   2010年北京生物化学与分子生物学会年会   金城   2010-12-04
(9)真菌糖生物学——揭示糖链复杂功能的突破口?   2010年全国糖生物学学术会议   金城   2010-08-10
(10)烟曲霉的发病机制——毒力因子与抗真菌药物靶点   首届曲霉与曲霉病新进展高峰论坛   金城   2010-07-16
(11)Bi-functional NeuA protein from Streptocossus suis.   金城   2009-12-02
(12)Functional analysis of glycosylation in filamentous fungus Aspergillus fumigatus.   第七屆海峽兩岸真菌學學術研討會   金城   2009-11-13
(13)Glycosylation is required for cell wall biogenesis and morphogenesis in opportunistic fungus Aspergillus fumigatus.   金城   2009-10-28
(14)Glycosidase and glycosyltransferase in fungus Aspergillus fumigatus.   金城   2009-05-29
(15)Glycosidase and glycosyltransferase in fungus Aspergillus fumigatus. Commemorative Symposium on Enzyme Engineering   金城   2008-11-13
(16)Mutation of Trp137 to glutamate completely removes transglycosyl activity associated with the Aspergillus fumigatus AfChiB1.   金城   2008-11-02

国际合作

       与奥地利维也纳BOKU大学Iain Wilson教授、法国巴斯德研究所Jean Latge教授和苏格兰Dundee大学Daan van Aalten教授的研究小组建立了合作关系,在结构生物学与抑制剂设计、突变株表型与糖组学分析等方面开展合作研究,其中与Iain Wilson教授合作获“中-奥合作基金”资助(2010-2012)及国家自然科学基金国际合作重大项目资助(2014-2018)。

指导学生

已指导学生

张蕾  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

胡红焱  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

刘广超  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

李雁洁  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

李红  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

蒋鹤春  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

向四海  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

王颖  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

陈晓敏  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

欧阳浩淼  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

吕洋  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

房文霞  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

宋丽丽  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

李开  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

丁卫平  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

阎江洪  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

苏建臣  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

杜婷  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

谢贻  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

赵婉  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

王婧阳  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

卢化  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

代剑波  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

解明明  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

马玮  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

王梦楠  硕士研究生  085238-生物工程  

张秀梅  硕士研究生  085238-生物工程  

裴彩霞  硕士研究生  085238-生物工程  

许跃强  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

现指导学生

高琳璐  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

赵光亚  博士研究生  071010-生物化学与分子生物学  

专利与奖励

   
奖励信息
(1) 全国优秀科技工作者, 一等奖, 国家级, 2012
(2) 国务院政府特殊津贴, 特等奖, 国家级, 1998
专利成果
( 1 ) 由烟曲霉产生的一种新的几丁质酶及其分离纯化方法, 发明, 2004, 第 1 作者, 专利号: ZL99105415.6
( 2 ) 将蛋白定位于细胞壁的多肽及其应用, 发明, 2012, 第 1 作者, 专利号: ZL200810241010.9
( 3 ) 将蛋白定位于细胞膜的多肽及其应用, 发明, 2012, 第 1 作者, 专利号: ZL200810241009.6
( 4 ) 将蛋白定位于细胞膜和/或细胞壁的多肽及其应用, 发明, 2012, 第 1 作者, 专利号: ZL200810241003.9
( 5 ) 基因HAH_1667在制备多糖中的应用, 发明, 2019, 第 2 作者, 专利号: 201710287557.1