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良渚星河 | 刘楠:锁定血液发育的表观遗传学 他是生命之河起源的探秘者

Read about the story of Dr. Nan Liu and his research at Liangzhu laboratory/Zhejiang University Medical Center

来源:良渚实验室微信公众号

链接:https://mp.weixin.qq.com/s/5DjSKBkk8HdCP5TThupKVw

写在前面的话
良渚实验室(系统医学与精准诊治浙江省实验室)由浙江大学牵头建设,是首批浙江省实验室,目标是成为生命健康产业面向未来的创新桥头堡,形成“人才汇集、学科会聚、资本流动、产业崛起、产品涌现”的新生态。良渚实验室成立以来,多名课题组长(principal investigator,PI)陆续加盟。于“良渚”而言,PI如初春、如朝日,犹多能干细胞之于人体功能。“良渚”虽年轻,却胸怀未来5000年;新进PI虽刚独立,每个人都走在自己研究领域的前沿。他们是谁,来自哪里,即将在“良渚”开启怎样的科学探索之旅?《良渚星河》带大家走近这些科学新星。

刘楠

北京生命科学研究所博士

美国哈佛医学院博士后

2021年加入良渚实验室担任研究员

研究方向

血液发育的表观遗传学

走心语录

人们从来没有真正完全理解任何一个复杂生物学过程,

“古老”领域也存在着无数尚未发掘的瑰宝。

科学永无止境。

心存敬畏,潜心耕耘,

stay hungry, stay foolish.

德国数学家莱布尼茨曾感叹:“真实的世界中没有两片完全相同的树叶。”正是奥妙无穷的基因密码与千变万化的表观遗传信息,共同造就了这个生机盎然、缤纷绚丽的星球。

自从生命遗传物质DNA双螺旋结构被发现,人类认识到生物大分子之美:这个螺旋堆积而成的美丽纤维,蕴含足以创造生命的密码。那么,我们在想,是不是遗传物质相同,性状就完全一样?

多样的自然界告诉我们,事实并非如此。那是什么影响了遗传物质,从而改变了细胞的命运?答案是,表观遗传信息。

每个生命机体内,存在着复杂的表观遗传体系,使得拥有相同遗传信息的细胞可以呈现不同的基因表达组合,从而分化出不同的形态功能。一个多细胞生命体就像一部精密的机器,每个零件高效而完美的行使各自的功能。

表观遗传是一门相对较新的学科,质疑和“战火”从未停歇。刘楠却愿意在争议中前行。他相信:科学就是不断推翻自己,将人们带入未知疆域,这是其魅力所在。加盟良渚实验室后,结合自己过往研究兴趣,刘楠将研究方向锁定在血液发育的表观遗传学,探究人体体内“大江大河”源头蕴藏的表观奥秘。

锻造思辨精神

什么是表观遗传?

刘楠介绍,其最主要的科学问题是:人体有几百种不同的细胞,它们的DNA序列是一样的,但是细胞的“外貌”和“技能”为什么不一样?DNA决定遗传信息,表观遗传学则是告诉人们DNA如何被解码。不同的解码方式,造就了不同的细胞,如血液细胞、神经细胞等,其功能完全不一样,这和人体的发育、疾病发生等关系密切。

2009年,刘楠来到北京生命科学研究所攻读博士,导师是朱冰教授。“朱冰老师的研究方向是表观遗传,当时在国内算是新兴学科,在国际上真正得到广泛研究也就只有20多年的时间。”

走在追寻科学的道路上,知识往往永远学不完,方法论却可以在习得后受益终生。

2016年11月,初冬时节,一场激荡人心的辩论在北京上演。这场公开辩论为科研人员津津乐道,也给刘楠带来了深深的震撼,影响和激励着他在科研道路上前行。

公开辩论的双方是中科院生物物理研究所的研究员朱冰教授和北京大学饶毅教授,两位老师曾是北京生命科学研究所的同事。

当天下午,可容纳近500人的北大二教101室,座无虚席,从二十岁出头的学生、刚建立独立课题组的青年科学家到资深教授,他们时而屏息凝神,时而眉头紧锁,时而大笑鼓掌,全程投入,过程可谓扣人心弦。

这是一次在中国学术界被记住的辩论,学术对话从未如此公开、直接与平等。

而刘楠,作为朱冰教授的博士后,当时就坐在台下,亲眼见证了这场至今为人津津乐道的辩论赛。两位学者思维碰撞的火花,给刘楠的思辨精神进行了锻造与完善,让他内心升腾起不怕观点碰撞的勇气。“严密的逻辑、娓娓道来的讲述,朱老师由此圈了一大批粉丝。”刘楠说,朱冰老师的才华和自信鼓舞了他在学术上坚持自己的勇气。

“古老”领域的新突破

博士后期间,刘楠选择了一个别人都避之不及的“天坑”作为研究方向。面对质疑,他再次想起那场发生在北京初冬时节的辩论,他自勉:“学术不怕争辩,同时要相信自己的判断。”

2018年3月29日,Cell杂志在线发表了来自波士顿儿童医院/哈佛大学医学院的一项研究,揭示了胎儿血红蛋白在珠蛋白转换过程中被关闭的机理,回答了困扰领域数十年的谜题,也为β血红蛋白疾病的治疗提供了一个新的思路。

Cell这篇论文的第一作者便是刘楠。彼时,他正在波士顿儿童医院/哈佛大学医学院从事博士后研究,导师正是珠蛋白转换领域的领军人物Stuart Orkin。

珠蛋白是血红蛋白的组成成分,在红细胞里负责为人体所有的组织运送氧气。珠蛋白基因突变所造成的贫血是一种严重的遗传疾病,影响着世界上近千万人口。

早在前基因组时代,珠蛋白基因的克隆,珠蛋白增强子的发现,以及相关疾病和突变的鉴定,就如火如荼的进行并完成了大半。

然而这个领域却有一个长期困扰:所有的这些研究,并没有为治疗遗传性β血红蛋白疾病提供有用的线索。刘楠的这项研究,则为这些疾病的治疗打开了一扇大门。

镰刀型贫血患者的镰刀状红细胞会造成血管堵塞。图片来源:childrenshospital.org

刘楠仍旧一头扎进了这个在生命科学界颇有年头的领域。在一个被人遗忘的角落里,如何耐得住寂寞,在冷门里做出热门成果?

刘楠看得十分透彻:被人遗忘的角落里肯定还有值得被发掘的闪光点。他说,如果没有人坚持研究“最无聊”的组蛋白,就没有蓬勃发展的表观遗传学领域;同样,如果没有人对珠蛋白转换这一领域的执着挖掘,贫血病人就离希望更远。刘楠坚持着自己的方向,在最重要结果呈现的瞬间,他舒一口气:“被质疑的那些委屈都烟消云散了。”刘楠认为,人们从来没有真正完全理解任何一个复杂生物学过程,“古老”领域也存在着无数尚未发掘的瑰宝。珠蛋白转换领域是如此,其他任何领域都是如此,科学永无止境。心存敬畏,潜心耕耘,“stay hungry, stay foolish”。

去血液的源头

2021年6月,刘楠正式加盟良渚实验室。回国组建团队和实验室,却不用从零干起。彼时,良渚实验室的公共平台已经启用,刘楠可以在这里利用现成的设备仪器开展工作。

刘楠团队第一次组会

——2021年7月1日,刘lab迎来了第一位成员,刘楠。

——2021年8月10日,刘楠实验室第一次组会,感谢大家对实验室建设出谋划策!期待看到实验室一步一步完善起来。

——2021年9月15日,实验室虽小,现在已经有了一位博士后,科研助理和管理员。Ready,Go!”

……

没过多久,刘楠实验室便在良渚实验室四楼一片专属区域里逐渐完备起来。

刘楠来到良渚实验室,要开启怎样的科学探索?

“我要去探索‘第一滴血’产生的地方。”刘楠说,过去,他在表观遗传学和血液领域有了大量的积淀,这次他要深入到血液的源头去。

如果把人体的血液比作大江大河,那他就要回到大江大河的源头,回到那个让条条江河奔流不息的起点。他要把研究落点在动物体内最早产生的造血干细胞上。

“这是一个科学上的关键问题。”刘楠说,最早的造血干细胞来源于一小部分具有生血功能的血管内皮细胞,这是一个神奇的细胞命运转变的过程,这样的转变受到怎样的精确调节,表观遗传信息如何被重塑,这些问题刘楠每天都在思索。

刘楠团队最近一次组会

刘楠坦言,良渚实验室能帮他圆梦:“这里不拘一格定人才,让年轻人在起步时就能获得信任和支持,放开手脚去追寻重要的科学问题、开展前沿的基础研究;这里强大的血液疾病临床资源对我开展研究也十分有利;在转化方面,有创新基金随时助力。”

“off-the-shelf的造血干细胞将成为可能,到那时,可移植的造血干细胞是现成的,拿来就能用。”这是刘楠内心澎湃的渴望。让我们和刘楠一起静静等待科学之花绽放。