核酸是生物体内的遗传物质，蛋白质是生命活动过程的功能执行者。核酸通过转录、翻译合成蛋白质，蛋白质序列决定其结构，结构决定其功能。X-射线晶体衍射(X-ray)，核磁共振(NMR)和低温冷冻电镜(Cryo-EM)是目前能够在原子水平上测定生物大分子三维结构的主要方法。当蛋白质在溶液中主要以单一构象存在，且分子量不超过25 kDa时，其三维原子水平的NMR结构解析已成为常规。目前，蛋白质数据库（PDB）中的蛋白质的NMR结构已超过11,000个。前期解析的两个高质量的蛋白质NMR结构示意如下：

(Left) Photosystem II reaction center protein Psb28 from Synechocystis sp. strain PCC 6803 (PDB ID 2KVO) (Proteins, 2011, 79: 340-344); (Right) The free Za domain of human DLM-1 (ZBP1/DAI) (PDB ID 2LNB) (J Biomol NMR, 2014, 60:189-195). 

　　蛋白质在生物体内通过与其他生物分子相互作用，形成蛋白质-蛋白质/核酸/糖类/其他配体等各种复合体，进而执行其功能。因此，研究蛋白质复合体的结构与功能，是当前蛋白质NMR的主要发展趋势。我们应用传统的NMR方法，结合顺磁共振(EPR)，在同源二聚体的结构解析及单体链的交换速率方面，发展了新方法。由于二聚体界面动力学的柔性影响，分子间NOE难于准确测定，通过引进顺磁标签到蛋白质的特定位置，一方面，应用EPR可以测定中、长程的单体间距离，有助于二聚体结构的解析(Top)(JACS, 2010, 132: 11910-11913)；另一方面，将不同比例的顺磁标记和非标记的蛋白二聚体样品混合，检测随时间变化的DEER信号的强度变化，可以测定二聚体中单体链的交换速率(Bottom)(J Biomol NMR, 2013, 55: 47-58)。同时，应用顺磁PRE效应，在以上两部分的研究中，可以获得辅助信息或交叉验证的实验结果。

(Top) Homodimer structures of Dsy0195 from Desulfitobacterium hafniense. (A) NMR + EPR + PRE (PDB ID 2KYI); (B) Crystal (PDB ID 3IPF). (Bottom) Homodimer subunit exchange rate measurement using DEER method. (C) DEER experimental data; (D) Fitted line for homodimer subunit exchange rate. 

本课题组在前期的研究基础上，应用NMR方法，结合其他生物技术手段，将从单一蛋白质的结构与功能的NMR研究，进一步聚焦到蛋白质与蛋白质、核酸等相互作用形成的复合物体系中。当前具体的研究方向有： 

　　♦  应用NMR结合其他生物物理技术(包括H-D交换质谱、SAXS与EPR等），发展蛋白质与核酸复合物结构解析的新方法； 

　　♦   蛋白质与核酸复合物(包括ssDNA，dsDNA和Z-DNA等)的结构与功能关系的NMR研究； 

　　♦  人体内癌症通路(Human Cancer Protein Interaction Network)蛋白质的结构与功能关系的NMR研究，比如TGIF1和INSM1等； 

         ♦ 根瘤菌类活性化合物的NMR研究。