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破译基因密码的苦乐年华——记湖南师范大学副校长张健

来源:科技日报
摘要:作为学术带头人和博士生导师,张健主持承担的国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、教育部重点课题、湖南省教育厅重点项目以及国家863、973专项项目达十余项。作为九三学社第五届湖南省委副主委,湖南师范大学副校长,行政事务同样繁多。青春见证攻关前不久,张健刚过44岁生日,为破译人类重大疾病基因密码,他已攻关......

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        步入中年的长江学者张健,每天的工作,一个字就可以概括:忙。作为学术带头人和博士生导师,张健主持承担的国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、教育部重点课题、湖南省教育厅重点项目以及国家863、973专项项目达十余项;作为九三学社第五届湖南省委副主委,湖南师范大学副校长,行政事务同样繁多。对于忙,张健很坦然:忙不怕,就怕忙不出结果。张健的科研生涯硕果累累。能有对国家民族乃至人类健康实质性的成果,是张健的追求和理想。  



  青春见证攻关  



  前不久,张健刚过44岁生日,为破译人类重大疾病基因密码,他已攻关了20多年。1982年从湖南农业大学毕业后,通过5年实践,张健于1987年赴美留学,1992年获迈阿密大学生物化学及分子生物学博士学位。之后在迈阿密大学和耶鲁大学从事博士后工作,直到2001年回到祖国。赴美之初,张健想得很简单,只想早日学到本领报效祖国;随着对学术研究的深入,他才知道此中的艰难。张健告诉记者,他主要研究利用基因敲除、转基因动物等技术探索新基因功能、建立疾病模型,这些都是生命科学的前沿领域。为了在这一领域获得突破,留美13年,他一生最美好的青春大多是在实验室中度过的。天道酬勤,他首次从牛的组织和人的HepG2细胞中分别克隆了DNA聚合酶催化亚基及小亚基,通过对转录因子AP-2α基因的敲除及AP-2α基因被敲除后老鼠的表型分析,发现该基因是哺乳动物颅面部发育的基本调控因子,并为眼球晶状体小泡的早期形态发生所必需。这一出色的研究成果发表在世界著名学术杂志Nature(《自然》)上,引起国际学术界的广泛关注,文章被国际同行引用300多次。他还用转基因小鼠模型观察到AP-2α在乳腺中的大量表达能抑制乳腺的发育,并发现AP-2基因家族(AP-2α、β、γ)的相互作用可能在乳腺癌变过程中起重要作用。这些成果,使他在耶鲁大学3次荣获奖励研究基金,奠定了他在学术上的地位。  



  敲除生命杂音  



  基因敲除是上世纪80年代末应用DNA同源重组原理发展起来的一门新技术。它除了可以中止某一基因的表达外,还可引入新基因及引入定点突变,因此对于建立人类疾病的转基因动物模型、治疗遗传病、改造培育新的生物品种具有重大意义。然而,这样一门国外已经成熟的技术,国内才刚刚起步。在张健回国之前,国内还没有一个实验室成功敲除一个基因。这种状况,令他忧心如焚,归心似箭。当他得知湖南师范大学招聘教育部“长江学者奖励计划”特聘教授时,立即辞去了优厚的待遇,携全家回国。  



  时不我待。归国后,他便立即开始积极协助湖南师范大学申请生物化学与分子生物学博士点。2003年获得生物学一级学科博士点,并取得生物学博士后科研流动站资格后,他迅速组建了与国际接轨的分子生物学实验室,主持学校“十五”期间211工程重点建设项目“蛋白质药物工程”的建设。随着癌症、心血管病等重大疾病对人类健康的威胁加剧,张健和他的课题组围绕其发病机理及寻找新的诊断和防治方法等世界难题进行了新的攻关探索,构建了子宫癌、卵巢乳腺增生及先天性心脏病的小鼠模型,建立了基因敲除与转基因技术平台,在AP-2相互作用蛋白质鉴定、PDIP1基因家族功能与调控以及乳腺癌发病的分子机理研究方面取得了显著的进展。  



    去年,张健在国际知名学术刊物NucleicAcidResearch(《核酸研究》)杂志上发表论文《GAS41与转录因子AP-2β相互作用从而刺激AP-2的转录活性》,首次报道了GAS41蛋白通过直接与转录因子AP-2β相互作用从而可以作为序列特异性转录因子的辅助激活因子。由于GAS41与神经胶质瘤、白血病等肿瘤发生有着密切的关系,研究有助于进一步探明这些肿瘤发生的分子机理,因此引起了国内外的广泛关注。

        



        破译基因密码  





        张健时刻密切关注国内外研究动态,并结合自己实验室的科学研究,尽力去寻找破译重大人类疾病基因密码的新突破口。现在,张健全力投入本世纪兴起的非编码RNA基因研究。

        非编码RNA基因就是指那些不编码蛋白质而只编码RNA的基因。大规模的测序和全基因组DNA微阵列分析结果表明,人类基因组中约50%的基因组序列能转录为RNA,其中只有2%的序列编码蛋白质,其余98%是不编码蛋白质的非编码RNA。近年来,证据表明这些非编码RNA可以通过多种机理调控DNA的结构、RNA的表达、蛋白质的结构和功能,进而在细胞、组织和个体水平上影响生物体的正常生长发育;而且它们的表达异常是人类恶性肿瘤的一个共同特征。国际上,非编码RNA研究领域正在成为功能基因组研究的新焦点,弄清这些在生物体内广泛存在的非编码RNA在遗传信息传递过程中的作用机理和个体发育以及疾病发生中的功能,是揭示生命奥秘不可缺少的环节。不少学者认为:基于非编码RNA靶点研发的药物将成为新一代治疗各种疾病(包括肿瘤)的生物工程药物。科学家预测人类多种疾病,如癌症、心血管病、艾滋病等的治疗和诊断都可以在非编码RNA领域找到新的答案,对非编码RNA的深入研究,必将刷新人们对生命过程的认识、对疾病预防治疗的策略和方法。

        张健在研究乳腺癌发病的分子机理时,鉴定出一个非常有意义的非编码RNA基因,他们发现这个基因在人类乳腺癌标本中表达量很高,而在癌旁的正常乳腺组织中表达很低;进一步研究表明这个基因很可能是一个致癌基因,而通过经验和计算机软件设计的此基因的抑制剂能有效地杀死乳腺癌细胞、子宫癌细胞、直肠癌细胞等。更为重要的是,他们所设计的抑制剂对正常细胞几乎没有杀伤作用。这些结果表明他们所设计的抑制剂有很高的选择性,提示对这一方向的深入研究有可能开发出全新的抗癌药物。目前,张健实验室正在对所设计的抑制剂进行动物试验,由于这一项目的原创性和重要性,他们已获得国家基金委的重大专项和科技部863项目的支持。
作者: 2007-8-17
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