专家信息:
江赐忠,男,1974年生,福建人,博士生导师,科技部973重大专项首席科学家,同济大学生物信息系特聘教授,同济大学转化医学高等研究院教授,课题组组长。
教育及工作经历:
1995年,毕业于天津南开大学,获学士学位。
1998年,毕业于天津南开大学,获硕士学位
2004年,毕业于美国爱荷华州州立大学,获遗传学博士学位,并辅修生物信 息学和计算机科学。
毕业后先后在美国冷泉港实验室、弗吉尼亚联邦大学、宾夕法尼亚州州立大学进行博士后研究。
2009年,应聘为同济大学特聘教授。
学术兼职:
资料更新中……
研究领域:
一、组蛋白修饰、核小体重排和染色质重塑在胚胎发育过程中的表观遗传调控机制
核小体是高等真核生物染色质的基本结构单位,通过控制各种蛋白因子对DNA的接触从而调节DNA的复制、修复、转录和重组。组蛋白修饰和染色质重塑因子 会影响核小体的定位,改变染色质结构,从而调控基因的转录表达。组蛋白修饰、核小体重排和染色质重塑是主要的表观遗传机制。这些机制通过调控基因转录表 达,影响细胞分化和功能特化,在维持胚胎的正常发育中具有不可或缺的作用。以果蝇为模型生物,利用高通量测序技术,绘制高分辨率全基因组核小体图谱,研究 果蝇胚胎发育过程中核小体定位和染色质结构的变化规律,以及二者对维护胚胎正常发育的作用。类似地可以绘制出特定组蛋白修饰的位点,通过这些位点和核小体 位置的关联分析,以期阐述组蛋白修饰在核小体重排中的作用机理。这些研究将对深入理解组蛋白修饰、核小体重排和染色质重塑在胚胎发育和细胞分化的重要作 用,理解和预防发育异常相关疾病有重大意义。
二、核小体定位的模型研究
体内组装好的核小体就像"用线串起来的珠子"(beads-on-a-string)。在组装时,核小体对DNA序列有偏好吗?即,核小体是否更倾向于定 位到某些特定的DNA序列上呢?核小体在整个基因组内的分布排列的机理是什么?目前还没有一个很好的模型来解释。通过鉴定核小体定位偏好DNA序列(即 NPS, nucleosome positionging sequence),探索核小体的分布排列规律,提出模型来解释核小体的定位机理。这项研究将为深入理解核小体在基因转录调控中的作用有重要意义。
三、与癌症关联的基因调控网络间的交叉相互作用(crosstalk)
随着测序数据和实验数据指数级的膨胀和积累,分子进化的许多研究已经成为可能。在过去的研究中,我们已收集了与癌症相关的36个转录因子家族及其目标基 因。这些因子与目标基因间形成复杂的调控网络。然而调控网络间的交叉相互作用(crosstalk)的机制却不清楚。利用生物信息学的手段,阐明这一机制 将促进对癌症途径中基因调控网络复杂性的深入了解,揭示出基因间的相互作用的机理,为相应设计药物来阻断目标基因间的相互作用,从而封阻某一特定途径,达 到治疗癌症的功效。这在抗癌药物的研发上有重要意义。另外,这套方法还能应用于植物或动物中其它信号传导亚网络中的类似研究。
研究方向:
1. 核小体重排和染色质结构变化对果蝇胚胎发育的影响
2. 核小体排列分布及其在基因调控中的作用
3. 组蛋白修饰在核小体重排中的作用机理
4. 核小体定位序列的识别,DNA序列变化对染色质结构的影响
5. 分子进化学
承担科研项目情况:
主持参与了国家“973”重大科学研究计划项目、国家自然基金委重大研究计划与面上项目。
1.“973”重大科学研究计划项目“胚胎发育中的核小体重排与染色质重塑”。
科研成果:
1. 鉴定、测序和注释了200多个Myb基因,并存入NCBI数据库作为共享资源。
2. 收集整合了哺乳动物中(人、小鼠、大鼠)36个与癌症关联的转录因子家族的成员蛋白因子,并鉴定到这些蛋白因子的共11660个目标基因,识别和标注出这些基因的启动子,以此为基础,构建与癌症关联的基因调控网络,成为癌症研究中的重要资源。
3. 通过单核苷酸多态性分析,证实哺乳动物CpG岛的丢失是由于新的DNA甲基化从岛的边缘开始,慢慢向岛中央“腐蚀”造成的。这一CpG岛丢失机制的证实将极大促进我们对癌症中DNA甲基化这一表观遗传学现象的了解,为设计和研发脱甲基化药物重新激活被沉默的基因作为治疗与DNA甲基化关联的癌症的一个手段打下基础。
4. 近年来利用染色质免疫沉淀结合高通量测序技术,首次在酵母和果蝇中绘制出高分辨率全基因组核小体图谱,并分析核小体定位对基因转录的调控机制等。设计开发了预测、分析核小体及其它蛋白的DNA结合ChIP-seq数据的软件GeneTrack。
5. 江赐忠教授的研究结果发表在Nature、Nat Rev Genet、Genome Research等国际著名学术刊物上,共发表20篇学术论文,并撰写专业书的一个章节。以第一作者发表的论文总影响因子超过103,以非第一作者发表的论文总影响因子超过59。其中,果蝇核小体图谱绘制与基因调控方面的研究成果以Article形式于2008年发表在Nature上,目前单篇引用已超过252次。同年在Genome Research上发表的关于酵母核小体与基因调控方面的研究报道,已被引用211次。2009年在Nature Reviews Genetics上发表了一篇关于核小体定位和基因调控的综述文章(作为该期封面文章),已被引用223次。2009年10月在Genome Biology上发表的酵母核小体系统参考图被评为“highly accessed”的文章。值得一提的是,发表在Nature和Genome Research上的两篇文章同时被国际著名学术期刊Nature Methods以“Research Highlights”形式进行报道;发表在Nature Reviews Genetics上的文章被国际著名学术期刊Nature Reviews Genetics以“Research Highlights”形式进行报道。
代表性论文:
1.Shen J, Jia W, Yu Y, Chen J, Cao X, Du Y, Zhang X, Zhu S, Chen W, Xi J, Wei T, Wang G, Yuan D, Duan T, Jiang C#, Kang J. (2015) Pwp1 Is Required for the Differentiation Potential of Mouse Embryonic Stem Cells through Regulating Stat3 Signaling. Stem Cells, 33(3): 661-73
2.Tao Y, Zheng W, Jiang Y, Ding G, Hou X, Tang Y, Li Y, Gao S, Chang G, Zhang X, Liu W, Kou X, Wang H, Jiang C#, Gao S. (2014) Nucleosome organizations in induced pluripotent stem cells reprogrammed from somatic cells belonging to three different germ layers. BMC Biol., 12(1): 109
3.Shi J, Zheng M, Ye Y, Li M, Chen X, Hu X, Sun J, Zhang X, Jiang C. (2014) Drosophila Brahma complex remodels nucleosome organizations in multiple aspects. Nucleic Acids Res., 42(15): 9730-9
4.Yin R, Gu L, Li M, Jiang C#, Cao T, Zhang X. (2014) Gene Expression Profiling Analysis of Bisphenol A-induced Perturbation in Biological Processes in ER-negative HEK 293 Cells. PLoS One., 9(6): e98635
5.Li M, Liu Z, Gu L, Yin R, Li H, Zhang X, Cao T, Jiang C. (2014) Toxic effects of decabromodiphenyl ether (BDE-209) on human embryonic kidney cells. Front Genet., 5: 118
6.Hu X, Wu R, Shehadeh LA, Zhou Q, Jiang C, Huang X, Zhang L, Gao F, Liu X, Yu H, Webster KA, Wang JA. (2014) Severe hypoxia exerts parallel and cell-specific regulation of gene expression and alternative splicing in human mesenchymal stem cells. BMC Genomics, 15(1): 303
7.Huang B, Jiang C, Zhang R. (2014) Epigenetics: the language of the cell? Epigenomics, 6(1): 73-88
8.Li D, Xie K, Ding G, Li J, Chen K, Li H, Qian J, Jiang C, Fang J. (2014) Tumor resistance to anti-VEGF therapy through up-regulation of VEGF-C expression. Cancer Lett., 346(1): 45-52
9.Lin J, Chen G, Gu L, Shen Y, Zheng M, Zheng W, Hu X, Zhang X, Qiu Y, Liu X, Jiang C. (2014) Phylogenetic affinity of tree shrews to Glires is attributed to fast evolution rate. Mol. Phylogenet. Evol., 71: 193-200
10.Dai X, Jiang W, Zhang Q, Xu L, Geng P, Zhuang S, Petrich BG, Jiang C, Peng L, Bhattacharya S, Evans SM, Sun Y, Chen J, Liang X. (2013) Requirement for Integrin-linked kinase in neural crest migration and differentiation and outflow tract morphogenesis. BMC Biol., 11(1): 107
11.Chen G, Shi X, Sun C, Li M, Zhou Q, Zhang C, Huang J, Qiu Y, Wen X, Zhang Y, Zhang Y, Yang S, Lu L, Zhang J, Yuan Q, Lu J, Xu G, Xue Y, Jin Z, Jiang C#, Ying M, Liu X. (2013) VEGF-mediated proliferation of human adipose tissue-derived stem cells. PLoS One, 8(10): e73673
12.Huang K, Jia J, Wu C, Yao M, Li M, Jin J, Jiang C, Cai Y, Pei D, Pan G, Yao H. (2013) Ribosomal RNA gene transcription mediated by the master genome regulator protein CCCTC-binding Factor (CTCF) is negatively regulated by the condensin complex. J Biol Chem., 288(36): 26067-77
13.Shi J, Hu J, Zhou Q, Du Y, Jiang C. (2013) PEpiD: a Prostate Epigenetic Database in mammals. PLoS One, 8(5): e64289
14.Tang Y, Dong S, Cao X, Zhou Q, Ding G, Jiang C. (2013) H2A.Z Nucleosome Positioning Has No Impact on Genetic Variation in Drosophila Genome. PLoS One, 8(3): e58295
15.Zhang X, Shen Y, Ding G, Tian Y, Liu Z, Li B, Wang Y, Jiang C. (2013) TFPP: An SVM-Based Tool for Recognizing Flagellar Proteins in Trypanosoma brucei. PLoS One, 8(1): e54032
16.Guo X, Liu Q, Wang G, Zhu S, Gao L, Hong W, Chen Y, Wu M, Liu H, Jiang C, Kang J. (2013) microRNA-29b is a novel mediator of Sox2 function in the regulation of somatic cell reprogramming. Cell Res., 23(1): 142-56
17.Bao JQ, Li D, Wang L, Wu JW, Hu YQ, Wang ZG, Chen Y, Cao XK, Jiang C, Yan W, Xu C. (2012) MicroRNA-449 and MicroRNA-34b/c Function Redundantly in Murine Testes by Targeting E2F Transcription Factor-Retinoblastoma Protein (E2F-pRb) Pathway. Journal of Biological Chemistry, 287(26): 21686-98
18.Chang GS, Noegel AA, Mavrich TN, Müller R, Tomsho L, Ward E, Felder M, Jiang C, Eichinger L, Glockner G, Schuster SC, Pugh BF. (2012) Unusual combinatorial involvement of poly-A/T tracts in organizing genes and chromatin in Dictyostelium. Genome Res, 22(6): 1098-106
19.Venters BJ, Wachi S, Mavrich TN, Andersen BE, Jena P, Sinnamon AJ, Jain P, Rolleri NS, Jiang C, Hemeryck-Walsh C, Pugh BF. (2011) A comprehensive genomic binding map of gene and chromatin regulatory proteins in Saccharomyces. Mol Cell, 41(4): 480-92
20.Zhao Z and Jiang C. (2010) Features of Recent Codon Evolution: A Comparative Polymorphism-Fixation Study. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2010(2010): doi:10.1155/2010/202918
21.Jiang, C and Pugh, BF (2009) A compiled and systematic reference map of nucleosome positions across the Saccharomyces genome. Genome Biology, 10: R109
22.Koerber, RT, Rhee, HS, Jiang, C, Pugh, BF. (2009) Interaction of transcriptional regulators with specific nucleosomes across the Saccharomyces genome. Mol Cell, 35(6): 889-902
23.Jiang, C and Pugh, BF (2009) Nucleosome positioning and gene regulation: advances through genomics. Nature Reviews Genetics, 10(3): 161-72 Cover story
24.Mavrich, TN, Jiang, C (Co-first author), Ioshikhes, IP, Li, X, Venters, BJ, Zanton, SJ, Tomsho, LP, Qi, J, Glaser, RL, Schuster, SC, Gilmour, DS, Albert, I, Pugh, BF. (2008) Nucleosome organization in the Drosophila genome. Nature, 453(7193): 358-62 Article
25.Mavrich, TN, Ioshikhes, IP, Venters, BJ, Jiang, C, Tomsho, LP, Qi, J, Schuster, SC, Albert, I, and Pugh, BF (2008) A barrier nucleosome model for statistical positioning of nucleosomes throughout the yeast genome. Genome Research, 18(7): 1073-1083
26.Albert, I, Wachi, S, Jiang, C, Pugh, BF (2008) GeneTrack - a genomic data processing and visualization framework. Bioinformatics, 24(10): 1305-6
27.Lee, C, Li, X, Hechmer, A, Eisen, M, Biggin, MD, Venters, BJ, Jiang, C, Li, J, Pugh, BF, Gilmour, DS. (2008) NELF and GAGA factor are linked to promoter proximal pausing at many genes in Drosophila. Mol Cell Biol, 28(10): 3290-300
28.Kuo, PH, Kalsi, G, Prescott, CA, Hodgkinson, CA, Goldman, D, van den Oord, EJ, Alexander, J, Jiang, C, Sullivan, PF, Patterson, DG, Walsh, D, Kendler, KS, Riley, BP. (2008) Association of ADH and ALDH Genes with Alcohol Dependence in the Irish Affected Sib Pair Study of Alcohol Dependence (IASPSAD) Sample. Alcoholism: Clinical and Experimental Research, 32(5): 785-95
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31.Zhao, Z and Jiang, C (2007) Methylation-Dependent Transition Rates Are Dependent on Local Sequence Lengths and Genomic Regions. Mol Biol Evol, 24(1): 23-5
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34.Jiang, C and Zhao, Z (2006) Mutational spectrum in the recent human genome inferred by single nucleotide polymorphisms. Genomics, 88(5): 527-34
35.Boddu, J, Jiang, C, Sangar, V, Olson, T, Peterson, T, and Chopra, S (2006) Comparative structural and functional characterization of sorghum and maize duplications containing orthologous Myb transcription regulators of 3-deoxyflavonoid biosynthesis. Plant Molecular Biology, 60(2): 185-99
36.Jiang, C, Gu, X, and Peterson, T (2004) Identification of conserved gene structures and carboxy-terminal motifs in the Myb gene family of Arabidopsis and Oryza sativa L. ssp. indica. Genome Biology, 5(7): R46
37.Jiang, C, Gu, J, Chopra , S, Gu, X, and Peterson, T (2004) Ordered Origin of the Typical Two- and Three-Repeat Myb Genes. Gene, 326: 13-22
38.Jiang, C, Song, WQ, Li, XL, and Chen, RY (1998) Studies on microdissection and microcloning of the rye chromosome 1R. Acta Botanica Sinica, 40(11): 988-993
39.Zhao, Z and Jiang, C (2007) Investigation of the CpG Effect in Mammalian Genomes - Chapter I in: Kobayashi TB editor. DNA Methylation Research Trends, Pg 1-24. Nova Science Publishers, Inc., Hauppauge, NY (ISBN 1-60021-721-4)
荣誉奖励:
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学术交流:
1. 参加了2009年的The 16th Conversation for Journal of Biomolecular Structure and Dynamics国际会议。
2. 参加了2010年的The 8th International Bioinformatics Workshop国际会议。
3. 参加了2010年与2012年冷泉港亚洲会议Epigenetics, Chromatin & Transcription国际会议。
4. 参加了2012年的International Workshop and Summer School on Crops国际会议。
5. 同时也邀请了时为北卡罗来纳州大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)的Jason Lieb教授等国内外知名学者来校访问交流。
半生倾注 惠及民生
——记同济大学特聘教授、博士生导师江赐忠
十月,Science以“生物信息学,神秘的新职业”为题发文,“在大数据时代,这是个有趣的地方,也是令人激动的时刻。”一位教授这样评价道。
我们处在一个大数据的时代,由于高通量测序技术飞速发展,在生物医学研究中已经得到广泛应用,每天都会产生海量数据。数据量如此之大,部分是由于思维方式已经从数据的生成转变为数据的分析,因此就更需要有专家能够用高效的方式去分析挖掘,让其对科学家和临床医生具有意义,并最终惠及客户和患者。
这些海量数据就象一堆沙子,生物信息学专家就好比淘金人,要从沙子中淘出金子来。美国衣阿华州立大学遗传学博士,同济大学特聘教授、博士生导师江赐忠就是一位致力于我国生物信息学发展的“淘金者”。
兴趣成就梦想
人们常说,兴趣是最好的老师,江赐忠正是在兴趣的牵引下进入生物信息学领域的研究。
江赐忠说他每当念及童年时光,对大自然里的各种小动物都记忆犹新。夏天把抓来的萤火虫放在纸叠的灯笼里,看它们一闪一闪地发光;观注成群结队的蚂蚁有序地把苍蝇一只一只地往洞里搬,从小就爱上这绚丽多彩大自然里各种可爱的小精灵。因此小学的自然课、中学的植物学与动物学都是他最喜欢的课,他从洋葱表皮细胞显微镜观察认识了生命微观结构,由光合作用实验开始了解生命奥秘。带着对生物的喜爱与生命奥秘的好奇,江赐忠考大学时第一志愿选择了生命科学。
后来在美国读博士学位期间,对人类健康、中医药、当代科学研究方法、甚至是商业等都有很深影响的国际合作项目“人类基因组计划”正在如火如荼地进行,也带动对酵母、秀丽线虫、果蝇等其它模式生物基因组测序,产生大量基因组测序数据。加上计算机软硬件的迅速发展,逐渐产生了一门新兴的交叉学科——生物信息学。这门学科主要是结合计算机、数学、统计等方法,从海量数据中挖掘出规律与有用的信息,用于解释生物现象、阐述其机制、解决相关生物医学问题。如鉴定出某种疾病发生发展中起重要作用的基因、潜在的药物靶点等。
江赐忠所在的衣阿华州立大学在这期间成立了生物信息学专业,“我有幸加入这个专业,接受系统的生物信息学学习与技能训练。其实我一直也很喜欢计算机。通过加入生物信息学专业,正好圆了我学习计算机的梦。碰巧我的博士学位论文前半部分是做实验获得数据,后半部分主要就用计算机进行分析所得的数据。”他告诉记者。
兴趣和坚持,是通向科研成功的两颗启明星。因此,有兴趣为始,还要以毅力相伴。博士毕业后,江赐忠就开始完全转入专业的生物信息学分析。这样,他无缝过渡到生物信息学与基因组学这个领域。2007年高通量测序技术开始兴起,他参与到核小体、组蛋白等表观遗传高通量数据分析的项目中,掌握了高通量数据分析的最新技术。也正是高通量测序与染色质免疫沉淀技术的兴起,表观遗传组学研究取得突飞猛进的发展,成为当前生物医学研究热点,江赐忠也成为这个领域众多研究者的一员。
科学无国界,科学家有自己的祖国
一个国家的科研水平与实力和国家的强大息息相关。在上世纪90年代早期及之前,中国国内的工作想在《科学》、《自然》等国际顶尖学术期刊上发表基本上是个可望不可及的追求。但是,最近十几年,国内实验室的工作每年都有多篇在《科学》、《自然》、《细胞》等国际顶尖学术期刊上发表。中国正在走向世界,他最希望的是中国的生物信息科学也能够走在世界的最前列。
回国工作后,江赐忠主持参与了国家“973”重大科学研究计划项目、国家自然基金委重大研究计划与面上项目。根据中国出生缺陷防治报告,我国出生缺陷占新生儿的约5%,每年约有100万缺陷儿出生,给家庭和社会造成极大负担。导致缺陷儿的原因很大一部分与表观遗传紊乱有关。而核小体作为染色体的基本结构单元,通过开放或屏蔽DNA序列来控制转录因子与DNA结合,从而调控基因的转录表达。核小体在基因组中定位的变化与染色质结构的变化是重要的表观遗传基因调控机制。核小体的正确定位与染色质的正确结构在胚胎发育中起着重要作用,但分子机制并不清楚。
鉴于此,江赐忠团队联合了国内四家高校研究所,在生殖发育、表观遗传、与生物信息方面的杰出研究团队,一起申请到“973”重大科学研究计划项目“胚胎发育中的核小体重排与染色质重塑”。该项目结合生物信息学手段,主要从胚胎与干细胞两个层次来研究核小体定位与染色质结构变化在胚胎发育中的作用机制,以期能够获得早期胚胎发育母源驱动向合子启动转化(MZT)这一重要过程、以及干细胞全能性维持与分化中核小体定位与染色质结构变化模式及表观遗传基因调控机制,为降低出生缺陷率、提高我国人口健康水平奠定基础。
目前,项目研究已经取得一批成果。如染色质重塑酶是影响核小体定位的重要因素之一。染色质重塑酶缺失会导致果蝇胚胎发育停滞,但其分子机制并不清楚。在果蝇中Brahma由Brm基因编码。为此,他们在果蝇三龄幼虫中敲降Brm基因,以此研究核小体定位变化与全局基因表达谱变化。结果发现,Brm敲降导致整个基因组核小体占有(occupancy)变化,全局基因组上核小体密度变低。相对照,Brm敲降对核小体的位置偏移影响较小,约75%的核小体偏移少于10bp。Brm敲降对核小体定位的固定性(即相位)也有影响。核小体定位偏移、丢失与获得、相位变化都富集在基因启动子区。Brm敲降还导致了基因5’端大量区域核小体串(即3个及以上连续核小体)发生变化。
有意思的是,这些区域上的基因在发育与形态发生上有重要功能。这一定程度上解释了Brm敲降导致果蝇胚胎发育停滞的原因。这些区域上富含AT富有的转录因子的模体(motif),因此Brm敲降可能通过影响这些转录因子对DNA的结合,从而调控其靶基因活性,影响胚胎正常发育。该结果已发表在Nucleic Acids Research (2014)。
让世界关注中国
江赐忠始终认为,一个人的力量不足为奇,只有集众之力才能形成一股巨大的推动力量。他先后参加了2009年的The 16th Conversation for Journal of Biomolecular Structure and Dynamics,2010年的The 8th International Bioinformatics Workshop,2010年与2012年冷泉港亚洲会议Epigenetics, Chromatin & Transcription,2012年的International Workshop and Summer School on Crops等国际会议,同时他们也邀请了时为北卡罗来纳州大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)的Jason Lieb教授等国内外知名学者来校访问交流。通过这些学术交流,他们充分了解相关领域国际上的最新研究动态与现状,与国际接轨。
“生物信息学是门交叉学科,既要有牢固的生物学知识,又要有很强的数理知识与编程能力。要同时掌握这些跨学科知识与技能不是件容易的事情,这就造成这方面人才的匮乏。据我所知,我国目前设有本科生物信息学专业的高校并不多。幸运的是,我在的同济大学生命学院有开设生物信息学本科专业。因此,我国很必要加强生物信息学专业人才的培养与储备。”江赐忠对于人才的重视和渴望溢于言表。
目前,江赐忠建立的实验室的科研项目都在顺利实施中,获得了相应阶段性成果。“下一步将继续深入研究在器官与胚胎发育、癌症发生发展中核小体与组蛋白修饰为主的表观遗传基因调控机制。为生物医学研究发展与人类健康做出贡献。”
对科研的热忱是江赐忠不断奋勇向前的源源动力,对信念的坚持是江赐忠坚守科研阵地的精神支柱。带着这份激情与执著,他会在科研的路上走得更好更远……
来源:科学中国人 2015年第3期
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