2001年8月—2006年7月 美国纽约州立大学Albany分校，研究生科研助理 (Research Assistant)
研究成果：
高宁博士在美国纽约州立大学冷冻电镜单颗粒方法奠基人Joachim Frank教授的实验室获得博士学位，从2002年起从事以冷冻电镜为主要手段的生物物理学研究。自2008年成为独立PI以来，以结构生物学、分子生物学及生物化学手段研究细胞内重要的大分子机器的结构和功能，先后发表SCI论文34篇。近年来，申请人的研究工作主要聚焦于核酸蛋白复合物分子机器(核糖体和DNA复制起始复合物)及大型膜蛋白复合物，以通讯作者身份在Nature (5篇)、Cell、Nature Structural & Molecular Biology(5篇)、eLife、PLOS Biology、Nucleic Acids Research(4篇)等杂志发表论文24篇。这些工作极大的推动了相关领域的科研发展，学术成果简述如下：
(1) 蛋白翻译调控与核糖体组装：
核糖体是所有生物中进行蛋白质合成、具有复杂结构的蛋白核酸分子机器，负责翻译mRNA上携带的遗传信息并合成肽链。除了在基础生命科学中的重大意义，蛋白质合成还是药物开发的重要靶标过程。天然抗生素中有超过50%直接作用于病原体核糖体发挥其抗菌作用。核糖体的功能紊乱也与很多人类重大疾病直接相关，如癌症、病毒增殖、寄生虫感染以及一些罕见的遗传病等。核糖体的组装是细胞内最主要的耗能过程之一，因而也是基因表达调控的一项重要全局调控靶点，与细胞的生长、增殖、分化及个体的发育密切相关。核糖体相关的结构和机制研究一直是生命科学中的一个重要的基础生物学研究方向。申请人在核糖体生物生成(ribosome biogenesis)及翻译调控领域开展了系统的研究，解析了多种核糖体组装的前体复合物、核糖体与翻译因子形成的复合物的高分辨结构，阐释了若干组装因子及翻译调控因子的作用机制。这些工作不仅回答了翻译领域一些重要的基础科学问题，还对相关的临床应用，包括新型抗生素的筛选设计、相关疾病的检测治疗等提供了新的线索。
(1.1) 原核生物核糖体组装 (Nucleic Acids Res, 2013a, 2013b, 2014; PLOS Biol, 2014; Protein & Cell, 2014)
在原核生物中，超过几十种的辅助蛋白质分子参与了核糖体生物生成。但是大多数的组装因子的分子功能及作用机制尚不清楚。这些因子的结构和功能的阐释将会是深入理解核糖体组装这一复杂的生理过程，并进一步利用结构信息研发相关抗菌药物的基础。申请人课题组以模式生物E. coli和B. subtilis为材料，在原核核糖体生物合成领域开展了系统的研究。通过联合定量质谱和冷冻电镜三维重构技术，课题组测定了从原核细胞内提取的核糖体亚基组装前体的化学组成和三维结构，证明了核糖体亚基的各种蛋白组装过程是一个存在多条平行途径的复杂网络，不同的组装因子在不同的时间点加速其中的某些限速步骤。这部分工作第一次在结构层面上发现了核糖体蛋白的组装和rRNA 的折叠直接的协同关系(以通讯作者发表于Nucleic Acids Res, 2013a, 2013b; Protein & Cell, 2014)。同时，课题组解析了多个与核糖体50S亚基成熟相关的组装因子和50S亚基的复合物结构(例如ObgE、EngA、YlqF等)，通过生化手段阐明了这些因子在核糖体成熟过程中的分子作用机制，并进一步发现这些因子是核糖体组装和蛋白质翻译过程的重要调控蛋白，负责将各种生长调控通路与核糖体组装相偶联(以通讯作者发表于PLOS Biol, 2014; Nucleic Acids Res, 2014)。例如，发表于PLOS Biol的论文阐明了细菌中一类保守的Obg GTPase家族蛋白，通过感受细胞中的能量水平(ppGpp)从而调控核糖体的组装及蛋白翻译。这篇工作得到了编辑和同行的重点关注，杂志同期刊发了一篇题为“Braking Bad: Stopping Translation in Hard Times”的简介对论文进行重点推荐。
(1.2) 真核核糖体组装(Nature, 2016a; Protein Sci, 2017; NSMB, 2017a;Protein & Cell, 2016)
真核核糖体组装需要76种不同的snoRNA和超过200种组装因子的参与。许多人类疾病的发生与核糖体组装成熟直接相关，这一类疾病被统称为Ribosomopathy，主要由核糖体蛋白，rRNA或者参与组装、修饰的蛋白因子突变引发。这些疾病除了自身特有的临床特征之外(主要是发育紊乱)，还可能导致癌症发生的机率提高。项目组主要以酿酒酵母为模式生物，采用生化和结构的方法研究真核核糖体组装过程中最为关注的科学问题：(1)数目众多的组装因子是如何在特异的时间和细胞亚空间促进与调控核糖体亚基的组装;(2)核糖体组装过程中的有何种的构象转换过程，如此复杂的组装是如何进行质量控制;(3)疾病相关的因子为何会导致非常特异的临床表型，它们的功能异常是如何导致个体发育疾病。
近两年来，课题组在探索这些问题的过程中获得了多项重要的前期突破。例如，Nog2蛋白是一个细胞核内的保守的GTPase(GNL2 in human)，在核糖体大亚基从细胞核输出到细胞质的过程中起着关键性的质量监控作用。课题组从酵母细胞中纯化出结合有Nog2的内源核糖体组装前体，并获得了这些定位于细胞核内的组装前体的高分辨率冷冻电镜结构(核心部分的分辨率可达2.8埃)。这一结构是目前核糖体组装国际领域中最高分辨率的结构。结构分析提供了包括Nog2蛋白在内的20余种组装因子的原子模型，特别是包括结构完全未知的参与rRNA前体序列加工的5种组装因子(以通讯作者发表于Nature, 2016a; Protein Sci, 2017)。此外，结构工作阐释了重要的调控GTP酶(如Nog2、Nog1)在60S大亚基组装过程中的质量监控作用，发现它们可以作为中心枢纽蛋白与多种不同的组装因子以及有功能活性的rRNA片段相互作用，在组装前体的结构重塑以及其跨核膜输出过程中发挥重要的作用。这一工作是核糖体组装领域近年来最大的突破之一，发表于Nature的文章获得了F1000 (美国爱因斯坦医学院Jonathan Warner教授)的高度评价 (Exceptional), “The careful reader will be overwhelmed by the rich interactions described in the paper and by the outstanding questions it stimulates”。课题组的另外一项近期突破是获得了结合有Nmd3的核糖体大亚基前体的高分辨结构(3埃)。Nmd3是真核生物中高度保守的蛋白，是pre-60S跨核孔复合物转运过程中重要的接头蛋白。这一前体结构可以完美整合已有的生化和遗传数据，阐释了Nmd3在出核运输过程中的重要的结构检查点作用，并重新确定了pre-60S在细胞质中的晚期成熟的若干组装事件的发生顺序，这项工作刚刚以通讯作者在线发表(NSMB, 2017a)。
在疾病相关的组装因子方向，课题组研究了SDS疾病同源蛋白Sdo1在酵母核糖体大亚基组装过程的分子机制(Schwachman-Bodian-Diamond syndrome, 由60S组装因子SBDS突变造成)，并发现Sdo1可能的一种新功能--感受特定的细胞生长压力从而调节细胞内整体蛋白翻译能力(以通讯作者发表于Protein & Cell, 2016)。
(1.3) 原核和真核蛋白翻译调控(NSMB, 2014, 2015, 2016; eLife, 2015; Nucleic Acids Res, 2015; Nature, 2017)
核糖体上的蛋白翻译是一个高度复杂的过程，包括翻译起始、延伸和终止等严密调控的步骤。其中的每一步都需要具有特异分子功能的翻译因子进行促进和调节，以确保翻译过程的高效性和高保真性。课题组通过与合作者联合结构和生化手段对参与翻译调控的多种蛋白因子(包括原核和真核系统)进行了深入的研究，已经取得了一系列重要的研究成果。这些工作阐释了多种核糖体结合因子在蛋白翻译中的新颖调控功能及分子机制。
例如，真核和原核生物都存在一类共翻译分子伴侣(co-translational chaperones)，来保护新生肽链免于聚集，并帮助新生肽链进行初步的折叠。RAC(Ribosome associated complex)是真核生物高度保守的一类共翻译分子伴侣。RAC系统不仅发挥着分子伴侣的功能，还可能对mRNA翻译本身有具有主动的调控作用。但是，RAC的这两种功能的具体分子机制都知之甚少。课题组解析了RAC与酵母核糖体形成的复合物冷冻电镜结构，并结合遗传学功能实验，首次揭示了共翻译分子伴侣可以感受新生肽链折叠的信号，直接调控核糖体上发生的肽链合成延伸步骤，并提出了一种全新的肽链延伸的调控分子机制(以通讯作者发表于NSMB, 2014)。这一工作发表以后，研究核糖体上的新生肽链质量控制的德国著名教授(Universität Freiburg)Sabine Rospert给申请人发来邮件，高度评价这一工作“thank you for publishing such a nice paper on RAC. This is really a wonderful story and very nice data”。
申请人课题组在翻译调控领域的其它重要成果还包括(均为通讯作者论文)：(1)翻译因子EF-G(GTPase)在核糖体再循环(ribosome recycling)过程的分子机制(Nucleic Acids Res, 2015);(2)细菌的调控性新生肽链SecM诱导翻译机器在mRNA上暂停的分子机制(eLife, 2015);(3)EF4(GTPase)促进核糖体上的tRNA非常规的反向运动的分子机制(NSMB, 2016);(4)首次鉴定了细菌中一类全新的翻译调控因子(GTPase HflX)的功能，阐释了其负责拆分热激诱导的翻译受阻复合物的分子功能(NSMB, 2015);(5)细菌中高度保守的ArfA家族蛋白对缺乏stop codon的翻译复合物的挽救分子机制(Nature, 2017)。这系列项的工作揭示了多种功能各异的蛋白因子调节mRNA翻译的分子机制，更为重要的是，它们为新型抗生素药物的研发提供全新的靶点和线索。
2. 真核生物DNA复制起始过程(Nature, 2015a; NSMB, 2017b)
遗传信息载体DNA在细胞内的复制受到严格的调控。双链DNA的复制包括解旋和复制两个过程，复制起始的一个关键步骤是DNA解旋酶复合物的组装和激活。DNA复制异常会导致基因组的不稳定，与多种人类恶性肿瘤的发生、发展具有密切的关系;作为DNA复制解旋酶的核心组分，MCM2-7本身的基因突变或异常表达与很多人类疾病密切相关。由于其结构的复杂性，针对MCM2-7复合物的高分辨三维结构解析一直停滞不前，已成为其功能研究的重要限制因素。申请人课题组解析了来自酵母菌分裂间期G1期MCM2-7双六聚体复合物高分辨率的冷冻电镜结构。这一结构为真核生物特异的解旋酶家族蛋白复合物的组装、激活及调控的研究提供了一个新的起点，为指导此类复合物的功能研究奠定了重要的结构基础(Nature, 2015a)。这一工作得到了Nature杂志同期刊发的“News & Views”评论文章的重点推荐，并获得了F1000的高度评价。在后续的工作中，课题组和合作者进一步解析了酵母来源的MCM2-7六聚体及结合有Cdt1的MCM-Cdt1的七聚体的一系列结构(结合ADP或者AMPPNP)，阐明了MCM解旋酶复合物在结合到DNA复制起始位点前是一种开环的螺旋结构，这一信息为理解这类复制解旋酶的组装及解旋活性提供了全新的视角，并在此基础上，提出了一种类似弹簧式的解旋工作机制(NSMB, 2017b)。
3. 大型膜蛋白复合物的冷冻电镜结构解析(Nature, 2015b, 2016b; Cell, 2017)
膜蛋白一直是生物学研究的一大重点。细胞上的膜蛋白介导了胞内和胞外的物质转运、细胞之间的识别，以及细胞和外界的信号交流等重要基础生命过程。膜蛋白特别是大型膜蛋白复合物是结构生物学研究中的一大难点。近年来，冷冻电镜的技术突破使得这一方法可以应用于解析和研究各种膜蛋白复合物的结构和功能。申请人课题组和多位离子通道领域的专家(清华杨茂君、北大陈雷等)紧密合作，首次在国际上报道了几种具有重大科学意义和人类疾病相关性的大型膜蛋白复合物的冷冻电镜结构：(1)首次解析了真核机械力敏感非选择性阳离子通道蛋白Piezo的三维结构，揭示了机械力感应这一类新型真核离子通道的可能门控机制，为进一步研究哺乳动物的各种机械刺激介导的生物活动，如听觉、血压调节和触觉等，奠定了结构基础 (Nature, 2015b);(2)首次解析了哺乳动物线粒体内膜上的呼吸链超级复合物(包括复合物I，III二聚体，IV)的冷冻电镜结构(目前为止是国际上所解析的最大也是最复杂的膜蛋白超级复合物)，为深入理解哺乳动物呼吸链复合物的组织形式、分子机理以及治疗细胞呼吸相关的疾病提供了重要的结构基础(Nature, 2016b);(3)首次报道了胰岛细胞ATP敏感的钾离子通道(KATP)在别构抑制剂药物格列本脲结合状态下的冷冻电镜结构(5.6埃)，清晰的展示了KATP的组装模式，提出了KATP受糖尿病药物格列本脲别构抑制以及PIP2别构激活的可能机制(Cell, 2017)。这些工作得到了国际同行的广泛关注，其中呼吸链超级复合物和KATP的文章分别得到了F1000的最高评价(Exceptional)。
