香港城大研究RNA学者获颁裘槎前瞻科研大奖
蛋白质和DNA(脱氧核醣核酸)想必大家都耳熟能详,那么RNA(核糖核酸)呢? RNA其实在很多方面都发挥着举足轻重的作用,没有RNA就解读不了藏于DNA内的遗传密码,也生产不了蛋白质。来自香港城市大学(城大)化学系的助理教授郭骏杰博士,潜心研究RNA,希望假以时日可以揭示其中一款RNA的结构及于细胞中的互动,进一步了解它在生物学中的功能和运作机制,以助研发化学及分子工具作诊断及治疗疾病之用。
他早前凭RNA的研究,获颁裘槎基金会的“前瞻科研大奖”。这是城大首次有研究人员获此奖项,兼且好事成双,另一位来自生物医学系的年轻学者亦凭研究免疫细胞,同获该奖项。
郭博士对这次获奖感到荣幸与高兴,形容“前瞻科研大奖”顾名思义,是评估得奖人以及所属研究项目的远见和前景。他感谢裘槎基金会对自己就RNA基础研究方向的信任、并肯定这个项目的前瞻性和认同他有能力开展并完成相关研究。他亦感谢城大、化学系与其他资助机构,在资源及经费上对他所属研究的持续和慷慨支持。
发掘RNA鲜为人知的作用
一般的认知,是RNA只会被动地转录DNA的遗传讯息後负责传递制造蛋白质的讯息,然后蛋白质负责维持生理机能。在美国攻读博士学位时接触RNA后深感兴趣的郭博士指出,其实近年科学家已经发现RNA不只有传递遗传讯息的功用,更在基因表现等过程中发挥调控的作用,指令制造的蛋白质可以抑制或者促进肿瘤生长,甚至有部分病毒的复制和神经系统疾病亦与RNA有关。
郭博士希望揭开RNA的神秘面纱,了解它的结构、产生不同作用背后的生物化学机制、它在细胞分裂以及病理学中扮演的角色等等。研究的第一步是先要把RNA结构找出来,但早年相关传统化学生物学的技术还未完备,科学家未能取得足够有关RNA结构的基因数据。所谓“工欲善其事,必先利其器”,于是郭博士与其他研究人员尝试另辟蹊径,将传统化学生物学技术结合新的高通量测序技术,成功研发出新技术以识别及鉴定出RNA结构。
参与研发多种RNA高通量测序新技术
多年来郭博士参与研发出不同的RNA高通量测序技术,包括structure-seq、rG4-seq以及COMRADES。2014年,当他还是美国宾夕法尼亚州立大学一个博士生时,与博士导师以及研究团队便联合撰写了一篇介绍“structure-seq”的文章,获科学界权威期刊《自然》刊登,更是封面推介文章之一。“structure-seq”用于RNA的全转录组结构测序,是首种以高通量方式探测活体RNA结构的技术,可用于任何生物。
2014年可说是郭博士的“丰收年”,于学术界崭露头角的他不单亮相于《自然》,同时荣获美国宾夕法尼亚州立大学发明家鼓励奖及校友会论文奖。同年他亦获裘槎基金会的垂青,获奖学金赴剑桥大学担任裘槎博士后研究员,开展有关RNA的研究工作。
在剑桥大学做博士后研究时,郭博士受导师的启发,继而钻研RNA G-四链体(G-quadruplex),一种由RNA折叠形成的特别二级结构组件,可以作为一个与蛋白质结合的平台,然后执行不同的功能。他说:“当时我参与研发 rG4-seq高通量测序技术,并加以运用,从而找到G-quadruplex于RNA序列中的位置,但其运作机制仍属未知。”他有关这部分的研究于2016年获刊登于期刊《自然-方法》。同年10月,他自英国回流香港加入城大化学系,并成立实验室继续研究,探索G-quadruplex与什么蛋白质有关、会否与基因调控、细胞生长及某些癌症基因有关联,而能够成为生物标记和药物治疗靶点等。
癌症与长链非编码RNA相关
“既然掌握了相关的RNA高通量测序技术,我何不将这些技术试用在不同的RNA上?看看能否找到有趣的发现。”于是,郭博士同时把目光投向他同样感兴趣的长链非编码RNA(long non-coding RNAs, lncRNA)。
编码RNA(coding RNA)负责传递遗传讯息和产生蛋白质,数量其实只占所有RNA的5%左右,另外大约90% 或以上是没有产生蛋白质能力的非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)。而非编码RNA的其中一种是长链非编码RNA。郭博士说:“我针对长链非编码RNA的研究,就是这次‘前瞻科研大奖’研究项目的重点。我们身体有很多非编码RNA,它们不产生蛋白质,那有何用途呢?”
郭博士指出,学术界暂时知道人体有超过15,000条长链非编码RNA,而知道作用的只有大约200条。另外,近年的研究发现,部分癌症原来与某些长链非编码RNA有关。他的团队会由此入手,通过运用包括化学生物学、分子生物学、结构生物学及基因组学的跨学科研究方法,以高通量方式或研发新技术以获取更多数据,尝试了解长链非编码RNA的结构以及它与蛋白质等其他物质的互动。他说:“了解运作机制后,下一步就可以尝试用化学和分子工具加以调控。”
RNA重要性一向被忽视
于香港土生土长的郭博士于中学时受化学老师感染而爱上了化学,因而大学毫不犹豫地选择主修这一科。他的同学们毕业后大多从事教育或其他行业,像他这样踏上科研之路的,几近绝无仅有。如今在城大,除了继续醉心研究,他亦希望启发学生们对DNA和RNA相关的化学和生物反应的兴趣。他所属课题组学生成员们的实验室袍上,都印有课题组的特有标志:他太太设计的一组RNA图样。
郭博士说,目前在科研界里,对比起DNA和蛋白质,RNA的重要性一向被忽视,“我读本科的时候也对RNA认识不多,所以我特别在城大开办了DNA及RNA相关课程,希望更多学生认识RNA并会有兴趣进行相关研究。”为了推广RNA教育,郭博士更与其他志同道合的研究人员于2017年创立了香港RNA学会 (http://www.kitkwok.com/hk-rna-club.html ),定期组织相关研讨会和座谈会,邀请外国学者来港交流分享。
由学生时代至现时为人师表,郭博士屡受表扬,包括于2015年获选为第 65 届林岛诺贝尔奖获得者大会优秀青年学者,以及2017年成为英国皇家学会简东浦国际访问研究员。在2019年,他获城大颁发校长嘉许奖。
而这次郭博士获颁发的“裘槎前瞻科研大奖”,是旨在选出少数才华横溢及具国际竞争力的科学家,让这批“明日之星”在研究事业初启时获得支持,以发展个人专长,参与创新研究工作,并为香港的教育与研究作出贡献。得奖者可获最高500万港元的奖金,作为五年间的研究经费。另一位获得此奖项的城大代表是生物医学系助理教授周筠庭博士。
本文已于 “香港城大研创” 微信公众号发布。
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