深圳湾实验室科技创新人物巡礼⑲｜彭琴：眼见为实，让FRET探针照亮四维核组学

人物简介

2010年本科毕业于重庆大学；2015年博士毕业于重庆大学，期间在美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）—美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）联合培养（2012-2015）；后继续在UCSD从事博士后以及助理项目科学家研究工作（2015-2020），导师为Peter Yingxiao Wang教授和Shu Chien教授（美国四院院士及2009年美国国家科学奖获得者）。目前课题组团队获得国家自然科学基金项目、广东省重点人才计划青年拔尖人才等项目支持。发表论文30余篇，其中第一、并列第一及通讯作者论文发表在Nat Commun, PNAS、CELL CHEM BIOL （Cell子刊）、CURR OPIN SOLID ST M、J MOL BIOL等杂志上。申请中国专利6项，美国专利2项。

深圳湾实验室系统与物理生物学研究所特聘研究员彭琴博士主要从事染色质活细胞成像及基因表达调控机制的研究，开发针对肿瘤等疾病相关的表观遗传修饰引起的发病机制、诊断检测和治疗的成像工具，结合深圳湾实验室多学科交叉的优势，从肿瘤的表观遗传调控机理和治疗等方面共同推进研究工作。

课题组具体研究方向为：（1）开发活细胞表观遗传修饰与染色质的新型四维（4D）标记系统；（2）研究染色质相分离机制以及开发基于相分离的分子互作成像系统；（3）研究生物力学等理化信息和能量经表观分子互作的基因表达调控规律。

课题组风采展示：http://pengqin.szbl.ac.cn/

对探索生命科学真谛的信念与坚持，贯穿着彭琴多年来的求学与科研之路。无论是远赴大洋彼岸、执着追寻的八年，还是坚定归国之路、锐意进取的当下，她始终怀揣儿时对科学未知的好奇，沉浸于显微镜中五彩斑斓的荧光世界。通过探寻基因环境改变对于基因表达乃至细胞功能的影响，彭琴希望她的研究可以为重大疾病的临床诊断和治疗提供新思路与新靶点。如她所说，科学家最重要的责任是“科技兴国，造福于民”。

初心不改笃行致远

“‘知止而后有定，定而后能静，静而后能安，安而后能虑，虑而后能得’，这是我求学与工作中自始至终遵循的准则。”15年前，彭琴进入重庆大学2006级生物工程专业就读，那一届是该专业有且仅有的一届本硕博八年连读学制。“选择蓬勃发展的生命科学，且坚定不渝地读到博士才罢休，是我的目标与初心。”

从大三开始，彭琴幸运地加入了公认学术高要求的王远亮教授课题组，并在学习中牢记王老师的12字教诲——“自觉、自省、自悟、自立、自胜、自强”。经过刻苦钻研，彭琴开发了一种能有效模拟成骨细胞在体应变规律的新型力学加载模型系统，且基于此模型阐释了应变、力生长因子（Mechano growth factor, MGF）和增殖之间的相关性，以及力刺激下成骨细胞MGF受体的核定位特征，并因该工作获得了重庆大学优秀毕业设计的荣誉。那时的彭琴并未想到，她会远赴海外，开启一段对其学术生涯影响深远的求学之旅。

潜心投入，坚定选择

作为一份机缘巧合的“意外”收获，在导师的支持下，彭琴入选国家留学基金委联合培养博士项目，并于2012年进入美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）的王英晓教授课题组（2013年搬迁到加州大学圣地亚哥分校UCSD）深入开展博士课题研究，通过整合前沿成像技术来考察生物力学和力学生物学分子调控机制。

彭琴的博士论文工作（2012-2015）主要是开发了新的组蛋白H3K9me3和H3S10ph荧光共振能量转移（Fluorescence resonance energy transfer, FRET）生物传感器，首次在同一个活细胞中实时监测到两种组蛋白修饰的精细互作过程，并巧妙地运用工程算法和分子动力学分析，建立了两种组蛋白修饰动态互作的精准数学模型，阐明了在有丝分裂开始时H3S10ph对H3K9me3去甲基化和染色质正确重塑的调控机制。此研究结果有助于人们更加深入理解生命体中染色质结构与基因功能之间的互作及动力学和能量调控。

除此之外，彭琴还开发了一种基于定向进化技术（Directed Evolution）的高通量筛选方法，采用酵母表面的表达系统来筛选对组蛋白甲基化和乙酰化具有高特异性和高亲和力的单体（如H3K4me3、H3K79me2、H3K9ac等），并将其应用于更多FRET生物传感器的构建。该通用平台不仅可检测活细胞内各种组蛋白修饰，而且可作为分子动力学和分子作用力研究的新策略和新手段。

博士毕业后彭琴继续在UCSD王英晓教授和钱煦教授的指导下开展博士后研究工作（2015-2017），并晋升为助理项目科学家（2017-2020），主要的研究课题是耦合基因编辑与荧光标记技术实时检测特定基因位点上的组蛋白修饰，并基于该光-力可视化分子动力学来研究染色质液-液相分离（Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS）与基因转录过程的时空关系，进一步揭示基因表达和细胞功能的调控关系，阐释生理病理奥秘。

“异国他乡求学工作的八年，于我是一笔宝贵的人生财富。”彭琴说，王英晓教授对科学的激情、敏锐与执着深深地感染了她；有幸一次又一次亲耳聆听钱煦先生的教诲，无论何时何地都不忘钱先生“全心热爱（Compassion）、决心投入（Commitment）、用心理解（Comprehension）、精心创新（Creativity）、同心合作（Cooperation）、推心沟通（Communication）、尽心完成（Consummation）”的“7C准则”并努力践行，让她一步步坚定了自己的目标和选择。

回归祖国，全心热爱

2020年9月30日，彭琴加入了充满创新活力的深圳湾实验室，主要研究方向是基于FRET探针的染色质活细胞成像及基因表达调控机制的研究。有越来越多的研究表明，在肿瘤和心脑血管病等重大疾病发生过程中，基因表达异常是细胞增殖、细胞命运转变等过程的共性基础科学问题。而基因表达调控主要受染色质结构改变和基因启动子区域的表观修饰调控。而彭琴多年来⼀直从事细胞分子、细胞工程、活细胞影像、合成生物学以及生物力学等技术开发以及它们对表观遗传学修饰的检测及其应用，并长期投入四维单分子单细胞的表观遗传修饰成像工具开发，已经构建了表观遗传学修饰FRET成像和筛选的新方法，使其精确度全面提升；已经成功构建多个表观遗传学单个活细胞检测的探针，在构建FRET的各种类型探针以及酵母及哺乳动物筛选方面有非常高的造诣；近期还开发了能同时实现活细胞内单个基因位点的示踪标记和操控的生物分子探针（Simultaneous Imaging and Manipulation with Biomolecular Assemblies，SIMBA) 系统。在国际SCI学术顶级期刊，如Nat Commun、PNAS、Science Advances、Cell Chemical Biology等杂志发表多篇论文。

“结合深圳湾实验室多学科交叉融合的优势，未来我的目标是开发表观遗传修饰的诊疗成像工具（争取能应用到临床诊断），以重大问题为导向，阐明肿瘤等重大疾病的力学-生物学微环境变化规律及致病机制，从表观遗传调控机理和诊疗等方面共同推进研究工作。”彭琴表示，她坚信，在深圳湾实验室有德高望重的实力派前辈引导，有自由探索与联合攻关相结合的发展策略，有切实以科学家为中心的科研管理和服务体系，一定能不断开拓创新，做出国际一流的科研成果，为全方位、全周期生命健康保障宏图做贡献。

（受访者供图）

编辑黄力雯审读刘春生二审周梦璇三审张必洋