环境及细胞内多种因素都会引起DNA损伤并导致基因组不稳定。DNA损伤应答整合多种细胞调控过程，对维持基因组的稳定性和整体性都是至关重要的。在真核生物中，不同的DNA损伤引起应答蛋白的激活，这些蛋白主要包括一些超大分子量的蛋白激酶，如DNA-PKcs，ATM，ATR，以及Fanconi Anaemia复合物。这些蛋白进一步激活DNA修复，细胞周期阻滞，细胞凋亡，衰老等多个信号通路。DNA修复的过程发生在损伤位点附近的染色质区域，其过程非常复杂。这一过程的异常伴随多种肿瘤发生，因此相关蛋白也是重要/潜在的药物靶点。我们希望在生化和结构的层面去深入理解这些基本生命过程的分子机制。

DNA依赖的蛋白激酶复合物（DNA-PK）在非同源末端连接（NHEJ）发挥着重要作用，是DNA损伤修复的关键蛋白复合物。利用冷冻电镜单颗粒重构方法，解析了6.6埃分辨率的复合物结构，阐明了DNA-PK复合物组装，活性调控和DNA末端保护的分子机制 (Cell Research, 2017)。DNA-PK复合物含有四个组分，既催化亚基DNA-PKcs，DNA结合蛋白KU70和KU80，以及DNA，组成为660KDa的全酶复合物。通过结构和生化水平的分析，我们发现KU70/80可以诱导DNA-PKcs发生构象变化，使得酶活性区域的“口袋”张开，极大增强其激酶活性。KU80与DNA-PKcs通过形成一个类似“门栓”的结构保护DNA末端，使其不能够被其他蛋白酶降解。
国际同行评价：Highlight in Cell Researcch, F1000

ATR与mTOR，DNA-PKcs同属PIKK蛋白激酶家族，是DNA损伤检查点的关键激酶蛋白，传递损伤信号至效应器的核心蛋白启动修复。因此ATR是抗癌药物设计的重要靶标。我们与清华大学王宏伟、王佳伟课题组合作，成功解析了人源DNA损伤检查点核心激酶复合物ATR-ATRIP整体分辨率为4.7 Å，催化核心分辨率为3.9 Å的冷冻电镜结构，并构建了催化核心的原子模型，为ATR-ATRIP复合物的组装和发挥功能的分子机制提供了重要的结构信息 (Cell Research, 2018)。该研究成果阐释了ATR-ATRIP的组装方式与ATR的催化反应的分子机制，发现复合物中ATR形成非对称的二体，其柔性很可能与其功能调控密切相关。根据结构信息搭建的ATR与其异性小分子抑制剂VX-970的模型，为酶活性抑制机理提供了理论依据，为未来抗癌药物设计提供了结构基础。结构分析表明ATR呈现开放的催化中心，不存在抑制结构元件阻挡底物进入催化中心，既底物可以自由进出催化中心并发生磷酸化反应。

ATM（ataxia telangiectasia-mutated）是DNA损伤修复过程中的关键的蛋白激酶，可以参与激活细胞周期、DNA损伤修复、转录调节、免疫应答、中枢神经系统发育和代谢的下游通路。人体中 ATM蛋白活性的缺失会导致多效性神经退行性疾病：共济失调毛细血管扩张症（AT），从而引发免疫系统缺陷，癌症易感易发，早衰和胰岛素抵抗型糖尿病。ATM的功能研究已经有20余年，但目前对其激活机制依旧存在很大争议，阻碍了对DNA损伤修复机制的充分理解。我们利用蛋白纯化技术成功分离出单体和二聚状态的ATM蛋白，通过结构和生化水平的分析，发现ATM二聚体在DNA双链断裂损伤后转化为单体状态，使催化位点的自抑制被解除，活性区域的“口袋”张开，从而转化为具有高激酶活性的激活状态。此外，该项研究还发现DNA末端可以强烈地激活ATM的活性，表明ATM的激活是由蛋白构象变化和DNA损伤末端共同调节的。上述研究为更好地理解DNA损伤修复机制提供了一定的基础 (Cell Research, 2019)。