唐淳——生物大分子核磁技术专家唐淳——中国科学院武汉物理与数学研究所研究员

科学研究：

研究方向：

主要从事生物大分子核磁的新技术新方法的研究。

承担科研项目情况：

1． 国家自然科学基金面上项目：建立解析天然无折叠蛋白的系棕构想的核磁新方法，主持。

2． 中国科学院知识创新工程重要方向项目：NMDA受体瞬态结构的研究，主持。

3． 国际基金组织人类前沿科学计划（HFSP）：味觉受体蛋白对小分子识别的结构和功能研究，主持。

4． 国家自然科学基金面上项目：瘦素蛋白的溶液构象及功能研究，主持。

5． 美国Howard Hughes Medical Institute（HHMI）International Early Career Scientist （IECS）国际青年学者项目，主持。

6． 国家重点基础研究发展计划：蛋白质动态学研究的新技术新方法，主持。

7． 国家自然科学基金杰出青年项目：生物大分子核磁共振，主持。

科研成果：

1． 发展了顺磁核磁技术并对生物大分子进行溶液动力学的表征。

2． 发现了艾滋病毒蛋白酶前体激活的物理机制。

3． 发展了用于研究蛋白质溶液动力学的顺磁弛豫增强（PRE）方法。

论文专著：

发表学术论文30余篇，其中第一作者论文10篇（3篇于Nature）。

出版专著：

资料更新中……

发表英文论文：

1. Baldisseri DM, Rustandi RR, Zhang ZS, Tang C, Bair CL, Landar A, Zimmer D B, Weber DJ. (1999) Letter to the Editor: H-1, C-13 and N-15 NMR sequence-specific resonance assignments for rat apo-S100A1 (alpha). J. Biomol. NMR 14: 91-92.

2. Gu T, Tang C, Xu ZD. (1999) Two methods to synthesize C-60 nitroxide derivatives. Fullerene Science and Technology 7: 297-303.

3. Gu T, Tang C, Xu ZD. (1999) Synthesis of C-60 nitroxide derivatives. Chinese Chemical Letters 10: 95-96.

4. Lin J, Blake M, Tang C, Zimmer D, Rustandi RR, Weber DJ, Carrier F. (2001) Inhibition of p53 transcriptional activity by the S100B calcium-binding protein. J. Biol. Chem. 276: 35037-35041.

5. Tang C, Ndassa Y, Summers MF. (2002) Structure of N-terminal 283-residue fragment of the HIV-1 Gag protein. Nat. Struct. Biol. 9: 537-543.

6. Gatanaga H, Suzuki Y, Tsang H, Yoshimura K, Kavlick M F, Nagashima K, Gorelick RJ, Mardy S, Tang C, Summers MF, Mitsuya H. (2002) Amino acid substitutions in Gag protein at non-cleavage sites are indispensable for the development of a high multitude of HIV-1 resistance against protease inhibitors. J. Biol. Chem. 277: 5952-5961.

7. Tang C, Loeliger E, Kinde I, Kyere S, Mayo K, Barklis E, Sun Y, Huang M, Summers MF. (2003) Antiviral inhibition of the HIV-1 capsid protein. J. Mol. Biol. 327: 1013-1020.

8. Tang C, Loeliger E, Luncsford P, Kinde I, Beckett D, Summers MF. (2004) Entropic switch regulates myristate exposure in the HIV-1 matrix protein. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101: 517-522.

9. Tang C, Iwahara J, Clore GM. (2005) Accurate determination of Leucine and Valine side-chain conformation using U-[15N/13C/2H]/[1H-(methine/methyl)-Leu/Val] isotope labeling, NOE pattern recognition, and methine Cγ-Hγ/Cβ-Hβ residual dipolar couplings: Application to the 34kDa enzyme IIA(Chitobiose). J. Biomol. NMR 33: 105-121.

10. Suh JY, Tang C, Cai M, Clore GM. (2005) Visualization of the phosphorylated active site loop of the cytoplasmic B domain of the mannitol transporter II(Mannitol) of the Escherichia coli phosphotransferase system by NMR spectroscopy and residual dipolar couplings. J. Mol. Biol. 353: 1029-1036.

11. Tang C, Williams DC, Ghirlando R, Clore GM. (2005) Solution structure of enzyme IIA(Chitobiose) from the N, N'-diacetylchitobiose branch of the Escherichia coli phosphotransferase system. J. Biol. Chem. 280: 11770-11780.

12. Tang C, Clore GM. (2006) A simple and reliable approach to docking protein-protein complexes from very sparse NOE-derived intermolecular distance restraints. J. Biomol. NMR 36: 37-44.

13. Tang C, Iwahara J, Clore GM. (2006) Visualization of transient encounter complexes in protein-protein association. Nature 444: 383-386.

14. Suh JY, Tang C, Clore GM. (2007) Role of electrostatic interactions in transient encounter complexes in protein-protein association investigated by paramagnetic relaxation enhancement. J. Am. Chem. Soc. 129:12954-12955.

15. Kelly BN, Kyere S, Kinde I, Tang C, Howard BR, Robinson H, Sundquist WI, Summers MF, Hill CP. (2007) Structure of the antiviral assembly inhibitor CAP-1 complex with the HIV-1 CA protein. J. Mol. Biol. 373:355-366.

16. Iwahara J,Tang C, Clore GM. (2007) Practical aspects of 1H transverse paramagnetic relaxation enhancement measurements on macromolecules. J. Mag. Reson. 184: 185-195.

17. Clore GM, Tang C, Iwahara J. (2007) Elucidating transient macromolecular interactions using paramagnetic relaxation enhancement. Curr. Opin. Struct. Biol. 17:603-616.

18. Tang C, Schwieters C, Clore GM. (2007) Open-to-closed transition in apo maltosebinding protein observed by paramagnetic NMR. Nature 449:1078-1082.

19. Kim YC, Tang C, Clore GM, Hummer G. (2008) Replica exchange simulations of transient encounter complexes in protein-protein association. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105:12855-12860.

20. Tang C, Ghirlando R, Clore GM. (2008) Visualization of transient ultra-weak protein self-association in solution using paramagnetic relaxation enhancement. J. Am. Chem. Soc. 130:4048-4056.

21. Tang C, Louis JM, Anita A, Suh JY, Clore GM. (2008) Visualizing transient events in N-terminal auto-processing of HIV-1 protease. Nature 455:693-696.

22. Yu D, Volkov AN, Tang C. (2009) Characterizing dynamic protein-protein interactions using differentially scaled paramagnetic relaxation enhancement. J. Am. Chem. Soc. 131:17291-17297.

23. Rathinavelan T, Tang C, De Guzman RN. (2011) Characterization of the interaction between the Salmonella type III secretion system tip protein SipD and the needle protein PrgI by paramagnetic relaxation enhancement. J. Biol. Chem. 286: 4922-4930.

24. Liu Z, Tang C. (2011) Paramagnetic Relaxation Enhancement -A tool for Visualizing Transient Protein Structures. Chin. J. Mag. Reson. 28: 301-316.

25. Liu Z, Zhang WP, Xing Q, Ren XF, Liu ML, Tang C. (2012) Noncovalent Dimerization of Ubiquitin. Angew. Chem. 51:469-472.

26. Wang Y, Tang C, Wang EK, Wang J. (2012) Exploration of Multi-State Conformational Dynamics and Underlying Global Functional Landscape of Maltose Binding Protein. Plos Comput. Biol. 8:e1002471.

发表中文论文：

1 运用PRE NMR技术表征蛋白质动态组学 唐淳 中国科学院武汉物理与数学研究所; 波谱与原子分子物理国家重点实验室; 美国霍华德休斯医学研究所 【中国会议】第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集 2012-10-24

2 刚性探针标记的顺磁弛豫增强用于蛋白质精细动态学的研究 刘主; 张子微; 唐淳 中国科学院武汉物理与数学研究所; 波谱与原子分子国家重点实验室武汉磁共振中心 【中国会议】第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集 2012-10-24

3 人类艾滋病病毒(HIV-1)的组装机制 邢琼; 唐淳 中国科学院武汉物理与数学研究所; 波谱与原子分子国家重点实验室武汉磁共振中心 【中国会议】第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集 2012-10-24

4 以顺磁弛豫增强核磁新技术对蛋白质溶液动力学的研究 余冬梅; Alex Volkov; 秦裴武; 唐淳 中科院武汉物理数学所波谱与原子分子国家重点实验室 【中国会议】第十六届全国波谱学学术会议论文摘要集 2010-11-24

5 重组人尼克酰胺磷酸核糖转移酶及其活性位点突变体蛋白的制备及体外酶活性检测 王峰; 黄鹏; 刘主; 卢韵碧; 魏尔清; 张纬萍; 唐淳 浙江大学医学院药理学系; 中科院武汉物理与数学研究所 【期刊】浙江大学学报(医学版) 2011-03-25

6 顺磁弛豫增强技术与蛋白质瞬态结构 刘主; 唐淳 波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉磁共振中心（中国科学院武汉物理与数学研究所） 【期刊】波谱学杂志 2011-09-05

荣誉奖励：

1． 2009年入选中国科学院“百人计划”。

2． 2011年获国际组织人类前沿科学计划（HFSP）资助。

3． 2011年受湖北省政府专项津贴。

4． 2012年获“王天眷波谱学”奖。

5． 2012年获国家杰出青年科学基金。

6． 2012年获霍华德休斯医学研究所（HHMI）国际青年科学家奖。

资料更新中……

媒体报道：

唐淳：刺探跃动的生命

 

唐淳：中科院武汉物理与数学研究所博士生导师。1998年获浙江大学生物学学士，2003年获美国马里兰大学生物化学博士，2003至2007年在美国国立医学中心糖尿病、消化及肾脏疾病国家研究院从事博士后研究，2008年至2009年在美国密苏里大学生物化学系任终身制助理教授，2009年12月入选中科院“引进海外杰出学者计划（百人计划）”回国。

主要研究方向为溶液核磁共振、生物物理和结构生物学，多年从事生物大分子核磁的新方法及应用研究，建立和发展了顺磁核磁技术并对生物大分子进行溶液动力学的表征。

时尚的针织帽、红色的中式坎肩，36岁的唐淳着满身“龙”字迎接着自己的本命年。这一身“潮男”装扮走在街上，任谁也想象不到，他是一位埋首生物学研究的科学家，而且是青年科学家中的佼佼者。2011年3月，他获得国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助，成为中国内地第三位获此殊荣者；今年1月，他又荣获“霍华德•休斯首届国际青年科学家奖”。　　

解析蛋白质动态结构

“像在看她们跳舞”

生在苏州，学在杭州，唐淳从小生活在风景如画的人间天堂。不过，唐淳认为，让他受益最深的是当地崇文重教的文化传统。在这种氛围熏陶下，唐淳从小对学习和研究抱有浓厚的兴趣。1994年进入浙江大学时，唐淳学的是生物，但他对化学也非常感兴趣。1998年本科毕业后，他到美国马里兰大学攻读博士学位，选的就是生物化学专业。

提起“生化”，人们可能会想到“生化武器”，但唐淳的研究方向，其实是与治疗疾病相关的。博士在读期间，他重要的研究对象，就是人们“谈虎色变”的艾滋病毒（HIV）。如何去解析艾滋病蛋白质的溶液结构，探索艾滋病毒的生长成熟机制？此时，唐淳开始掌握一门重要的武器——核磁共振技术。“和一般研究方法不同的是，我们用核磁共振技术可以分析蛋白质在溶液里的动态结构，而不是静态结构。生命本身就是运动的，在溶液状态，我们能更接近蛋白质自然的生命状态。”唐淳说。

唐淳打开电脑，演示了几个蛋白质的跃动状态。“这些动画其实都是电脑重构的，这些并不能通过显微镜用肉眼看到，只能靠我们的技术手段，发现它们在时间、空间中的三维结构和运动轨迹，再进行重构。”唐淳说。生物大分子都是由氨基酸、核苷酸等组成的有机高分子；多个生物大分子由非共价相互作用则可进一步形成复合体。生物大分子和它们的复合体中每一个原子的空间位置，使得生物大分子呈现一定的空间形状，即三维结构。而发现蛋白质的分子结构，定位其中各个原子的存在方位，判定运动轨迹，唐淳说：“像在看她们跳舞”。

正是通过溶液核磁共振技术，唐淳发现艾滋病毒为什么在不成熟状态下是球形，而成熟状态下是锥形，艾滋病毒从不成熟发展到成熟状态，与一种衣壳蛋白的结构变化密切相关。“顺藤摸瓜”似的，唐淳发现了一种能够抑制艾滋病毒成熟的小分子化合物，并在美国申请专利。利用这种小分子化合物，制药企业有望研发出治疗艾滋病的新药。

发展核磁共振技术

热衷于新方法研究

尽管在艾滋病毒研究方面取得了进展，但唐淳觉得：“我的兴趣在新方法研究，做一个制造工具的人”。2003至2007年在美国国立医学中心糖尿病、消化及肾脏疾病国家研究院从事博士后研究时，唐淳就将自己的研究重心转向了核磁共振新方法。他建立和发展了多种核磁共振新方法，特别是独辟蹊径，发展了用于研究蛋白质溶液动力学的顺磁弛豫增强（PRE）方法。“在核磁共振中一旦有顺磁物质，会导致研究对象的波谱信号变弱，所以一般的研究中要尽量避免顺磁的干扰。我却在蛋白质的特定点位上特意加入顺磁探针，根据波谱信号变弱的程度来计算大分子各个部位与探针之间的位置变化，从而了解蛋白质的结构的动态变化。”唐淳说。

利用这一新方法，他得到了一系列重要发现，包括发现了艾滋病毒蛋白酶前体激活的物理机制等等。2006年、2007年、2008年，他的研究结果连续发表于Nature等重要学术杂志上。

2008年，唐淳从60多位来自世界各地的核磁共振专家中脱颖而出，应聘成为美国密苏里大学生物化学系终身制（Tenure—Track）助理教授，开始了独立研究之旅。此后，唐淳进一步发展了顺磁弛豫增强（PRE）技术，提出了差比顺磁核磁（DISPRE）技术，这一新方法利用两种不同的顺磁探针提供的PRE观察量的比例关系，来同时得到生物大分子动力学变化的空间和时间尺度。目前，他所发展的顺磁核磁共振方法已经被学术界广泛采用，成为国内外相关核磁共振学习班的必修内容之一。

我喜欢自由探索

那才是创新的源头

在美国学习、研究10余年，获得了终身制的教职，买了房，定了居，唐淳实现了所谓的“美国梦”。但一场“万里一线牵”的爱情让他改变了自己的“运动轨迹”,把他“牵”回了祖国。2009年底，唐淳通过中国科学院“引进海外杰出学者（百人计划）”全职应聘至中科院武汉物理与数学研究所工作。“房子低价卖了，现在我连美国绿卡都打算放弃。”唐淳笑着说。

在唐淳的办公室，记者正巧碰见了他的夫人，浙江大学副教授张纬萍，一位聪明、漂亮和开朗的知性女子。

“我2008年到他的大学做短期访问学者。在一位老教授家举行的圣诞PARTY上，我们初次见面。我是研究药理学的，他是研究生物化学的，学科上还是有许多交叉点的，聊着聊着，慢慢就熟悉了。”张纬萍说。旁人听不懂的专业话题，却成了唐淳与张纬萍之间剪不断的“红线”。张纬萍回国后，俩人通过“网恋”继续保持联系。2009年12月，唐淳正式回国。2010年1月，唐淳和张纬萍喜结连理。

为什么不选择妻子所在地浙江的研究机构，而是选择武汉呢？“这里有波谱与原子分子物理国家重点实验室，有国内最好的核磁共振设备。另外，在物数所，我随时可以同物理学家讨论，做原创性的方法研究。”唐淳说。“他呀，也没到别的地方多跑跑，多比比，一下子就选了这里。”张纬萍打趣道。“这就像选老婆一样，只要看对眼，一个就行了。”唐淳笑笑说。

由于唐淳的研究领域在国内国际都属于前沿学科，回到中国，唐淳的研究更没有任何条条框框，整个科研团队，都是由唐淳一手建立。“我喜欢自由探索，我认为，那才是创新的源头。”

2011年3月，唐淳获得了国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助，成为中国内地第三位获此殊荣者。他与合作者的项目“气味受体蛋白对小分子识别的结构和功能研究”总分排名第四，项目资助35万美元/年，共3年。

之后，唐淳又申请了霍华德•休斯医学研究所（HHMI）国际青年科学家，竞争十分激烈。760名申请者，只有55人有资格参加答辩，全球只有28人最终入选，中国只有7人入选。入选者可以得到“国际青年科学家”的称号和资助，自由做自己感兴趣的课题，知识产权归原单位和国家。唐淳获得了65万美元的研究资助。

“虽然申请这个基金也要报项目，但他们对项目研究本身没有非常硬性的要求，主要看研究者的‘潜力’，决定是否给予资助，最后看研究者的发展情况，决定是否继续资助。”唐淳说。这和喜欢“自由探索”的唐淳非常对脾气。

“参加答辩时，评委有3个是诺贝尔奖得主，一点都不能马虎。”唐淳说。他点开自己和一位科学家的合影，“瞧！这是其中之一，2003年诺贝尔化学奖得主Roderick Mackinnon（罗德里克•麦金农），今年才55岁，是我的偶像。成为HHMI研究员后，我会有很多机会和这些大科学家学习交流！”唐淳充满期待地说。

在科学海洋里自由遨游的唐淳，正向着自己的“偶像”迈进。

 

文章来源：《人民日报》2012-02-06

 

媒体报道：

“潮人”科学家唐淳：解密蛋白之舞

 

一顶户外抓绒帽，一件极具中国风的红色绸缎背心……初识唐淳，很难把他和一位从事基础研究的科学家联系在一起。

 

对于记者的来访，36岁的唐淳稍显腼腆。当被同行的女记者称为“潮人”时，他笑着解释：“这件红色背心是为了迎接本命年，特意从苏州老家带过来的。”

 

就在不久前，他和国内6位科学家一起入选首届霍华德•休斯医学研究所（HHMI）国际青年科学家。

 

“HHMI是全球规模最大的非营利性医学研究所，那里云集了数百位美国科学院院士和数十位诺贝尔奖得主。”唐淳告诉记者，获奖以后将有很多和“大牛们”面对面交流的机会。

 

依靠中科院武汉物理与数学研究所一流的波谱学团队和研究平台，唐淳致力于发展生物核磁的方法来解析蛋白质的动态结构。在他的电脑里，有不少重构的蛋白质动态图像，唐淳幽默地称之为“蛋白之舞”。

 

让蛋白质动起来

 

唐淳出生在美丽的苏州。在他儿时的记忆里，苏州不仅有瑰丽的园林艺术，还有着同样悠久的学术传统。家乡的山水人文赋予了唐淳特有的灵气和执著。

 

在浙江大学攻读生物学专业时，唐淳就对化学有着浓厚的兴趣。到了美国马里兰大学，唐淳开始接触现代核磁共振技术，并用它来解析生物结构。

 

“我觉得这是一件非常酷的事情！”唐淳介绍说，蛋白质是一切生命活动的执行者，然而作为生命在分子层次的体现，人们却很难观察和记录它们的运动轨迹。

 

为攻克这一难题，唐淳通过反向思维，建立和发展了一种核磁新技术——顺磁核磁弛豫增强。“传统观点认为，在核磁共振研究中，应尽量避免顺磁物质对波谱信号的干扰，而我们正是利用这一点，通过加入顺磁探针，根据波谱信号变弱的程度来解析和重构蛋白质的动态结构变化。”唐淳说。

 

此外，唐淳发现了一种能够结合到艾滋病病毒衣壳蛋白上的化合物，可以抑制病毒的装配和成熟。他还进一步确定了该化合物的结合位点，并获得了国际和美国专利。这一突破使得相关企业有望研究出新型抗艾滋病病毒药物。

 

这些在唐淳眼里很酷的研究，却让我们难以看懂。唐淳解释说：“现在很多人都在做蛋白质结构，而我的工作则是‘让蛋白动起来’，还原蛋白的运动轨迹。”

 

回国才有归属感

 

在唐淳的办公室，我们见到了一位漂亮的女士。唐淳向记者介绍：“浙江大学副教授张纬萍，我的妻子兼助手。”

 

张纬萍的研究领域是药理学，和唐淳在学术上有很多交叉，这使得他们虽分居两地，但却有着共同的话题和兴趣。

 

2009年，唐淳毅然放弃美国的高薪教职，以中国科学院“百人计划”的身份，到中国科学院武汉物理与数学研究所工作。对他而言，终身制教授、绿卡、房子这些所谓“美国梦”的东西都不重要。“回到国内才真正有了归属感。”唐淳说。

 

回国后，唐淳迅速组建了自己的研究小组，陆续得到了中国科学院知识创新工程重要方向项目、国家自然科学基金委面上项目的支持。

 

虽然事业不断上升，但在唐淳内心，对于分居两地的妻子却总怀有一丝歉意。他笑着安慰妻子：“距离产生美感。”

 

对于丈夫的选择，张纬萍多少有些无奈：“很多人回国都会先去北京、上海寻找机会，他不同，直接就签约了武汉物理与数学研究所。”

 

“这里有我最需要的平台和氛围，这就跟选老婆一样，认准了就行了。”唐淳笑着说。

 

文章来源：《中国科学报》 2012-02-09