报告题目：Mechanistic Study of Biomolecular Phase Separation and Protein Allostery
报告人：刘壮 博士后 普林斯顿大学化学系
主持人（邀请人）：张立军教授
报告时间：2026年7月23日 16:00-17:00
报告地点：中心校区唐敖庆楼D429会议室
主办单位：汽车材料教育部重点实验室 海角社区
摘要：协同效应是贯穿不同尺度生命现象的核心。深入理解蛋白质变构（分子内协同）与相变（分子间协同），对揭示生命调控机制及指导相关材料设计至关重要。针对蛋白质复杂的多重相互作用难题，报告人的研究结合高通量实验、分子模拟、机器学习与统计力学模型，系统探究了上述多尺度协同现象的物理机制。本次报告将主要介绍我们近期在理解和预测多组分天然无序蛋白相变方面的工作（arXiv:2603.08300），并将简略介绍在蛋白质变构等其他领域的一些研究成果。具体内容如下：
蛋白质相变：近年来研究发现，除传统有膜细胞器外，细胞还可通过液-液相分离形成富集蛋白质和核酸的凝聚体，称为无膜细胞器。它们广泛参与基因转录、RNA代谢、信号传导等关键生命过程，具有高度动态性与可逆性。然而，对于细胞如何实现对凝聚体形成的时空调控，及对其在复杂细胞环境中的准确组分调控仍缺乏理解。为此，我们结合蒙特卡洛模拟与平均场理论，构建了“细胞生物膜与表面蛋白质间复合相变诱导凝聚体形成”的理论模型，揭示了生物膜对蛋白质凝聚体形成的高选择性与高灵敏时空调控的机制；结合高通量分子动力学模拟，机器学习方法与热力学理论，构建了可定量准确预测多组分天然无序蛋白溶液相图的模型，解析了控制天然无序蛋白间相互作用的低维分子特征空间，为理解生物分子凝聚体的组分选择性以及广泛破解复杂蛋白功能在相应氨基酸序列中的编码规律奠定了理论基础。
蛋白质变构：变构是蛋白质功能的一种核心调控机制，被誉为“生命的第二秘密”。近年来，随着高通量实验数据的涌现，对蛋白质变构这种远程调控现象物理机制的传统理解受到了严峻挑战。近期，我们针对几种同源转录因子开展的深度突变扫描实验表明，变构热点在蛋白质结构内呈广泛分布状态。这一核心发现打破了以往领域内关于“变构热点仅集中于特定信号传导通路”的普遍假设。为此，我们结合机器学习方法与统计力学模型，实现了对新的蛋白中变构热点的准确预测，和对 TetR 蛋白变构突变效应的多种活体实验数据的定量解析，为理解“失活-救援“突变及变构热点在蛋白中的广泛分布提供了直观的物理图像和定量准确的物理模型。
报告人简介：Dr. Zhuang Liu completed his bachelor’s degree in chemistry at Peking University in 2014. He then obtained a PhD in chemical engineering from UCLA in 2018, and a PhD in physics from Boston University in 2024. From April 2024 to April 2026, he conducted postdoctoral research in the Department of Chemistry at Princeton University.
Dr. Liu's recent research focuses on the mechanistic study of protein allostery and biomolecular phase separation, integrating high-throughput experimental data, molecular simulations, machine learning methods, and physical models. His related research findings have been published in prominent journals such as PNAS and eLife, and won the “2021 Machine Learning in the Chemical Sciences and Engineering Award" from the Camille and Henry Dreyfus Foundation. Dr. Liu has successfully applied for a U.S. National Science Foundation (NSF) grant as a core team member in 2024, and has in recent years delivered multiple oral presentations at major conferences, including the American Biophysical Society (BPS) Annual Meeting and the American Physical Society (APS) Global Physics Summit. He will join the department of Materials Science and Engineering at Peking University as an assistant professor in September 2026.
