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张实验室旨在建立与结构和活动连接的人类基因组测序的全球框架,并使基因组结构和功能的定量和预测建模。

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张斌

化学系助理教授

研究领域

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了解基因组的功能是21世纪的宏伟的科学挑战之一。这种挑战不仅在于基因组的组织结构和空间的复杂性,从许多不同的组件的协调行动产生的,而且在基因组组织的动态复杂性,涵盖的是发生在不同时间尺度的过程,从纳秒到小时,以精美的调节基因的功能。通过开发新的理论和计算方法,张实验室旨在建立与结构和活动连接的人类基因组测序的全球框架,并使基因组结构和功能的定量和预测建模。

基因组结构和动力学信息理论研究

的方式类似的催化活性时蛋白质变性丢失,基因组的功能似乎紧密地耦合到它的三维组织,基本上保持一个谜。我们正在开发与严格的统计力学基础,计算方法仅使用序列信息,使基因组组织的预测模型。这些方法将数据驱动,将通过大量的通过上大型项目,产生了人类基因组有价值的信息挖掘,如人类基因组计划和DNA元件项目的百科全书。这些实验探讨在其天然环境中的基因组结构的模型,可以有效地利用“大数据”将提供基因组的更详细,更逼真的3D表示。基因组的三维结构的预测模型,就会发现它的基本组织原则,并提出新的方法来干扰工程的新功能基因组中。

染色质纤维的多尺度建模

我们可以预测基因组结构从头,即从物理化学原理出发,不使用实验数据?两个方面的挑战出现了基因组组织的第一原则建模:1)大型系统的规模和分子玩家复杂放置在计算效率和模型的化学精度高的需求; ii)所述基因组组织不是严格的热力学控制下,许多非平衡的活动进程机动染色体中。我们正在建设先进的计算模型,以应对这些挑战,准确地描述蛋白质和蛋白质-DNA相互作用发生在微米长度尺度,以及从纳秒的分子运动,以秒为单位的酶促反应跨越几个动态过程。

与基因调控基因组耦合结构动力学

的结构和基因组的动力学需要在其活性充分领略基因组折叠的驱动力的情况下进行调查。如对于蛋白质,基因组的功能是紧密结合与它的结构,即,三维组织。一个突出的实例是当一个染色体折叠,形成该环带来增强子和启动子位于远离彼此线性序列(〜1 MB)更靠近在一起空间基因调控。在较短的长度尺度(〜10 KB),这两种形式的染色质,常染色质和异染色质构象动力学,也能起到基因调节作用。我们正在开发新的理论方法来整合基因组的结构和动力学到基因网络模型,并阐明细胞分化和命运的决心表观遗传修饰和转录因子调控的相互作用。