周雷于2020年10月回国全职加入深圳湾实验室分子生理学研究所，目前已建立包含博后、博士生、硕士毕业生和本科毕业生的科研团队。主要研究方向包括离子通道生物物理学，神经生理学，生物化学和计算化学。曾主持或参与多项NIH、美国心脏协会、美国国家超级计算应用中心课题，目前主持一项国自然面上项目。广东省珠江人才计划领军人才,深圳市鹏城孔雀计划B类。在相关研究领域发表了6篇第一作者、16篇通讯作者、2篇第一/通讯作者的共41篇文章。
电子邮箱
zhoulei@szbl.ac.cn
个人经历
教育经历
1988.09 – 1992.07 南开大学物理系生物物理专业，本科
1992.09 – 1994.10 中国医学科学院协和医科大学肿瘤研究所核医学专业，硕士专业学习
1994.10 - 2000.07 美国威斯康星大学麦迪逊分校医学院生理学专业，博士
工作经历
2000.09 – 2005.09美国哥伦比亚大学医学院/ 霍华德休斯医学研究所,博士后
2005.09 – 2008.09美国哥伦比亚大学医学院,副研究科学家（Associate Research Scientist)
2008.09 – 2015.06 美国弗吉尼亚联邦大学医学院,副教授(Assistant Professor)
2015.07 – 2020.10美国弗吉尼亚联邦大学医学院,副教授(Associate Professor with tenure)
2020.11 -现在深圳湾实验室分子生理研究所资深研究员
研究方向
1.离子通道在神经和心脏系统中的生理功能
2.离子通道的生物物理机制
3.单线态氧分子介导的膜蛋白光化学修饰
4.蛋白质动力学及药物设计有关的能量计算
5.复杂神经系统的计算模型
实验室简介
实验室的长期目标是从分子、细胞以及整体和系统的角度来研究离子通道的分子机制和在神经和心脏系统中的生理机能，以及相关疾病的病理机制和相关药物设计。主要研究方向包括:
1）发展并应用膜片钳荧光测定法（Patch-Clamp Fluorometry or PCF）
PCF实现了在一片分离的细胞膜上同时进行膜片钳电记录和荧光光记录，是研究膜蛋白生物物理机制的有力工具。实验室致力于提高光记录的信噪比和时间分辨率，以及降低所需激发光能量，并应用此技术研究HCN和CNG通道的生物物理机制。
2）环核苷酸cAMP 调节超极化激活 HCN通道的生物物理机制
实验室利用多学科方法研究HCN通道的生物物理机制，包括PCF，生物化学，X光晶体衍射结构生物学（合作），蛋白质动力学及结合自由能计算等技术。实验室应用PCF同时监测HCN2通道的功能变化以及与荧光标记的cAMP的动态结合，随即证明了cAMP与打开状态的HCN2通道结合更紧密并确定跨膜区通道门附近结构远程调控对cAMP的结合。
3）单线态氧分子（1O2）介导的光化学修饰HCN和 CNG离子通道
氧分子具有三种不同的电子构型，即三线态基态，第一和第二单线态激发态。单线态氧分子（1O2）可以通过光化学或有酶反应中产生。过量的1O2有细胞毒性，可以导致皮肤及眼科疾病；然而低水平的1O2可以作为有效和精确的信号因子来调节蛋白和细胞功能。基于一片分离的细胞膜片的极简系统，实验室建立了研究1O2修饰蛋白的工作模型并深入研究相关的分子机制。
4）HCN离子通道在神经系统中的生理功能
HCN通道在大脑中广泛表达。在细胞层面，HCN通道参与突触信号传递，树突信号整合，动作电位的产生和传播。在行为层面，HCN通道在学习记忆，运动控制，和疼痛感觉中有重要作用。实验室应用体外表达系统 (非洲爪蟾卵母细胞；HEK293 细胞株) 证明了与自闭症相关的Shank3蛋白增强HCN通道的表达。实验室应用小鼠脑切片生理学方法（全细胞膜片钳和钙成像）来研究相关基因敲除小鼠中丘脑神经元的细胞生理特性。
5）蛋白质动力学的计算方法及药物设计有关的能量计算
正常模式分析（Normal Mode Analysis，NMA）基于对蛋白质能量表面的谐波近似，是研究蛋白质动力学的一种重要解析方法。应用一种理论上严格的矩阵分割方案，实验室发展了一种新的粗粒度NMA方法，研究蛋白质表面结构水分子对蛋白动力学的影响以及高清晰X光晶体结构（<1.2 Å）中各向异性B因子的理论基础。
代表论著
1.Hu L, Sun C, Kidd JM, Han J, Fang X, Li H, Liu Q, May AE, Li Q, Zhou L*, Liu Q*.A first-in-class inhibitor of Hsp110 molecular chaperones of pathogenic fungi.Nat Commun. 2023 May 12;14(1):2745. doi: 10.1038/s41467-023-38220-2.
2.Zhang X, Wu R, Liu Q, Zhou L*.Interfacial water molecules contribute to antibody binding to the receptor-binding domain of SARS-CoV-2 spike protein.J Biomol Struct Dyn. 2023 Apr 12:1-10.
3.Yao R, Hou J, Zhang X, Li Y, Lai J, Wu Q, Liu Q, Zhou L*.Targeted photodynamic neutralization of SARS-CoV-2 mediated by singlet oxygen.Photochem Photobiol Sci. 2023 Feb 8:1-18.
4.Shah N, Zhou L*.Regulation of Ion Channel Function by Gas Molecules.Adv Exp Med Biol. 2021;1349:139-164. PMID: 35138614 Review.
5.Wei F, Wang Q, Han J, Goswamee P, Gupta A, McQuiston AR, Liu Q, Zhou L*.Photodynamic modification of native HCN channels expressed in thalamocortical neurons.ACS Chem Neurosci. 2020 Feb 20; 11(6):851-863.
6.Idikuda V, Gao W, Grant K, Su Z, Liu Q, and Zhou L*State-dependent binding of cAMP to closed, inactivated, and open sea urchin HCN channels.Journal of General Physiology. 2019 Feb 4;151(2):200-213. PMID: 30541772 Dec 12.
7.Idikuda V, Gao W, Grant K, Su Z, Liu Q, and Zhou L*Singlet oxygen modification abolishes voltage-dependent inactivation in sea-urchin hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (spHCN) channel.Journal of General Physiology. 2018 Sep 3;150(9):1273-1286.018.
8.Zhu M, Idikuda V, Wang J, Wei F, Kumar V, Shah N, Waite CB, Liu Q, Zhou L*.Shank3-deficient thalamocortical neurons show HCN channelopathy and alterations in intrinsic electrical properties.Journal of Physiology. 2018 Apr 1;596(7):1259-1276.
9.Liu C, Xie C, Grant KL, Su Z, Gao W, Liu Q, Zhou L*.Determine the unitary conductance of HCN channels by a channel counting method based on patch-clamp fluorometryJournal of General Physiology. 2016 Jul;148(1):65-76.
10.Gao W, Su Z, Liu Q, Zhou L*State-dependent and site-directed photodynamic transformation of HCN2 channel by singlet oxygen.Journal of General Physiology. 2014 May;143(5):633-44.
11.Zhou L*, Liu Q.Aligning experimental and theoretical anisotropic B-factors: water models, normal-mode analysis methods, and metrics.Journal of Physical Chemistry B. 2014 Apr 17;118(15):4069-79.
12.Zhou L*, Logothetis DE. The where and how of PIP regulation of cone photoreceptor CNG channels. Journal of General Physiology. 2013 Apr; 141(4):403-7. (Commentary; Invited)
13.Xu X, Marni F, Wu S, Su Z, Musayev F, Shrestha S, Xie C, Gao W, Liu Q*, Zhou L*.Local and global interpretations of a disease causing mutation near the ligand entry path in hyperpolarization-activated cAMP-gated (HCN) channel. Structure (Cell Press). 2012 Dec; 20(12):2116-2123.
14.Marni F, Wu S, Shah GM, Xu X, Hackett AR, Xie C, Shrestha S, Liu L, Liu Q, Zhou L*.Normal-Mode-Analysis-Guided Investigation of Crucial Intersubunit Contacts in the cAMP-Dependent Gating in HCN Channels. Biophysical Journal. 2012 Jul 3; 103(1):19-28. (Featured Articles online)
15.Wu S, Gao W, Xie C, Xu X, Vorvis C, Marni F, Hackett AR, Liu Q, Zhou L*.Inner activation gate in S6 contributes to the state-dependent binding of cAMP in full-length HCN2 channel. Journal of General Physiology. 2012 Jul; 140(1):29-39.
16.Zhou L*.Ion channels: Cooperativity in twin gatings. Nature Chemical Biology. 2012 Jan; 8(2):136-7. (News and Views; Invited)
17.Wu S, Vysotskaya ZV, Xu X, Xie C, Liu Q, Zhou L*.State-dependent cAMP Binding to Functioning HCN Channels Studied by Patch-Clamp Fluorometry. Biophysical Journal. 2011 Mar; 100(5):1226-32. (Cover Story)
18.Xu X, Vysotskaya ZV, Liu Q, Zhou L*. Structural basis for the cAMP-dependent gating in the human HCN4 channel. Journal of Biological Chemistry. 2010 Nov; 285(47):37082-91. PMID: 20829353
19.Zhou L, Siegelbaum SA*.Pathway and endpoint free energy calculations for cyclic nucleotide binding in HCN channel. Biophysical Journal 2008 Jun; 94 (12) pp. L90 - L92
20.Zhou L*, Siegelbaum SA. Effects of surface water on protein dynamics studied by a novel coarse-grained normal mode approach. Biophysical Journal, 2008 May; 94(9):3461-74. (*corresponding author)
21.Zhou L, Siegelbaum SA*. Gating of HCN channels by cyclic-nucleotides: residue contacts that underlie ligand binding, selectivity and efficacy. Structure (Cell Press), 2007 Jun; 15(6):655-70.
22.Zhou L, Olivier NB, Yao H, Young EC, Siegelbaum SA*. A Conserved Tripeptide in CNG and HCN Channels Regulates Ligand Gating by Controlling C-Terminal Oligomerization. Neuron (Cell Press), 2004 Dec; 44(5):823-34.
23.Zhou L, Chiu SY*.A computer model for action potential propagation through branch point of myelinated nerve. Journal of Neurophysiology, 2001 Jan; 85:197-210.
24.Zhou L, Messing A, Chiu SY* Determinants of excitability at transition zones in Kv1.1-deficient myelinated nerves. Journal of Neuroscience, 1999 Jun; 19:5768-81.
25.Zhou L, Zhang CL, Messing A, Chiu SY*Temperature-sensitive neuromuscular transmission in Kv1.1 null mice: role of potassium channels under the myelin sheath in young nerves. Journal of Neuroscience, 1998 Sep; 18:7200-15.
