2021年11月26日Science期刊精华

2021年11月30日讯/生物谷BIOON/------本周又有一期新的Science期刊（2021年11月26日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

1.Science：组织干细胞维持不同的表观遗传记忆机制
doi:10.1126/science.abh2444

组织干细胞对环境线索作出反应并进行整合，从而决定了它们的命运和功能。损伤诱发了干细胞微环境发生根本性变化，从而触发干细胞经历一系列精心设计的事件，包括离开原来的壁龛（niche），迁移到伤口部位，克服炎症，重新产生组织，并在新的部位居住下来。伤口也能诱发可塑性，调动干细胞来修复相关但不同的组织。目前还不清楚干细胞是否在伤口修复中积累和保留这些空间和时间上的经验记忆，如果是的话，这如何发生，后果如何。

在毛囊（HF）内，毛囊干细胞（HFSC）通常只制造毛发，但当伤口损坏覆盖毛囊的皮肤组织时，它们就会被重新利用。在一项新的研究中，来美国洛克菲勒大学的研究人员利用谱系追踪，监测HFSC在伤口修复和干细胞可塑性过程中的时间进展。在离开它们的壁龛和再生缺失的组织后，它们可以长期保持在新的表皮中，并在此后维持皮肤屏障。通过探索转录组和表观基因组的动态变化，并研究这些迁移的HFSC在新的壁龛中的行为，他们了解到这些干细胞积累了关于它们过去经历的离散表观遗传记忆，其中的每一种都以不同的方式影响整体组织功能。相关研究结果发表在2021年11月26日的Science期刊上，论文标题为“Stem cells expand potency and alter tissue fitness by accumulating diverse epigenetic memories”。

干细胞积累了它们过去经历的表观遗传记忆。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abh2444。

通过去除表皮，这些作者诱导表皮下面的HFSC成为重新上皮化的主要反应者。这产生了长期的、可自我更新的由毛囊衍生而来的表皮。这些命运发生改变的HFSC变成了表皮干细胞（EpdSC，下称毛囊衍生性EpdSC），在稳态功能和转录组方面与天然未受伤的EpdSC没有区别。然而，通过ATAC-seq测序法（ATAC-seq）进行测定，他们发现染色质上的许多位点的可接近性增加。区分毛囊衍生性EpdSC和天然EpdSC的开放染色质结构域有三种形式：(i)仅在适应新的表皮壁龛时可接近性增加的结构域（补偿性适应）；(ii)在伤口反应期间开放的结构域（伤口记忆），以及(iii)在静止的HFSC中已经开放的结构域（壁龛起源记忆）。每种持久的表观遗传记忆都有其自身的后果。补偿性适应结构域使维持皮肤屏障所需的关键分化和免疫防御转录本以天然水平表达。伤口记忆结构域使参与炎症、细胞骨架重组和迁移的基因在在继发性伤口时被强力诱导表达，从而加速了愈合。壁龛起源记忆结构域与参与HFSC命运和WNT信号传导的基因有关，赋予了在适当的环境线索下恢复毛囊命运的可塑性。最后，这些记忆虽然是累积的，但却是不同的，可分离的，并依赖于过去的经历。因此，修复表皮损伤的EpdSC表现出一种伤口记忆，但缺乏毛囊壁龛起源记忆和表皮补偿性适应。

2.Science：新研究揭示无序蛋白相互作用在基因表达中的作用
doi:10.1126/science.abe2913

在一项新的研究中，来自美国贝勒医学院和捷克科学院的研究人员发现了基因表达是如何协调的。这一研究结果揭示了一种协调细胞内控制基因表达的组分组装的新机制。该机制不仅对正常的细胞功能至关重要，而且还与癌症、神经变性和HIV感染相关，这可能提出治疗这些疾病的新方法。相关研究结果发表在2021年11月26日的Science期刊上，论文标题为“A ubiquitous disordered protein interaction module orchestrates transcription elongation”。

论文共同通讯作者、贝勒医学院分子与细胞生物学助理教授H.Courtney Hodges博士说，“以前的大多数研究都集中在完全开启或关闭基因的特定细胞组分上。我们的研究揭示了一种新的观点---调节基因表达速率的蛋白也可以集体工作，在许多不同的环境中精细地调整表达水平。我们确定了一种将这些蛋白聚集在一起并在健康和疾病中发挥广泛作用的机制。”

图片来自CC0 Public Domain。

在以前与比利时鲁汶大学的同事们合作的研究工作中，这些作者曾研究过白血病和HIV感染中的蛋白相互作用，特别是那些由称为TFIIS N端结构域（TND）的蛋白区域介导的相互作用。在这项新的研究中，他们扩展了对TND的研究，并在许多其他蛋白中发现了它们。

论文共同第一作者、Hodges实验室博士后研究员Katerina Cermakova博士说，“在我们寻找的每一个地方，我们都发现了这些结构域，特别是在调控转录延伸的蛋白复合物中，而转录延伸是所有人类细胞中基因表达的首批步骤之一。转录延伸是一种复杂的细胞过程，涉及许多不同的蛋白一起工作。我们发现TND是所有转录延伸因子中最丰富的结构元素。一旦你寻找它们，你会发现所有参与转录延伸的重要蛋白复合物都有TND，或者结合一种有TND的蛋白。”

3.Science：揭示发现人体对流感病毒的免疫途径反应与遗传血统相关
doi:10.1126/science.abg0928

在一项新的研究中，来自美国芝加哥大学的研究人员发现欧洲和非洲遗传血统的个体在流感病毒感染的免疫途径激活方面存在差异。许多与流感免疫反应差异相关的基因也在与COVID-19疾病严重程度相关的基因中富集。相关研究结果发表在2021年11月26日的Science期刊上，论文标题为“Genetic ancestry effects on the response to viral infection are pervasive but cell type specific”。

甲型流感病毒的透射电镜图，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abg0928。

论文第一作者、芝加哥大学研究生Haley Randolph说，“我所在的实验室一直对了解来自不同人群的个体如何对传染病作出不同的反应感兴趣。在这项新的研究中，我们想看看各种细胞类型在如何对病毒感染作出反应方面存在的差异。”

利用单细胞RNA测序，这些作者能够检查外周单核血细胞的基因表达模式，其中外周单核血细胞是一组多样化的专门免疫细胞，在身体对感染的反应中发挥重要作用。他们从欧洲和非洲血统的男性身上收集了这些细胞，然后在实验室环境下将这些细胞暴露于流感病毒。这使得他们能够检查多种免疫细胞类型的基因特征，并确定感染流感病毒如何影响每种免疫细胞类型的基因表达。

这些研究结果显示，欧洲血统的个体在早期流感病毒感染期间显示出I型干扰素途径活性的增加。论文通讯作者、芝加哥大学医学副教授Luis Barreiro博士说，“干扰素是对抗病毒感染的关键蛋白。以SARS-CoV-2病毒导致的COVID-19为例，I型干扰素反应与这种疾病的严重程度差异有关。”

4.Science：草原食草动物灭绝与草原火灾之间的关联性
doi:10.1126/science.abj1580

众所周知，草原食草动物通过消耗潜在的易燃物质在限制野火方面发挥了作用。Karp等人提出的证据表明，食草动物与火的相互作用在过去影响了全球范围内的火灾。他们比较了第四纪晚期陆地巨型食草动物灭绝的严重程度和根据草地生物群落的沉积木炭数据计算的古火活动变化。不同大陆之间的灭绝程度不同，这种模式反映在火灾活动的变化上。在巨型食草动物灭绝最多的地方（南美洲），火灾频率增加最多，而在灭绝很少的地方（非洲），火灾频率增加最少。第四纪大型食草动物的消失极大地改变了全球火灾动态。

5.Science：揭示植物产生siRNA机制
doi:10.1126/science.abl4546

在小RNA的生物生成过程中，Dicer家族内切酶作为分子尺，将底物RNA切割成规定的长度。Wang等人报告了植物DICER LIKE PROTEIN 3 (DCL3)与pre-small interfering RNA (pre-siRNA)结合在一起并且具有切割能力时的结构。在pre-siRNA的一端，DCL3利用一个带正电的口袋和一个芳香帽（aromatic cap ），分别特异性地识别引导链的5′-磷酸化腺苷和互补链的3′突出部分（3′ overhang）。在另一端，DCL3的成对核糖核酸酶III结构域切割pre-siRNA的两条链，从而决定了最终产物siRNA的精确长度。

6.Science：亚马逊蓝闪蝶飞行的适应性进化
doi:10.1126/science.abh2620

森林通常是拥挤而复杂的，为飞过森林的物种带来了无数不同的挑战。Le Roy等人研究了亚马逊的蓝闪蝶（Morpho butterfly）群体，发现相比于占据树下的物种，占据树冠种在形态和行为角度上都有差异。由于翅膀形状和飞行行为的结合，进化到占据树冠的物种具有更好的滑翔能力。这些特征的组合即使在这个单一的属中也是不同的，这表明在森林的这一部分定居的途径并不单一。

7.Science：社区警务无法建立公民对警察的信任，也无法减少犯罪
doi:10.1126/science.abd3446

在过去几年中，备受瞩目的警察暴力事件使人们注意到自现代警务工作开始以来就存在的虐待模式。许多人呼吁进行警察改革，在许多国家，这一进程采取了增加警察与社区接触的形式。Blair等人报告了在南半球六个国家进行的大规模实验的结果，测试了这种方法的有效性。他们发现，这种社区参与并没有增加对警察的信任，也没有减少犯罪。改善警察和社区之间的关系可能需要在社区警务等方法之前或之外进行更深层次的结构改革。

8.Science：实现SARS-CoV-2复制子的复制和单周期递送
doi:10.1126/science.abj8430

与传染性的SARS-CoV-2有关的研究工作需要高水平的生物隔离设施，因此开发更安全的分子工具很重要，这些工具有可能在不太严格的条件下使用。称为复制子（replicon）的自我复制性RNA长期以来一直被用来研究致病性RNA病毒；然而，由于SARS-SoV-2的基因组很大，开发复制子来研究它一直是个挑战。Ricardo-Lax等人使用一种基于酵母的系统来构建不能组装出传染性病毒的SARS-CoV-2复制子，这是因为它们缺乏宿主细胞进入所需的刺突蛋白。用表达刺突蛋白的质粒转染细胞，并分别用SARS-CoV-2复制子转染，所产生的复制子递送颗粒（replicon delivery particle, RDP）只能产生一个感染周期。SARS-CoV-2复制子和RDP可以在不同的背景下用于药物筛选和病毒检测。

9.Science：神经退行性疾病对成年人海马体神经发生的影响
doi:10.1126/science.abl5163

大脑海马体的功能受损可能是精神症状和认知障碍的基础。Terreros-Roncal等人研究了受几种神经退行性疾病影响的患者的死后大脑样本，探究了成年人神经发生是否受到破坏。事实上，神经原性壁龛（neurogenic niche）的功能发生了变化，所产生的细胞在形状和分化上都是不正常的。海马体的神经元可塑性特点可能使其特别容易受到神经退行性疾病的破坏。（生物谷 Bioon.com）