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2017年5月12日Science期刊精华

来源:生物谷 2017-05-15 23:10


图片来自Science期刊。

2017年5月15日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2017年5月12日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science:重磅!日柏醇有望治疗贫血症等铁转运障碍
doi:10.1126/science.aah6152

在一项新的研究中,研究人员发现一种关键分子可能导致人们开发出治疗贫血症和其他的铁转运障碍的新方法。

这些研究人员发现存在于日本柏树叶子中的一种被称作日柏醇(hinokitiol)的小分子能够逆转动物体内的铁转运障碍。他们证实日柏醇能够成功地逆转疾病模式斑马鱼中的铁缺乏和铁超负荷。因此,日柏醇具有重大的治疗潜力。相关研究结果发表在2017年5月12日的Science期刊上,论文标题为“Restored iron transport by a small molecule promotes absorption and hemoglobinization in animals”。论文通信作者是美国达纳-法伯癌症研究所/波士顿儿童医院医师Barry Paw博士、美国东北大学药物科学系研究员Jonghan Kim博士和美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校科学家Martin Burke博士。这些新的发现可能对缺铁性贫血症和铁超负荷肝脏疾病等一系列铁转运障碍产生影响。

Burke起初发现日柏醇能够在体外运输铁跨过细胞膜,随后与Paw和其他的合作者合作在疾病模式动物体内测试它的疗效。Paw和合作者们观察到尽管在通常执行铁运输功能的天然铁转运蛋白缺乏的情形下,日柏醇分子能够结合铁原子,运输它们跨过细胞膜、进出线粒体。

2.Science:利用高分辨率成像揭示T细胞微绒毛如何检测危险信号
doi:10.1126/science.aal3118

作为免疫系统的巡警,T细胞如何在没有观察到的益处时检测疾病的信号?正如大多数细胞那样,T细胞通过直接的物理接触探索它们的环境,但是它们如何足够快地和可靠地找出入侵者以便将感染和其他的危险扼杀于摇篮中一直是不清楚的。

在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员利用前沿技术比之前更加详细地拍摄活的T细胞表面的视频,开始解决这个问题。科学家们之前已观察到覆盖着T细胞表面的被称作微绒毛(microvilli)的触须状突出物,但是这项新的研究揭示出这些微绒毛在不断地运动:它们在细胞表面爬行,它们中的每个独立地寻找危险或感染存在的信号,从而允许T细胞在继续运动前花费最小的时间来检测潜在的危险。相关研究结果发表在2017年5月12日的Science期刊上,论文标题为“Visualizing dynamic microvillar search and stabilization during ligand detection by T cells”。

当T细胞在全身巡视时,它们与作抗原呈递细胞(另一种免疫细胞)接触,这些抗原呈递细胞寻找体内潜在的危险信号并且将它们发现的蛋白片段(被称作抗原)展示在它们的表面上供T细胞检查。如果T细胞接触到抗原呈递细胞,并且识别它携带的蛋白片段为危险存在的证据,那么它发出警报,并且触发更加全局的免疫反应来抵抗这些入侵者。

在这项新的研究中,Krummel团队利用一种高分辨率的被称作晶格光层显微术(lattice light-sheet microscopy)的细胞成像技术,能够实时地研究T细胞如何高效地与抗原呈递细胞交谈。 利用这种技术,Krummel团队在实验室培养皿中研究了小鼠T细胞探索模拟的抗原呈递细胞膜片,结果发现这些T细胞微绒毛以一种类似分形的方式彼此独立地运动。

这些研究人员经计算发现,多亏这种高效的寻找模式,在与一个抗原呈递细胞平均一分钟长的接触中,T细胞微绒毛能够全面地探索这两个细胞之间的98%的接触面,他们借鉴神经系统中的神经元突触,将它称为“免疫突触(immunological synapse)”。这提示着T细胞经调整在继续运动之前花费最小的时间来清晰地读取每个抗原呈递细胞上可获得的信息。

为了研究T细胞微绒毛的危险检测细节,Krummel团队开发出一种新的方法来允许他们同时地追踪这些微绒毛和T细胞用来检测它们的靶抗原的T细胞受体(TCR)。为了做到这一点,该团队利用被称作量子点的微小荧光颗粒覆盖着模拟的抗原呈递细胞膜片,在那里,探索中的T细胞微绒毛不得不挤出一条路到达细胞膜表面上。这种被称作突触接触映射(synaptic contact mapping)的技术允许他们利用量子点荧光可视化观察这些微绒毛,与此同时利用一种不同颜色的荧光标记可视化观察TCR。

Krummel团队发现在正常情形下,单个微绒毛每次花费平均大约4秒的时间仔细检查抗原呈递细胞膜。但是当这些微绒毛发现它们正在寻找的抗原时,它们就与抗原呈递细胞膜保持接触20秒或以上,并且聚集着较大的TCR筏,这提示着它们可能给T细胞发送信号来触发它的免疫反应。

Krummel团队也简略地研究了其他类型的免疫细胞(如树突细胞和B细胞)的表面。树突细胞和B细胞在病原体检测和免疫反应中发挥着不同的作用。他们发现这每个细胞类型似乎利用不同的表面突出物(如触须、波浪状物或窗帘状波纹)来探索它们的环境,并与这种环境进行沟通。不过,还需开展更多的研究来理解这些多样化的表面突出物和它们彼此间如何相互作用。

3.Science:鉴定出一种至关重要的叶绿体基因MOC1
doi:10.1126/science.aan0038

叶绿体基因组组装成被称作拟核(nucleoids)的DNA-蛋白复合体。尽管已开展大量的研究来理解植物细胞核中的DNA动态行为,但是针对叶绿体拟核的动态行为,人们知之甚少。

如今,在一项新的研究中,来自日本京都大学的Yusuke Kobayashi和Yoshiki Nishimura、来自日本山口大学的Osami Misumi和其他的合作者们分离出叶绿体中的一种被称作MOC1的蛋白,并且描述了它的特征。这种蛋白对正确的拟核分离是必不可少的。相关研究结果发表在2017年5月12日的Science期刊上,论文标题为“Holliday junction resolvases mediate chloroplast nucleoid segregation”。

这些研究人员通过在叶绿体拟核DNA中引入随机突变筛选了大约6000种莱茵衣藻样品,随后获得那些存在拟核分离缺陷的样品。他们发现其中的一种莱茵衣藻突变体在基因MOC1(Monokaryotic Chloroplast 1, 单核叶绿体1)中存在一种缺陷。这种突变体中的叶绿体仅具有单个拟核,并且在叶绿体分裂期间表现出不平衡的分离。一种MOC1基因的同源物随后也在一种经常用于研究的陆地植物拟南芥中发现到。当发生突变时,他们发现这些有机体表现出生长缺陷和异常的拟核分离。

在大量地分析这个新的基因之后,这些研究人员发现MOC1作为一种叶绿体特异性的“霍利迪连接体解离酶(Holliday junction resolvase)”发挥功能。这种解离酶在解开一种被称作霍利迪连接体的DNA结构中发挥着非常重要的作用。这个基因在此之前从未在叶绿体中发现到。

4.Science:首次鉴定出家蝇的雄性决定基因Mdmd
doi:10.1126/science.aam5498

两种性别是如何产生的?这个问题的答案要比之人们期待中的更加复杂。尽管有性繁殖总是依赖于雄性个体和雌性个体的存在,但是性别决定的基础在不同物种之间存在较大的差异。这种多样性在家蝇(housefly)中特别明显。家蝇是苍蝇的一种,身体小,灰黑色,普通所说的苍蝇多指家蝇。这种昆虫提供一种绝好的模型来研究不同的性别决定机制是如何进化出来的。如今,在一项新的研究中,来自瑞士苏黎世大学、荷兰格罗宁根大学和德国哥廷根大学的研究人员鉴定出家蝇的雄性决定基因(gene for maleness)。相关研究结果发表在2017年5月12日的Science期刊上,论文标题为“Male sex in houseflies is determined by Mdmd, a paralog of the generic splice factor gene CWC22”。

在人类中,女性具有两条X染色体(XX),男性具有一条X染色体和一条Y染色体(XY)。这条Y染色体携带着男性决定基因。家蝇的独特之处在于依赖于它们生活的地方、温暖或寒冷的气候,它们具有不同的性别决定方式。

在北欧,家蝇的性别决定类似于人类:雌性家蝇为XX,雄性家蝇为XY。雄性家蝇的Y染色体携带着雄性决定基因,但是这个基因与人类的男性决定基因存在着较大的差异。在人类中,这个男性决定基因是SRY基因,它是在哺乳动物进化谱系的大约1.5亿年前产生的。家蝇的雄性决定基因(M-factor)是未知的,但是如今被这项研究的研究人员鉴定出。通过巧妙地利用家蝇的遗传学特征产生相同性别的后代和寻找在早期发育阶段期间仅在雄性家蝇中有活性的基因,这是有可能鉴定出的。一个候选基因在这种筛选中脱颖而出:它在胚胎形成期间短暂地失活,会产生具有完全分化的卵子的雄性家蝇。永久性地破坏这个基因的功能会导致雄性家蝇完全转化为性成熟的雌性家蝇。

这个新发现的基因被命名为Mdmd(Musca domestica male determiner, 即雄性家蝇决定基因)。它是一个大的基因,非常类似于另一个存在于所有动物中的基因CWC22。Mdmd似乎起源自CWC22基因重复(gene duplication),随后它在性别决定中获得一种特定的作用。昆虫性别决定的一种特征是相关基因的信使RNA(mRNA)在雄性和雌性昆虫中发生差异性地剪接。CWC22基因参与这个选择性剪接过程的调节。因此,可能并不吃惊的是,这个基因的一个拷贝进化为一个雄性决定基因。

南欧的家蝇没有携带着雄性决定基因的Y染色体。这个雄性决定基因存在于其他5条染色体中的一条上。这样的一条染色体被称作原始性别染色体(proto-sex chromosome),这是因为它是近期在性别决定中获得一种作用。这项研究证实这条原始性别染色体是通过Y染色上已经存在的雄性决定基因(如Mdmd)与另一条染色体发生易位产生的。

5.Science:当食物稀缺时,细菌交替获得进食时间
doi:10.1126/science.aah4204; doi:10.1126/science.aan3886

尽管几十年来,不同所有者在异国目的地分割度假公寓在房地产领域一直比较流行,但是,在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校和西班牙庞培法布拉大学的研究人员发现细菌菌群几百万年以来一直都在使用类似的策略。相关研究人员于2017年4月6日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Coupling between distant biofilms and emergence of nutrient time-sharing”。论文通信作者为加州大学圣地亚哥分校分子生物学家Gürol Süel。

在这项研究中,这些研究人员想要知道当食物变得稀缺时,竞争性的细菌菌群可能会做些什么。他们发现当面临着有限营养物时,细菌将会采取一种优雅的分时(timesharing)策略:不同的细菌菌群交替获得进食时间从而使得进食效率最大化。

6.Science:洞穴沉积物中找到灭绝人类的DNA
doi:10.1126/science.aam9695

在一项新的研究中,来自德国马克斯普朗克进化人类学研究所的Matthias Meyer和他的团队与大量研究者合作,发掘七个考古遗址,分别位于比利时、克罗地亚、法国、俄罗斯以及西班牙。他们总共收集了从14000年前到550000多年前的沉积物样本。研究者使用微量材料恢复了线粒体DNA片段,并进行分析,鉴定它们属于十二种不同的哺乳动物,包括已经灭绝的种类,比如猛犸象、披毛犀、穴熊以及洞鬣狗等。该研究已发表在Science期刊上。

从四个考古遗址中得到的九份样本包含足够进一步分析的古人类DNA:八份包含尼安德特人的线粒体DNA,可能是一个或多个个体的,另外一份样本包含丹尼索瓦人的DNA。其中大部分样本都来自未曾发现尼安德特人骨骼或牙齿残留的考古层或者考古遗址。

通过从沉积物中恢复古人类的DNA,研究人员能够检测出古人类群落的存在,而其他方法则完全不行。这说明沉积物的DNA分析是一个十分有用的考古手段,在未来可能会成为常规。

7.Science:揭示 EGFR通过非网格蛋白內吞发生内化机制
doi:10.1126/science.aah6152; doi:10.1126/science.aan4807

表皮生长因子受体(EGFR)通过网格蛋白介导的內吞和非网格蛋白內吞(nonclathrin endocytosis, NCE)发生内化。这两种通路共同行动来维持EGFR信号或它的长期衰竭。EGFR-NCE的机制基础是不清楚的。在一项新的研究中,Giusi Caldieri等人利用多种细胞生物学方法和分子生物学方法鉴定出EGFR-NCE的9种调节物。他们也鉴定出这种通路的另外一种运输物:CD147。这种通路的一种调节物是驻留在内质网(ER)中的蛋白网状内皮素3(reticulon 3, RTN3)。出乎意料的是,EGFR-NCE需要质膜(plasma membrane, PM)和皮层内质网(ER)之间形成特定的接触,RTN3介导这种接触的形成。在EGFR 内化过程的早期步骤中,ER-PM接触位点是NCE管状中间体形成所必需的。(生物谷 Bioon.com)

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