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2017年9月22日Science期刊精华

来源:本站原创 2017-09-26 21:22


图片来自Science期刊。

2017年9月26日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2017年9月22日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science:在帕金森病早期进行抗氧化剂治疗有望阻止神经退化,改善神经元功能
doi:10.1126/science.aam9080


在一项新的研究中,来自美国、德国和卢森堡的研究人员鉴定出一种有害的导致帕金森病患者出现神经元退化的级联事件,并且找出干扰它的方法。相关研究结果于2017年9月7日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Dopamine oxidation mediates mitochondrial and lysosomal dysfunction in Parkinson’s disease”。论文通信作者为美国西北大学费恩柏格医学院的Dimitri Krainc博士。论文第一作者为Krainc实验室博士后研究员Lena Burbulla。

利用来自帕金森病患者的人神经元,Krainc和同事们鉴定出一种有害的线粒体和溶酶体功能异常的级联事件,这种级联事件是由发生氧化的多巴胺和α-突触核蛋白(alpha-synuclein )堆积启动的。特别地,这项新的研究证实发生氧化的多巴胺堆积会抑制溶酶体葡糖脑苷脂酶(glucocerebrosidase, GCase)活性。GCase是一种参与帕金森病的酶。这种抑制接着会削弱溶酶体的整体功能,导致神经元退化。

不过,发生氧化的多巴胺堆积并不干扰溶酶体。Krainc和他的同事们发现这种多巴胺也通过增加线粒体氧化应激,破坏这些神经元中的线粒体。这些功能障碍的线粒体导致发生氧化的多巴胺水平增加,从而产生一种恶性循环。

Krainc说,“在我们的实验中起作用的关键策略之一就是在这种级联事件早期利用改善线粒体氧化应激和降低发生氧化的多巴胺水平的特定抗氧化剂处理多巴胺能神经元。利用这种方法,我们发现我们能够削弱或阻止人多巴胺能神经元中发生的级联事件下游的毒性作用。”

这种干扰发生氧化的多巴胺引发的有害级联事件的方法可能为在未来开发新的疗法提供一种靶标。然而,鉴定出患者或者处于在神经退化早期阶段的受试者是比较困难的,这是因为神经损伤经常在任何症状出现之前就已发生。

2.Science:毒蛙如何对自己的神经毒素产生抵抗力?
doi:10.1126/science.aan5061


-不要让它们的外表欺骗你:顶针般大小的、色彩鲜艳的、粘糊糊的毒蛙事实上携带着我们知道的一些最为剧毒的神经毒素。在一项新的研究中,来自美国和德国的研究人员离解决一个相关的令人挠头的问题---这些毒蛙如何阻止自己中毒?---更接近一步。这个答案可能对抵抗疼痛和上瘾产生潜在的影响。相关研究结果发表在2017年9月22日的Science期刊上,论文标题为“Interacting amino acid replacements allow poison frogs to evolve epibatidine resistance”。论文通信作者为美国德克萨斯州大学奥斯汀分校博士后研究员Rebecca Tarvin博士。

这项新的研究利用一小群使用地棘蛙素(epibatidine)的毒蛙解答了这个问题。为了不被捕食者吃掉,这些毒蛙使用这种毒素(即地棘蛙素)。这种毒素结合到动物神经系统的受体上,能够导致高血压、癫痫,甚至死亡。这些研究人员发现这些毒蛙发生的一种小的基因突变,即在组成这种受体的2500个氨基酸残基中,仅3个发生变化,就可阻止这种毒素作用于这些毒蛙自己的受体,从而使得它们对这种毒素的致死作用产生抵抗力。不仅如此,而且在这些毒蛙的进化过程中,相同的变化独立地出现了三次。

这项新的研究因证实某些毒蛙如何经过进化阻断地棘蛙素同时保持使用大脑需要的受体,这有助让科学家们了解关于地棘蛙素的信息。这些信息最终可能被证实有助于设计药物,如新的止痛剂或抵抗尼古丁成瘾的药物。

3.Science:重磅!揭示环状RNA与大脑功能存在关联
doi:10.1126/science.aam8526


尽管上百种环状RNA(circular RNA, circRNA)在哺乳动物大脑中大量存在,但是一个重要的问题仍未解决:它们实际上发挥着什么作用?在一项新的研究中,来自德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心的Nikolaus Rajewsky和他的团队首次将一种circRNA与大脑功能关联在一起。相关研究结果于2017年8月10日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function”。

Rajewsky团队提出circRNA至少有时发挥着基因调节的作用。作为一种较大的单链环状RNA,Cdr1as有大约1500个核苷酸,可能发挥着像海绵那样吸收微RNA(microRNA, miRNA)的作用。比如,它为一种被称作miR-7的microRNA提供70多个结合位点。microRNA是较短的RNA分子,通常结合到信使RNA(mRNA)的互补序列上,因而控制着细胞产生的特定蛋白数量。

在当前的这项研究中,Rajewsky团队与马克斯-德尔布吕克分子医学中心的Carmen Birchmeier实验室合作重新研究了Cdr1as。论文共同第一作者Monika Piwecka说,“这种特定的circRNA能够在兴奋性神经元中但不在神经胶质细胞中发现。在小鼠和人类的大脑组织中,存在两种结合到它上的microRNA:miR-7和miR-671。”

接下来,Rajewsky和他的合作者们利用基因组编辑技术CRISPR/Cas9选择性地剔除小鼠中的一种环状RNA,即Cdr1as。在这些小鼠中,大多数microRNA的表达在4个研究的大脑区域中未被干扰。然而,miR-7下调表达,miR-671上调表达。这些变化是转录后发生的,这就与Cdr1as通常与细胞质中的这些microRNA相互作用的观点相一致。

4.Science:重磅!异种移植有望成为现实!利用CRISPR/Cas9首次培育出不含内源性逆转录病毒的猪
doi:10.1126/science.aan4187; doi:10.1126/science.aao6334


作为一家专注于将异种移植转化为一种拯救生命的医疗手段的生物技术公司,eGenesis公司宣布该公司的科学家们和他们的合作者们在一项新的研究中证实利用CRISPR/Cas9让猪内源性逆转录病毒(porcine endogenous retroviruses, PERV)失活可阻止跨物种病毒传播,从而使得他们在成功地培育首批不含PERV的猪方面取得突破。这也是异种移植的一个重要的里程牌。相关研究结果于2017年8月10日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9”。

异种移植涉及将动物器官移植到人体中,是一种有前景的方法,有助缓解用于人体移植的严重器官短缺。然而迄今为止,PERV的跨物种传播风险和其他的问题阻碍着它在人体中的使用。eGenesis公司致力于利用CRISPR技术提供安全而又有效的在猪体内培养的可移植人细胞、组织和器官,以便解决全世界几十万名患者的迫切需求。

5.Science:重大突破!揭示肠道内壁上的细胞快速加工食物机制
doi:10.1126/science.aan2399; doi:10.1126/science.aao5796


每次我们吞咽食物时,位于肠道内壁上的细胞必须突然地和急剧地增加它们的活性。在一项新的研究中,来自以色列魏茨曼科学研究学院的研究人员指出它们以一种最为经济的方式应对这一挑战。相关研究结果于2017年8月10日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Global mRNA polarization regulates translation efficiency in the intestinal epithelium”。

在商业或工程中,当必须尽快地开展生产时,人们就应立刻作出决定。这可能涉及立即投入所有的资源,利用现有的设备增加产量,或者首先投入所有的资源给工厂装备上合适的机器。后者可能似乎是一种不那么高效的生产方法,但是在某些情形下,它事实上能够极大地加快生产速度。Shalev Itzkovitz博士和他在魏茨曼科学研究学院分子细胞生物学系的团队发现这正是肠道内壁采用的方法。

肠道内壁是单层细长的细胞,这层细胞在它的狭窄的一边上与食物接触,而且在它的另一边上与血液接触。这层细胞因而在它的一边上吸收营养物,并将这些营养物释放到它的另一边上的血液中。这些研究人员发现这层细胞的两边在信使RNA(mRNA)组成上存在差异:大约30%的在肠道中表达的基因出现在这层细胞的一边上或另一边上。他们发现核糖体(即蛋白制造工厂)含量在这两边上也存在差异:面向食物的那一边上的核糖体数量是面向血液的那一边上的两倍;因此,面向食物的那一边上的蛋白制造更加高效。

这些研究人员进一步发现每当食物进入肠道中,肠道内壁上的细胞立即通过增加核糖体的产生作出反应,特别是在面向食物的那一边上。为此,这层细胞将大量的携带制造核糖体的遗传密码的mRNA派遣到面向食物的那一边上。随后,这一边密集地产生各种各样的加工食物所需的蛋白。

6.Science:揭示基因转录暂停机制
doi:10.1126/science.aan3269


转录是基因表达的一个至为重要的步骤。在一项新的研究中,来自中国清华大学、美国西北大学、德克萨斯大学达拉斯分校和迈阿密大学的研究人员发现调控一种影响转录的蛋白的机制。这一发现可能导致人们开发出控制基因异常表达的药物。相关研究结果于2017年8月31日在线发表在Science期刊上,论文标题为“PAF1 regulation of promoter-proximal pause release via enhancer activation”。论文通信作者为西北大学费恩柏格医学院生物化学与分子遗传学主任Ali Shilatifard教授。论文第一作者是Shilatifard实验室的博士生Fei Chen。

当包括RNA聚合酶II (RNA Polymerase II, Pol II)在内的因子在位于基因上游的被称作启动子的DNA序列上组装时,基因转录过程就开始了。Pol II对蛋白编码基因进行转录。

尽管之前的一项研究已确定移除PAF1会让Pol II从它的暂停状态中释放出来,但是它并未揭示出PAF1的特异性作用机制。直到Chen开始探究转录增强子的作用时,他和他的合作者们才鉴定出其中存在的关联性。 在这项新的研究中,Chen发现移除PAF1会调节增强子区域激活,从而导致暂停和释放。

Shilatifard说,“鉴于我们发现PAF1在增强子激活和Pol II暂停/释放中的功能,我们能够通过筛选鉴定出这种过程的抑制剂、激活剂和增强剂,随后继续研究这种过程当遭受异常调节时导致的疾病。”

7.Science:婴儿会从坚持不懈的成年人那里学习持续努力实现目标
doi:10.1126/science.aan2317; doi:10.1126/science.aao6255


在媒体中广泛传播的表示坚持与激情结合的grit(坚毅)与自觉(conscientiousness)有何区别?人格特征在生命早期就已铸就,而且保持相对稳定,但是grit(至少就激情而言)可能会时有时无,因而具有可塑性。Julia A. Leonard等人证实婴儿能够从成年人那里学着在艰巨的任务中即便失败也会坚持下去。观察了成年人为了激活玩具奋斗了半分钟的婴儿当被给予他们自己的复杂玩具时会坚持玩弄它,相比之下,观察到成年人快速地和轻松地激活玩具的婴儿当被给予他们自己的复杂玩具时更少坚持玩弄它。(生物谷 Bioon.com)

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