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2017年11月3日Science期刊精华

来源:本站原创 2017-11-07 07:01


图片来自Science期刊。

2017年11月7日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2017年11月3日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science:重磅!揭示染色体不对称分配到卵子中之谜
doi:10.1126/science.aan0092; doi:10.1126/science.aaq0200


理论上,当你产生配子(即生殖细胞)---精子或卵子时,每条染色体具有50:50的机会分配到配子中。但是实际情形并非如此。科学家们已观察到染色体能够“欺骗”,从而让它们不对称地 进入到生殖细胞中。如今,在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员展示了这种不对称性如何在雌性细胞中产生。通过仔细地观察和研究小鼠卵母细胞(即卵子的前体细胞) ,他们检测到促进减数分裂发生的纺锤体出现不对称性分布的分子信号。减数分裂是产生配子的细胞分裂过程。他们发现在减数分裂期间,某些染色体利用这种不对称性分布自我移动到细胞 的“正确的”一边,最终出现在卵子中。

为了理解这种不对称的染色体分配,这些研究人员着重关注小鼠卵母细胞中的减数分裂纺锤体,即一种由附着到染色体上的微管组成的结构。在细胞分裂之前,这种减数分裂纺锤体将这些染 色体拉到细胞的两个相反的边:细胞的一边最终产生卵子,故而被称作卵子边;细胞的另一边更靠近于皮质(cortex),故而被称作为皮质边。通过研究小鼠卵母细胞中的微管,他们发现一 种被称作酪氨酸化(tyrosination)的修饰存在着不对称分布:细胞的卵子边要比皮质边具有更少的这种修饰。这种不对称性仅当减数分裂过程中纺锤体从细胞的中间位置向皮质那边移动时 才会存在。

这些研究人员已对增加细胞皮质边中的基因表达的分子(包括CDC42)有了一些了解。为了验证CDC42是否导致这种不对称的酪氨酸化,他们采用了他们之前设计的一种实验系统,该系统利用 一种光敏感的测试方法将CDC42选择性地富集在纺锤体极的一边上。他们的结果提示着CDC42至少部分诱导酪氨酸化不对称分布,因而诱导纺锤体在分裂细胞中不对称分布。

通过确定这种不对称分布存在和它是如何产生的,这些研究人员着手证实这种不对称性能够让染色体施展欺骗手段。为此,他们着重关注着丝粒(centromere),即附着到纺锤体上的染色体 区域。他们让两种小鼠品种进行杂交,最终获得每个细胞中都具有两种着丝粒类型---一种更大的着丝粒和一种更小的着丝粒---的小鼠。

基于这些研究人员早期的研究,他们已知道更大的着丝粒偏好地分配到配子中。在当前的研究中,他们证实这种更大的“更强的”着丝粒确实更可能地移向细胞中的最终产生卵子的纺锤体极 。

当这些研究人员通过让CDC42和其他的靶标发生突变而破坏这种纺锤体不对称分布时,这种着丝粒定向差异消失了。

2.Science:重磅!首次证实凝缩蛋白具有马达功能
doi:10.1126/science.aan6516; doi:10.1126/science.aap8729


生物学的众多奥秘之一是:细胞如何巧妙地分配它复制的DNA到两个子细胞中?一个多世纪以来,我们已知道细胞中的DNA就好比一盘意大利面条:杂乱地混合在一起的面条。当细胞分裂时, 它们必须将两米长的DNA包装成整洁的小包裹---染色体。这种包装是由凝缩蛋白(condensin)诱导的,但是科学家们对它的真实作用机制产生分歧。一种观点是这种蛋白像钩子那样发挥作用 ,随机地抓住杂乱的DNA的某个地方,随后将这些DNA系在一起。另一种观点是这种环形的蛋白将DNA往内挤压,产生一种环。

在一项新的研究中,来自德国、美国和荷兰的研究人员大为支持这种环挤压(loop-extrusion)观点,证实凝缩蛋白确实具有产生这种动态变化所需的马达功能。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“The condensin complex is a mechanochemical motor that translocates along DNA”。

论文共同作者、荷兰代尔夫特理工大学卡弗里研究所研究部主任Cees Dekker解释道,“在细胞生物学领域,针对这个问题存在不同的观点。近年来,凝缩蛋白挤压成环的观点胜出,获得计算 机模拟的支持。这种观点是环形的凝缩蛋白抓住DNA,以一种环状的方式挤压DNA通过它的环状结构。仅当这种蛋白具有马达活性时,这才是有可能实现的。这种环挤压观点存在的一个问题是 迄今为止,这种类型的马达功能未被检测到。此外,挤压DNA环通过凝缩蛋白的环状结构需要太多的能量,远多于我们针对凝缩蛋白观察到的能量消耗。”

3.Science:揭示裂谷热病毒II类膜融合蛋白Gc驱动细胞膜融合之谜
doi:10.1126/science.aal2712


裂谷热病毒(Rift Valley fever virus, RVFV)通过蚊子进行传播,而且通过受体介导的内吞作用侵入细胞中。这种感染过程需要II类膜融合蛋白,这些膜融合蛋白将一种疏水性的融合环插 入到细胞膜中,随后重新折叠。P. Guardado-Calvo等人报道了RVFV II类膜融合蛋白Gc的融合后形式---Gc与磷脂酰胆碱结合在一起---高分辨率晶体结构。他们发现Gc在插入它的融合环之后 并不会让这种融合环发生重折叠。相反,它使用一种容纳着甘油磷脂头部基团的整合系统,随后通过让胆固醇在插入位点聚集而启动膜重组。Gc与来自其他病毒科的II类膜融合蛋白的比较结 果提示着存在一种共同的机制,这种机制可能为未来的抗病毒疗法提供一种靶标。

4.Science:古人类基因组可揭示出社会和繁殖行为
doi:10.1126/science.aao1807


对古人类遗骸进行测序已为人类之间的关联性提供了深入的见解。然而,目前尚不清楚古代人类是否存在近亲繁殖,但在某些现代人类文化中,这种现象是常见的。Martin Sikora等人报道来 自3.4万年前在俄罗斯西部埋藏在一起的4个早期的人的基因组序列。这些人在基因上簇集在一起,来自一个小型的人群中,但是并不存在非常密切的亲缘关系。因此,这些人类似于现代的狩 猎人,可能代表着单个社会群体,这个社会群体是一个更大的婚配群体的一部分。近亲繁殖的缺乏可能有助解释解剖学上现代人类的存活优势。

5.Science:获得在克罗地亚Vindija洞穴发现的尼安德特人高覆盖度基因组序列
doi:10.1126/science.aao1887; doi:10.1126/science.aaq0771


尼安德特人(Neandertals)显然与非非洲现代人类的祖先进行了杂交,但是关于我们最为接近的亲属,仍然有很多问题存在着。Kay Prüfer等人公布了来自在克罗地亚Vindija洞穴发现的一 名尼安德特妇女的5万到6.5万年前的样品的30倍覆盖度的基因组序列,并且将这种序列与从阿尔泰尼安德特人(Altai Neandertal)、丹尼索瓦人(Denisovans)、古代人类和现代人类中获 得的基因组序列进行比较。尼安德特人可能生活在小型的群体中,具有比现代人类更低的遗传多样性。这些发现增加了在现代人类群体中鉴定出的尼安德特人遗传变异体数量,而且它们提出 具有尼安德特人起源的表型和疾病相关变异体数量要比之前所认为的高得多。

6.Science:据估计,人群之间的最早分歧时间在35万年前到26万年前
10.1126/science.aao6266


解剖学上的现代人类是在非洲进化出来的,但是找出是何时进化出来的是比较困难的。Carina M. Schlebusch等人对来自石器时代(大约2000年前)的3个古老非洲人和来自铁器时代(300到 500年前)的4个人进行基因组测序。作为最为古老的样品之一,经过13倍覆盖度基因组测序,似乎与来自现代的桑族人群的个人(包括牧民和农民)存在最为密切的亲缘关系。然而,这个人 死于缺乏来自其他的现代非洲人群的遗传贡献。因此人群之间最早的分歧可能发生在35万年前到26万年前。

7.Science:蛋白PDZD8调节哺乳动物神经元中的钙离子动态变化
doi:10.1126/science.aan6009; doi:10.1126/science.aaq0141


内质网与线粒体之间的接触介导着关键的生理学过程,如钙离子交换和脂质生物形成。在酵母中,由4个蛋白组成的复合体ERMES将内质网和线粒体拴在一起。然而,人们从未在后生动物 (metazoan)中鉴定出ERMES复合物的蛋白组分的功能性直系同源蛋白。Yusuke Hirabayashi等人鉴定出PDZD8是酵母ERMES的蛋白组分MMM1的一种结构上和功能上的直系同源蛋白。PDZD8是在 内质网-线粒体接触位点上发现的,而且也是哺乳动物细胞中的内质网-线粒体拴在一起所必需的。在神经元树突中,PDZD8调节引发钙离子动态变化,这种突出强调了细胞器之间的膜接触在细 胞生理学中起着重要的作用。

8.Science:绘制出果蝇躯体感觉回路
doi:10.1126/science.aan4428


感觉器官和感觉大脑中心的配置在很多感觉形态(sensory modality)上表现出保守性,即便在昆虫和哺乳动物之间,也是如此。Asako Tsubouchi等人系统性地绘制出果蝇中的躯体感觉回路(somatosensory circuits)。这些发现揭示了果蝇腹神经索和大脑中的拓扑和形态特异性的机械感觉表达。这些作者们分析了对翅膀和腿部运动作出的优先反应和对控制逆风行为的贡献,这些反应和贡献仅当果蝇在地面上时才会发生。

9.Science:哺乳动物新皮质中的兴奋性神经元形成六角形栅格
doi:10.1126/science.aam6125


兴奋性神经元和抑制性神经元在哺乳动物新皮质中的基本分布仍未得到很好的理解。作为第5新皮质层中的一种主要的兴奋性神经元,大脑下投射神经元(subcerebral projection neuron)形成较小的被称作微柱(microcolumn)的细胞簇。Hisato Maruoka等人研究了小鼠第5新皮质层的较大区域,观察到上千个这些微柱组成具有网格状间距的六角形栅格。第5新皮质层中的其他主要的兴奋性神经元,即皮质投射神经元(cortical projection neuron),也形成微柱,并且这些微柱与大脑下投射神经元形成的那些微柱相间错杂在一起。微柱接收常见的突出前输入,并且在很多皮质区表现出同步活动。这些微柱是通过细胞类型特异性的间隙连接(gap junction)偶联在一起的非姊妹神经元产生的,这提示着它们的产生是细胞谱系无关的,但是收到局部电传递的指导。

10.Science:解析出线粒体内膜蛋白酶YME1的结构,有助揭示出它的底物加工机制
doi:10.1126/science.aao0464


降解受损的或者错误折叠的蛋白对线粒体功能是至关重要的。一种关键的蛋白是六聚体蛋白酶(hexameric protease)YME1,它的每个亚基通过一个螺旋结构锚定在线粒体内膜上,并且在线粒体膜间隙中具有一个腺苷三磷酸酶(ATPase)结构域和一个蛋白酶结构域。Cristina Puchades等人解析出YME1的高分辨率结构,该结构表明这4个ATPase结构域形成一个堆栈在平面蛋白酶环上方的非对称螺旋梯。在这个螺旋梯的中央孔中的保守性酪氨酸残基与一个底物肽分子相互作用。这种ATP水解循环是依次进行的,而且与酪氨酸残基位置变化相协调,从而导致底物逐步地转移到蛋白酶腔中。(生物谷 Bioon.com)

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2017年10月27日Science期刊精华

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