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2018年2月23日Science期刊精华

来源:本站原创 2018-02-27 07:13

2018年2月27日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年2月23日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。
图片来自Science期刊。

1.Science:揭秘雄心勃勃的全球病毒组计划
doi:10.1126/science.aap7463


一项新的全球计划试图在爆发病毒性流行病之前主动鉴定出病毒威胁、为这些威胁作好准备和阻止这些威胁,而不是等到埃博拉病毒(导致埃博拉疫情)、SARS病毒(导致非典型肺炎疫情) 和寨卡病毒(导致寨卡疫情)等病毒爆发流行病后,世界被迫针对此作出反应。相关研究结果发表在2018年2月23日的Science期刊上,论文标题为“The Global Virome Project”。 全球病毒组计划(The Global Virome Project)是一项国际合作计划,旨在鉴定出地球上大部分未知病毒,并且阻止它们的传播。论文作者们说,这种方法可能标志着“大流行病时代”的结 束。

全球病毒组计划的想法始于2016年,当时来自亚洲、非洲、美洲和欧洲的横跨产业界、学术界、政府间机构、非政府组织和私营部门的利益相关者开始为这一计划设计框架。预计中国和泰国 的野外调查将于今年开始。

2.Science:利用实验室培养的微型肿瘤有望实现癌症个性化治疗
doi:10.1126/science.aao2774


根据一项新的研究,来自英国癌症研究院(Institute of Cancer Research)等研究机构的研究人员报道,利用在实验室培养的源自患者的“微型肿瘤('mini tumour)”测试癌症药物有可 能帮助医生们对患者开展个性化治疗。这项研究是在肠癌、胃癌和消化系统的其他癌症中开展的。相关研究结果发表在2018年2月23日的Science期刊上,论文标题为“Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers”。

这些研究人员利用一系列药物处理这些源自患者的微型肿瘤。他们随后将这种处理效果与成功地在这些患者中进行治疗取得的效果进行比较。在将近90%的病例中,这种方法会发现有机会让患 者的肿瘤缩小的药物。

在患者中不起作用的药物也不会对这些微型肿瘤产生影响。这提示着它们可能有助于预测药物在什么情形下不起作用。论文通信作者、英国癌症研究院的Nicola Valeri博士说,这种技术需要 在更大的临床试验中进行测试,但是它“有潜力协助提供真正的个性化治疗。”

3.Science:揭示细胞凋亡期间,mtDNA逃离线粒体机制
doi:10.1126/science.aao6047


在一项新的研究中,由澳大利亚莫纳什大学生物医学发现研究所的Benjamin Kile教授领导的一个国际研究团队发现并拍摄了在细胞死亡期间线粒体DNA(mtDNA)逃离线粒体(细胞内产生能量 的细胞器)的确切时刻。相关研究结果发表在2018年2月23日的Science期刊上,论文标题为“BAK/BAX macropores facilitate mitochondrial herniation and mtDNA efflux during apoptosis”。

虽然mtDNA从线粒体中释放出来被认为是造成狼疮等自身免疫疾病的原因,但它逃离线粒体的方式从未被人解释过。莫纳什大学生物医学发现研究所研究员Kate McArthur博士在美国珍妮莉娅 研究学院(Janelia Research Campus)里利用一种革命性的新型显微镜捕捉线粒体形成“突出物(hernia)”的时刻,这种突出物将mtDNA排出到细胞的其余部分。

这种由诺贝尔奖获得者Eric Betzig开发出的活细胞晶格光片显微镜(live-cell lattice light-sheet microscopy, LLSM)系统是一种新技术,它允许科学家们以一种突破性的分辨率观察活 细胞。McArthur博士在2015~2017年之间多次前往美国珍妮莉娅研究学院,并记得她首次观察到线粒体积极地驱逐它的mtDNA的时刻。

当细胞开始凋亡时,两种蛋白BAK和BAX会被激活。这些研究人员实时观察到这些专业的杀手蛋白在线粒体外膜上打开巨大的“大孔(macropore)”,从而导致线粒体的内含物向外突出,同时 将mtDNA一起带走。

4.Science:开发出单细胞生物发光成像系统
doi:10.1126/science.aaq1067; doi:10.1126/science.aas9159


萤火虫和水母等发光生物让科学家们很感有趣,这是因为它们的生物发光分子有助于可视化观察大量的生物过程。来源于萤火虫的萤光素酶催化底物D-荧光素,从而发出绿黄色的光。为了让 这种发光过程更加高效,已有相当多的研究利用合成类似物(synthetic analog)替换荧光素和改进它们的催化速率。如今,在一项新的研究中,来自日本理化研究所的Atsushi Miyawaki和 同事们试图更进一步,通过优化萤光素酶和荧光素这两种组分,构建出在体内使用的一种全新的经过生物工程改造的生物发光系统。相关研究结果发表在2018年2月23日的Science期刊上,论 文标题为“Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals”。他们利用这种生物发光系统追踪小鼠体内的癌细胞和猴子体内的脑细胞活动。不过,它的 应用远不局限于此。

基于之前的研究,这些研究人员已知道一种被称作AkaLumine-HCl的合成荧光素能够穿透血脑屏障并产生在身体组织中更容易观察到的红光。然而,它与天然的萤光素酶不太相容,因此他们让 这种酶发生突变,从而改善它与AkaLumine-HCl之间的配对。由此产生的Akaluc蛋白既是一种更加有效的底物催化剂,而且也在细胞中更加大量地表达。在小鼠大脑中,Akaluc和 AkaLumine- HCl的这种组合,被称为AkaBLI,它们产生的生物发光信号比天然的荧光素酶-荧光素反应产生的信号强1000倍。在身体内的其他部位,比如在小鼠肺部,仅一两个发光细胞就足以是清晰可见 的,这可能用于监控移植细胞。

通过使用AkaBLI,这些研究人员能够直接地观察大脑的活动和结构在一段时间内如何随着行为的变化而变化。在小鼠暴露于熟悉的和新的笼环境中的实验里,他们能够在多天的时间里记录小 鼠海马体中的相同神经元。

5.Science:揭示人PRC2蛋白复合物的三维结构,有助阐明它的基因表达调节机制
doi:10.1126/science.aar5700


PRC2是一种对正常发育至关重要的基因调节因子。基因组DNA被包装成核小体,而核小体是由DNA缠绕在组蛋白上形成的。组蛋白具有长的多肽尾巴,这些尾巴能够通过添加和除去较小的化学 基团来加以修饰。这些修饰影响核小体彼此之间以及与细胞核中的其他蛋白复合物之间的相互作用。PRC2在细胞中的功能就是让一种组蛋白(即组蛋白H3)发生特定的化学变化,这会关闭或 者说沉默已被PRC2修饰的基因组区域中的基因。

在一项新的研究中,由劳伦斯伯克利国家实验室分子生物物理学与整合生物成像(MBIB)部们的资深科学家Eva Nogales领导的一个研究团队深入了解了PRC2的结构以及它受到调控影响基因沉 默的方式。相关研究结果于2018年1月18日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Structures of human PRC2 with its cofactors AEBP2 and JARID2”。

这些研究人员在原子水平下详细地可视化观察完整的PRC2的结构。Kasinath说,“为了获得组成功能性PRC2的所有部分或者 说亚基的这种高分辨率结构和可视化观察额外的被称作辅因子的蛋 白亚基如何有助调节它的活性,我们开展了3年的研究工作。非常明显的是,当两种辅因子(即AEBP2和JARID2)结合到 PRC2上时,它们模拟组蛋白H3的多肽尾巴,这提示着辅因子和组蛋白尾 巴一起携手调控PRC2功能。这项结构研究表明人们有很大的希望开发出抵抗癌症中的PRC2功能障碍的新药物。”

6.Science:重磅!一种血液测试方法可同时筛选8种癌症
doi:10.1126/science.aar3247; doi:10.1126/science.aas9102


在一项新的研究中,来自美国约翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心等研究机构的研究人员开发出一种血液测试方法,该方法一次能够筛选八种常见的癌症类型,并有助于确定癌症所在的部位。 相关研究结果于2018年1月18日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test”。 这种被称作CancerSEEK的测试方法是一种独特的非侵入性的多分析物测试方法,可同时评估8种癌蛋白的水平,以及血液中的循环DNA是否存在癌基因突变。这种测试方法旨在筛选八种常见的 癌症类型。

研究人员起初探究了数百个基因和40个蛋白标志物,最终将它们的数量减少到16个基因和8个蛋白。这种测试方法对1005名患上非转移性的I~III期卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、食管癌、结 直肠癌,肺癌或乳腺癌的患者进行了评估。中位总体灵敏度(median overall sensitivity, MOS),或者说发现癌症的能力,最高时为针对卵巢癌的98%,最低时为针对乳腺癌的33%。对于 没有筛查测试的这五种癌症(卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食管癌)而言,它们的灵敏度为69%~98%。

7.Science:揭示让小分子热休克蛋白平行同源物进化出不同功能的结构原则
doi:10.1126/science.aam7229


许多蛋白形成复合物来发挥功能。当编码一种自组装蛋白的基因发生重复时,人们可能期待平行同源蛋白(paralog,也译作旁系同源蛋白)将保留能够进行共同组装的界面。Georg K. A. Hochberg等人证实绝大多数能够寡聚化的平行同源蛋白实际上能够自组装。这些自我组装的平行同源蛋白比那些共同组装的平行同源蛋白具有更多多样化的功能,这提示着维持共同组装会限 制新功能的进化。这些作者们通过实验研究了两种寡聚体小分子热休克蛋白平行同源物(small heat-shock protein paralog)如何避免共同组装,并发现相互作用界面之外的区域灵活性发 挥着关键的作用。

8.Science:解析出人渗透性糖蛋白的分子结构
doi:10.1126/science.aar7389


渗透性糖蛋白(permeability glycoprotein, PgP)利用来自三磷酸腺苷(ATP)水解的能量将底物运送出细胞。它的许多底物是药物,因此它在药物抵抗性中起着重要的作用。人们已确定小 鼠、酵母和藻类PgP具有面向内构象(inward-facing conformation)的结构。Kim和Chen解析出人类PgP具有面向外构象(outward-facing conformation)的低温电镜结构。两个ATP分子结合 在它的两个核苷酸结合结构域之间。位于跨膜结构域中的底物结合位点向细胞外部开放,但是当遭受挤压时,没有底物会结合上去。这提示着ATP结合而不是ATP水解促进人类PgP转变为面向外 构象和底物释放。

9.Science:追踪全球渔业足迹
doi:10.1126/science.aao5646; doi:10.1126/science.aar7613


随着近几十年来人口的增长,我们对海洋提供的蛋白的依赖性快速地增加。David A. Kroodsma等人利用安装在所有工业渔船上的自动识别系统来绘制和定量世界各地的捕捞力量。世界上一半 以上的海洋都受到工业规模的捕获,横跨的面积是陆地农业覆盖面积的四倍。 此外,捕捞力量似乎不取决于经济或环境驱动因素,而是取决于社会和政治日程。因此,可能需要采取更积极的 措施来确保海洋资源的可持续使用。

10.Science:在本世纪结束前,珊瑚礁将加速消失
doi:10.1126/science.aao1118


摄入大气中的人为二氧化碳会降低海洋的pH值。海洋酸化意味着碳酸钙---用于建造珊瑚礁的材料---对有机体而言是更难产生的,而且将更快地溶解。Bradley D. Eyre等人报道,有些珊瑚礁已在经历净沉淀物溶解。令人担忧的是,随着海洋酸化加剧,这种珊瑚礁消失速率将会增加。

11.Science:铀-钍测年揭示伊比利亚洞穴壁画具有尼安德特人起源
doi:10.1126/science.aap7778


有人提出尼安德特人和现代人类可能已在洞穴中画画。D. L. Hoffmann等人对碳酸岩壳进行铀-钍测年(uranium-thorium dating),结果表明来自西班牙三个不同地点的洞穴壁画肯定超过6.4万年。这些洞穴壁画是迄今为止世界上最为古老的洞穴壁画。重要的是,它们比现代人到达欧洲早了至少2万年,这提示着现代人肯定具有尼安德特人的起源。这种洞穴壁画主要由红色和黑色的绘画组成,包括各种动物画像、线形符号、几何形状、手形模板和手印。 因此,尼安德特人拥有比以前认为的更为丰富的象征性行为。(生物谷 Bioon.com)

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