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2018年3月2日Science期刊精华

来源:本站原创 2018-03-07 23:38

2018年3月7日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年3月2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:重大突破!新方法有望消除一种癌症免疫疗法的副作用
doi:10.1126/science.aar3246; doi:10.1126/science.aas9434


在过继细胞转移中,被称作杀伤性T细胞的免疫细胞从患者血液中纯化出来,通过基因修饰让它们具备优异的肿瘤识别能力,经诱导后在体内发生增殖。这些经过基因修饰的T细胞随后被灌注回患者的循环系统中,在那里,它们能够高效地和选择性地破坏肿瘤。但是在进行T细胞灌注后进行静脉注射IL-2来增强过继细胞转移疗效的策略存在着较大的局限性,其原因在于大剂量注射这种强效的蛋白所引发的副作用---特别是肺水肿---是如此严重以至于超过这种治疗的好处。

不过,在一项新的研究中,Garcia和他的团队发现一种变通方法,它应当会允许过继细胞转移疗法进展下去,但是不会导致T细胞精疲力竭,同时也不会产生IL-2的破坏性副作用。相关研究结果发表在2018年3月2日的Science期刊上,论文标题为“Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes”。

Garcia团队通过基因改造对IL-2的一种亚基进行稍加调整以至于含有这个亚基的受体不再能够结合到IL-2上,即他们产生一种稍加调整的IL-2分子,该分子不能够结合到它的正常受体上。针对这种稍加调节的IL-2,也对它的受体进行相对应的修饰,从而使得这种修饰的IL-2和这种修饰的受体仅彼此间能够高亲和力地结合。

利用实验室方法对来自小鼠的T细胞进行修饰,让它们表达这种修饰的受体,Garcia团队在一系列实验中证实这些经过修饰的T细胞对这种修饰的IL-2作出反应,就正如天然的T细胞预计会对正常的IL-2作出反应那样。但是未经修饰的T细胞不会对这种修饰的IL-2作出反应。

2.Science:令人意外!不完全免疫力导致致命性病原体产生
doi:10.1126/science.aao2140


与人类不同的是,野生鸟类并不接受疫苗接种,必须依靠它们的天然免疫系统来抵抗病原体攻击。免疫系统具有允许有机体记住过去的入侵者并阻止它们再次入侵的“记忆”。然而,在存在部分免疫力(partial immunity)的情形下,这些记忆并不总是完美的,一些病原体仍然能够成功地发起攻击。

在一项新的研究中,Hawley团队通过开展一系列实验室实验,证实毒力更强的细菌菌株因多种原因占据优势。最令人吃惊的原因之一在于毒力更强的菌株在雀类中产生完整的免疫记忆,从而使得毒力较弱的菌株几乎没有供它们感染的宿主。相反,毒力较弱的菌株仅产生部分免疫记忆,从而为毒力更强的菌株入侵敞开大门。相关研究结果发表在2018年3月2日的Science期刊上,论文标题为“Incomplete host immunity favors the evolution of virulence in an emergent pathogen”。

这些研究人员然后对这些实验的结果进行建模,以便揭示出一种病原菌如何在整个雀类群体中传播。这个模型表明在具有不完全免疫力(incomplete immunity)的实验雀类群体中占主导地位的病原菌菌株的危害性几乎是在缺乏免疫力的实验雀类群体中占主导地位的菌株的两倍。因此,不完全免疫力可能是自然条件下促进在雀类中进化出更加有害的菌株。

3.Science:新研究使得从头设计复杂的跨膜蛋白成为可能
doi:10.1126/science.aaq1739


在一项新的研究中,美国华盛顿大学蛋白质设计学院主任、华盛顿大学蛋白质设计医学院生物化学教授David Baker、Baker实验室高级研究员Peilong Lu及其同事们开发出一种被称作Rosetta的计算机程序,这种计算机程序能够预测一种蛋白在合成后将要折叠出的结构。相关研究结果发表在2018年3月2日的Science期刊上,论文标题为“Accurate computational design of multipass transmembrane proteins”。

Lu和他的同事们采用的Rosetta程序能够通过考虑这些相互作用和计算最低的整体能量状态来预测一种蛋白的结构。这种程序能够为一条氨基酸链构建出数万种结构模型,随后鉴定出具有最低能量状态的结构模型。这些研究人员证实由此获得的结构模型准确地代表着这条氨基酸链在天然状态下可能会呈现出的结构。

利用这种方法,Lu和他的同事们能够通过使用多达215个氨基酸在细菌和哺乳动物细胞内制造事先设计的跨膜蛋白。所制造的蛋白经证实是高度热稳定的并且能够在膜表面上正确地自我定位。正如天然存在的跨膜蛋白一样,这些蛋白是多跨膜的,这意味着它们能够多次穿过膜,并组装成稳定的多蛋白复合物,如二聚体、三聚体和四聚体。

4.Science:挑战常规!利用基于CRISPR/Cas9的DNA标记技术观察动态的DNA舞蹈
doi:10.1126/science.aao3136


DNA在转录期间发生抽动,让相距较远的基因组区域接触,从而增强基因表达。在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学的研究人员开发出一种新的方法来标记单个非重复性的DNA序列。相关研究结果于2018年1月25日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Tranion-coupled changes in nuclear mobility of mammalian cis-regulatory elements”。

这种新的DNA标记技术能够利用荧光分子精确地标记任何单个DNA片段,并追踪它们的三维位置和运动,从而允许揭示出这种DNA舞蹈。这些研究人员将这种技术称为嵌合gRNA寡核苷酸阵列(chimeric array of gRNA oligo, CARGO)。它是CRISPR/Cas9基因编辑工具的一种变体,有望引发基因组动力学研究变革。

Guys、作为论文第一作者的研究生Bo Gu和另一名论文共同作者Tomasz Swigut博士设计了一种方法:将由许多不同的gRNA组成的阵列导入细胞中,从而精确地识别独特的非重复性DNA片段并利用多种荧光分子对它们进行标记,这样就能够在显微镜下很容易地可视化观察到它们。

5.Science:发现10种新型细菌免疫防御系统,有望开发出下一代基因编辑工具
doi:10.1126/science.aar4120; doi:10.1126/science.aas9430


直到十年前,科学家们还没有意识到细菌具有复杂的免疫系统,即能够跟上感染细菌的病毒(即噬菌体)进化速度的免疫系统。随着发现一种如今最为知名的被称作CRISPR的细菌免疫机制以 后,情况发生了变化。科学家们已意识到CRISPR是一种天然的基因编辑器,而且它已在世界各地数以千计的实验室中引发生物学研究领域变革。如今,研究人员理解到大多数微生物具有复杂 的免疫系统,而CRISPR仅是其中的一个组分;但是没有一种很好的方法来鉴定这些系统。

在一项大规模的系统性研究中,来自以色列魏茨曼科学研究所的Rotem Sorek教授和他的研究团队揭示出细菌存在10种之前未知的细菌免疫防御机制。Sorek说:“我们发现的这些系统不同于 之前看到的。但是,我们认为在这些系统中,有一到两种系统可能有潜力扩大基因编辑工具箱,而其他的系统指向人体免疫系统的起源。”相关研究成果于2018年1月25日在线发表在Science 期刊上,论文标题为“Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome”。

Sorek说,“我们成功地找到10种新型细菌防御系统的事实意味着存在更多的细菌防御系统。 我的实验室正在继续寻找新的防御系统,另外,我们正在开始关注几种更有前景的防御系统以便 理解它们如何发挥功能。”

6.Science:鉴定出一类保守的基因家族编码质子选择性离子通道
doi:10.1126/science.aao3264; doi:10.1126/science.aas9772


在一项新的研究中,来自美国南加利福尼亚大学多尼斯夫文学艺术科学学院(Dornsife College of Letters, Arts and Sciences)的研究人员发现了一类全新的离子通道。这些通道让质子(氢离子)进入细胞,在内耳平衡中发挥着重要的作用,并且存在于对酸味作出反应的味觉细胞中。相关研究结果于2018年1月25日在线发表在Science期刊上,论文标题为“An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels”。

尽管编码让质子离开细胞的离子通道的基因已被鉴定出,但是人们并不清楚是否需要一个或几个基因来形成让质子进入细胞的离子通道。如今,这项针对酸味的研究鉴定出编码质子传导离子通道的otopetrin基因家族。

这个基因家族最初被认为在保持身体平衡中起着重要的作用:基因Otop1(编码otopetrin 1蛋白)发生突变的小鼠不能够让它们自己保持直立。由这个基因编码的蛋白的功能以及它发生的突变导致内耳前庭系统缺陷的原因尚不清楚。但在研究味觉的过程中,由南加利福尼亚大学多尼斯夫文学艺术科学学院生物科学教授Emily Liman领导的一个研究团队发现Otop1编码的otopetrin 1蛋白是一种质子通道,从而为otopetrin 1如何促进内耳发挥功能和保持平衡提供了线索。

除了Otop1之外,在脊椎动物中还存在着两个相关的基因(Otop2和Otop3),而且这个基因家族也存在于黑腹果蝇中。otopetrin家族与所有其他的离子通道存在着结构上的差异,并且所有的otopetrin蛋白都会形成质子通道,这提示着这些质子传导通道在进化上是保守的。每种otopetrin蛋白在舌头、耳朵、眼睛、神经、生殖器官和消化道等多种组织中独特地分布着。

7.Science:神经系统细胞或能有效抑制机体炎症的发生
doi:10.1126/science.aan4829


近日,一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中,来自威尔康奈尔医学院的研究人员通过研究发现,神经系统中的细胞或能抑制肠道和肺部对感染的免疫反应,从而抑制机体出现过度的炎 症反应;本文研究结果有望帮助研究人员未来开发出新型疗法来治疗未抑制炎症所诱发的人类疾病,比如哮喘症和炎性肠病等。

研究者表示,机体神经系统和免疫系统之间会出现一种“串扰”现象,其在调节急慢性炎性疾病上扮演着关键角色,这两种系统发生着密切的相互作用,且在人类健康和疾病发生过程中扮演 着重要作用;这项研究中,研究人员发现,当由寄生虫感染或过敏原诱发的免疫反应发生期间,机体神经系统和免疫系统之间或许会“互相交流”,这些因子的暴露会促进2型固有淋巴细胞( ILC2)释放细胞因子从而增加机体粘液的产生及促进肌肉收缩,这或能帮助机体有效排出寄生虫或过敏原。炎症水平过高或持续时间过久都对机体是有害的,因此研究人员想通过研究来理解 机体如何减弱这些反应。

ILC2表面有一种名为β2肾上腺素能受体(β2AR)的受体,该受体能与神经细胞释放的去甲肾上腺素相互作用,同时这些受体也能够促进神经细胞彼此相互作用,并影响机体的免疫反应;为 了确定β2AR在机体神经系统和免疫系统之间相互沟通过程中所扮演的关键角色,研究者Artis及其同事对缺失β2AR受体的小鼠进行研究,随后利用寄生虫来感染这些小鼠,结果发现,这些啮 齿类动物机体的免疫反应较为强烈,而且会快速排出寄生虫,相比较而言,当利用能刺激β2AR受体的药物来治疗正常小鼠时,其机体免疫反应就会变得迟钝,而且寄生虫感染会恶化。

8.Science:泥岩与深层土地植物同时出现
doi:10.1126/science.aan4660; doi:10.1126/science.aas9886


在大约5亿年以前的地层中很少发现泥岩(mudrock),如板岩和页岩。William J. McMahon和Neil S. Davies编制了在过去的35亿年中的一个大型的泥岩发生数据库,以便有助于评估这种无处不在的岩石类型的起源。泥岩与深层土地植物同时出现。植物与沉积岩之间的相互作用提示着泥岩侵蚀速度变化和运动到海洋中的沉积岩化学物大约在5亿年前发生。

9.Science:研究动物冬季毛皮颜色变化的多样性
doi:10.1126/science.aan8097

很多哺乳动物和鸟类物种经换毛从夏季的棕色毛皮切换到冬季的白色毛皮,进行伪装。L. Scott Mills等人绘制了包括野兔、黄鼠狼和狐狸在内的八种物种的季节性毛色变化的全球分布模式。他们发现一些经过换毛产生冬季白色毛皮、冬季棕色毛皮和冬季白色/棕色毛皮的单个动物物种的地区。在高纬度地区,较高比例的动物物种群体经过换毛产生冬季的白色毛皮。 毛皮发生季节性变化最大的地区(经过换毛产生棕色/白色毛皮)可能提供抵御气候变暖的适应能力。(生物谷 Bioon.com)

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