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2018年3月9日Science期刊精华

来源:本站原创 2018-03-13 20:09

2018年3月13日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年3月9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:Wnt信号维持着少量2型肺泡细胞的干细胞身份
doi:10.1126/science.aam6603


作为肺部的呼吸单元,肺泡是由单层上皮细胞构成的微小的半球状囊泡。氧气通过肺泡进入血液循环。肺泡内壁上存在着两种类型的上皮细胞:鳞状1型肺泡细胞(AT1细胞)和骰状2型肺泡细胞(AT2细胞),其中AT1介导气体交换,AT2细胞分泌表面活性物质。不过,少量的AT2细胞可作为肺泡干细胞(alveolar stem cell)发挥功能。

在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学医学院的研究人员发现在小鼠肺部的特定壁龛(niche, 也译作微环境)中分布的罕见AT2细胞亚群(下称肺泡干细胞)具有干细胞/祖细胞功能,它们在小鼠成年期间能够更新肺泡上皮。这些肺泡干细胞表达Wnt靶标基因Axin2,而且很多肺泡干细胞位于表达Wnt5a和其他的Wnt基因的单个成纤维细胞(作为肺泡干细胞的信号转导壁龛发挥作用,给肺泡干细胞提供Wnt信号)附近。肺泡干细胞发生间歇性分裂,能够自我更新,而且当它们离开这个壁龛时产生失去Wnt活性的AT1细胞。维持经典Wnt信号可阻断肺泡干细胞经分裂后产生的子细胞转分化为AT1细胞,然而缺失Wnt信号则会促进这种转分化。

此外,这些研究人员也揭示出当肺泡上皮遭受损损伤后,这种损伤诱导很多正常静止的标准AT2细胞激活Axin基因,作为辅助祖细胞(ancillary progenitor)发挥作用,从而快速地增殖和再生丢失的肺泡细胞。这种广泛地招募标准AT2细胞充当肺泡干细胞的功能并不是由这个壁龛发生增殖来实现的,相反,这种损伤诱导标准AT2细胞中的Porcupine基因和另一组包括Wnt7b在内的Wnt基因表达。当这种肺泡上皮得到恢复后,作为辅助祖细胞发挥功能的肺泡干细胞中的Wnt表达水平下降,而且它们停止增殖,开始分化为AT1细胞或者返回到标准AT2细胞身份。

2.Science:揭示大脑空间认知图谱如何应对变化的环境
doi:10.1126/science.aao4960


我们在世界进行导航和形成情景记忆的能力依赖于准确地呈现我们的周围环境。这种认知地图(cognitive map)被认为存在于大脑的海马体中,为我们提供在熟悉的地方找到路和将我们在日常生活中经历的事件储存起来所需的灵活性。

位置细胞(place cell)、头向细胞(head-direction cell)、边界细胞(boundary cell)和网格细胞(grid cell)被认为构成这个神经定位系统或者说大脑的“全球定位系统(GPS)”的主要单元。位置细胞识别当前位置,头向细胞提供关于方向的类似指南针的信息,并且边界细胞测量与诸如围框(enclosing box)的墙壁之类的地标之间的距离。由于在标准对称环境(比如环境的边界是正方形或圆形的)中的周期性放电模式,网格细胞传统上被认为表示大脑的空间度量系统或者说这种GPS系统的坐标,而位置细胞和边界细胞起着稳定这种空间坐标的作用。

如今,在一项新的研究中,来自英国剑桥大学和伦敦大学学院的研究人员探究了改变这种围框的形状对这些空间认知地图的影响,详述了我们的认知地图如何适应变化的环境,并阐明了如何不同类型的神经元如何连接在一起来形成这些认知地图。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上,论文标题为“Local transformations of the hippocampal cognitive map”。论文通信作者为剑桥大学的Julija Krupic。

在当前的这项研究中,他们记录了当大鼠在具有不同形状和边界的环境(如围框)中寻找食物时,它们的海马体中的一个被称作内嗅皮层(edial entorhinal cortex)的区域中的网格细胞。他们发现靠近变化的围框墙壁的网格细胞比那些距离更远的网格细胞迁移得更多:网格细胞作出的调整并不是同质的。

3.Science:利用TPCA方法分析细胞中的蛋白复合物动态变化
doi:10.1126/science.aan0346; doi:10.1126/science.aat0576


在一项新的研究中,来自新加坡科技研究局、新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学和杜克-新加坡国立大学医学院的研究人员开发出一种被称作热邻近共聚(thermal proximity coaggregation, TPCA)的方法来系统性地分析细胞中的蛋白复合物动态变化。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上,论文标题为“Thermal proximity coaggregation for system-wide profiling of protein complex dynamics in cells”。论文通信作者为新加坡科技研究局的Chris Soon Heng Tan博士和南洋理工大学的Pär Nordlund教授。TPCA是基于Nordlund团队在2013年开发出的一种被称作细胞热转移测定(Cellular Thermal Shift Assay, CETSA)的方法而被开发出来的。

在这项新的研究中,Nordlund团队尝试着利用CETSA方法分析细胞中的蛋白复合物发生的动态变化。这些研究人员猜测蛋白复合物中的蛋白亚基在加热变性后往往聚合在一起。他们利用CETSA方法确定上千种蛋白的溶解曲线,然后基于这些溶解乳腺之间的相似性分配一种TPCA特征,由此获得的这种方法就被称作TPCA。这种方法在很多已知的蛋白复合物中得到验证,可用来高通量地监控细胞内的蛋白复合物动态变化。

这些研究人员利用TPCA方法鉴定出很多没有差异性蛋白表达的蛋白复合物,如在细胞周期的S期期间受到调节的染色质结合蛋白复合物。他们还利用这种方法鉴定出6种细胞系中的细胞特异性的蛋白相互作用,这突显了这种方法在鉴定受到疾病影响的蛋白复合物的潜力。

4.Science:任性!基因组中的一些CpG故意地发生半甲基化
doi:10.1126/science.aan5480; doi:10.1126/science.aat0789


在一项新的研究中,来自美国埃默里大学的Chenhuan Xu和Victor Corces发现基因组中的一些CpG位点能够故意地而不是偶然地发生半甲基化(hemimethylated)。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上,论文标题为“Nascent DNA methylome mapping reveals inheritance of hemimethylation at CTCF/cohesin sites”。在这篇论文中,这两名研究人员描述了他们对DNA甲基化和在DNA复制后子链中的半甲基化DNA命运的研究。日本综合医学科学中心发育遗传学小组的Jafar Sharif和Haruhiko Koseki针对这项研究在同期Science期刊上发表了一篇观点类型的标题为“Hemimethylation: DNA's lasting odd couple”的论文。

DNA甲基化(甲基添加到DNA分子上)是一种修饰,用于调节植物和动物中的基因转录、胚胎发育和细胞分化。在动物(特别是哺乳动物)中,甲基化对称性地发生在CpG二核苷酸上,这导致CpG组分上相应的胞嘧啶碱基发生甲基化。但是,正如这两名研究人员指出的那样,这个过程在DNA复制过程中停止了,在这段时间内,一条未甲基化的子链和一条甲基化的母链一起工作,从而产生半甲基化的CpG二联体。此时的DNA就被称作半甲基化的DNA(hemimethylated DNA)。

为了更多地了解关于这个过程的信息,这两名研究人员绘制出三类DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, DNMT)靶向的DNA甲基化组(methylome),这显示了DNMT和子链中的胞嘧啶之间发生一些相互作用。他们还证实在多能性细胞的相互作用位点上,CpG半甲基化具有遗传性。更具体地说,他们发现在DNA复制过程中,在复制叉处,半甲基化的DNA被UHRF1(一种读取蛋白)结合,此后,DNMT1经招募后用于将半甲基化的CpG转化为对称性甲基化。这会重新恢复DNA复制之前存在的原始的对称性甲基化。他们还发现DNMT1结合的新生DNA片段绝大部分是半甲基化的。这提示着半甲基化实际上可能起着稳定染色质相互作用的作用。

5.Science:重磅!我国科学家证实高纤维膳食可改善2型糖尿病患者的健康
doi:10.1126/science.aao5774


根据一项开创性的高纤维膳食研究,在2型糖尿病患者中,利用富含多种纤维的膳食促进特定的一组肠道细菌生长会导致更好的血糖控制、更大的体重减轻和更好的脂质水平。这一发现可能很快会改善对2型糖尿病的治疗。这项研究是来自中国上海交通大学、上海市松江区泗泾医院、上海市松江区泗泾镇社区卫生服务中心、江苏省启东市人民医院和陆军军医大学(第三军医大学)的研究人员开展的。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上,论文标题为“Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes”。论文通信作者为上海交通大学附属第一人民医院内分泌科主任、糖尿病研究室主任、主任医师、内科学教授、博士研究生导师彭永德(Yongde Peng)医学博士;上海交通大学生命科学技术学院副院长赵立平(Liping Zhao)教授;上海交通大学微生物代谢国家重点实验室张晨虹(Chenhong Zhang)博士。

赵立平教授、彭永德教授及其团队将2型糖尿病患者随机分为两组:对照组和治疗组。对照组接受标准的患者教育和饮食建议。治疗组被给予大量的多种类型的膳食纤维,同时摄入类似的饮食用于提供能量和主要的营养物。这两组患者均服用药物阿卡波糖(acarbose)来协助控制血糖。

高纤维膳食包括全谷物、富含膳食纤维和益生菌的中国传统药膳,它们促进产生短链脂肪酸的肠道细菌生长。在12周后,摄入高纤维膳食的患者的3个月平均血糖水平发生更大的下降,他们的空腹血糖水平也下降得更快,而且他们失去了更多的体重。

令人吃惊的是,在利用下一代测序鉴定出的141种产生短链脂肪酸的肠道细菌菌株中,摄入更多的纤维仅促进15种肠道细菌菌株的生长,因而可能是改善健康状况的关键驱动因素。在高纤维膳食的促进下,它们提高短链脂肪酸丁酸和乙酸的水平,从而成为肠道中的优势菌株。这些短链脂肪酸创造一个弱酸性的肠道环境,这会降低有害细菌群体的数量,并导致胰岛素产量增加和更好的血糖控制。

6.Science:肠道细菌迁移到肠外组织竟可导致自身免疫疾病
doi:10.1126/science.aar7201; doi:10.1126/science.aat0835


根据来自美国耶鲁大学的研究人员开展的一项新研究,在小鼠和人类的小肠中发现的细菌能够迁移到其他的器官并且触发自身免疫反应。这些研究人员说,他们还发现这种自身免疫反应能够利用抗生素或靶向这些细菌的疫苗加以抑制。这些发现提示着治疗包括系统性红斑狼疮和自身免疫性肝病在内的慢性自身免疫性疾病的有前景的新方法。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上,论文标题为“Translocation of a gut pathobiont drives autoimmunity in mice and humans”。

肠道细菌已与包括以免疫系统攻击健康组织为特征的自身免疫疾病在内的一系列疾病有关。为了阐明这一关联性,这些来自耶鲁大学的研究人员着重关注鹑鸡肠球菌(Enterococcus gallinarum)。他们发现这种细菌能够自发地从肠道“迁移”到淋巴结、肝脏和脾脏中。

遗传易感性小鼠模型中,这些研究人员观察到,在肠道外面的组织中,鹑鸡肠球菌引发自身抗体产生和炎症---自身免疫反应的特征。他们证实这种相同的炎症机制也存在于体外培养的健康人肝细胞中,以及这种细菌存在于自身免疫疾病患者的肝脏中。

通过进一步的实验,这些研究人员发现,他们能够利用抗生素或针对鹑鸡肠球菌的疫苗来抑制小鼠体内的自身免疫反应。无论采用哪种方法,这些研究人员都能够抑制组织中的这种细菌生长,并减弱它对免疫系统的影响。

7.Science:假新闻要比真相在网上更快地传播
doi:10.1126/science.aap9559


全世界都在担心假新闻(false news)和它可能对影响政治、经济和社会福祉产生的影响。 为了理解假新闻是如何传播的,Soroush Vosoughi等使用了2006年到2017年在推特上散布的谣言传播链数据集。大约126000个谣言是由大约300万人传播的。假新闻要比真相传达到更多的人的耳朵中;1%的顶级假新闻传播链在1000到100000人之间进行传播,然而真相缺很少传播到到1000多人。假新闻也比真相扩散得更快。 新奇程度和接受者的情绪反应可能是这些观察到的差异的原因。

8.Science:持续的气候变暖导致海洋生物生产力下降
doi:10.1126/science.aao6379; doi:10.1126/science.aat0795


预计温室气体排放量的增加可能会抑制海洋生物生产力达一千年或更长时间。 随着气候变暖,南半球的西风将加强并向极地转移,地表水将升温,海冰消失。J. Keith Moore等人指出这些变化的一个影响将是海洋生物生产力的急剧下降。 这种下降将是由全球范围内的营养物重新分配导致的,营养物到深海的转移将是净转移。 到2300年,这可能会导致全球渔业产量下降20%以上,而北大西洋地区的渔业产量可能会下降近60%。

9.Science:鉴定出调节肠道上皮粘着连接稳定性的结肠炎风险基因---C1orf106
doi:10.1126/science.aan0814; doi:10.1126/science.aat0835


炎症性肠病(IBD)是一类与胃肠道炎症相关的疾病。 结肠炎是一种影响结肠内壁的IBD类型,并且已与一个被称作C1orf106的基因存在关联。Vishnu Mohanan等人发现C1orf106编码的蛋白让上皮连接完整性保持稳定,并且增强屏障防御。 在C1orf106中,与IBD相关的突变导致更高的细胞粘附素-1(cytohesin-1)水平、E-钙粘蛋白定位变化和增强的肠道病原体易感性。 因此,对C1orf106进行调节可能有望治疗结肠炎和其他的IBD。

10.Science:从干细胞到功能性心脏,揭示Mesp1基因发挥的关键作用
doi:10.1126/science.aao4174; 10.1126/science.aat0230


在一项新的研究中,来自比利时布鲁塞尔自由大学和英国剑桥大学的研究人员鉴定出关键基因Mesp1在心血管细胞谱系分离(cardiovascular lineage segregation)的最早阶段发挥的作用。这一发现可能有助于更好地理解先天性心脏缺陷。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“Defining the earliest step of cardiovascular lineage segregation by single-cell RNA-seq”。

心脏是发育过程中形成的第一个器官,包含四个区域(心室和心房),这些区域含有执行特殊功能的细胞:跳动的心肌细胞确保泵血活性;血管细胞形成血管内壁;起搏细胞(pacemaker cell)调节着心跳。在这项新的研究中,由布鲁塞尔自由大学干细胞与癌症实验室的Cédric Blanpain教授和剑桥大学的Berthold G?ttgens教授领导的一个研究团队利用单细胞分子谱(single cell molecular profiling)和谱系追踪(lineage tracking)技术鉴定出Mesp1在心血管细胞谱系分离的最早阶段发挥的作用。

通过开展生物信息学分析,这些研究人员鉴定出在这些早期的表达Mesp1的心血管祖细胞中,不同的细胞群体对应于定向产生不同的心脏细胞谱系和心脏区域,并且鉴定出与早期的心脏细胞谱系限制(lineage restriction)和心脏区域分离(regional segregation)相关的分子特征。虽然心血管祖细胞尚未分化,但是这些新的分析结果表明它们已“做好准备”或受到预先指定产生心肌细胞或血管细胞。这些研究人员发现在这个早期的发育阶段,这些不同的细胞人群也是在不同的时间点产生的,并且存在于特定的位点。最后,这些研究人员鉴定出心脏细胞谱系和血管细胞谱系之间的最早分支点,并且证实在早期的胚胎发育期间,Notch1是定向产生血管细胞谱系的早期祖细胞的标志物。(生物谷 Bioon.com)

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