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2018年8月31日Science期刊精华

来源:本站原创 2018-09-07 22:35

2018年9月7日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年8月31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:儿童骨癌在被确诊前就可能已潜伏多年
doi:10.1126/science.aam8419; doi:10.1126/science.aau8231


尤文氏肉瘤(Ewing sarcoma)是一种罕见的癌症,主要发生在年轻青少年的骨骼或软组织中,并且是儿童和年轻人中第二种经常被确诊的骨癌。它的治疗方法包括化疗、放疗和尽可能移除受影响的骨骼部位的外科手术。然而,在过去的40年里,这些严厉的治疗方案几乎 没有改变,而且大约三分之一的患者治疗失败了。

癌症是一种遗传性疾病,而且在尤文氏肉瘤中,两个特定的基因---EWSR1和ETS--融合在一起。为了解导致这种情况的遗传事件,在一项新的研究中,来自加拿大、美国、英国、日本和德国的研究人员对124种肿瘤样品的基因组进行了测序和分析。他们在尤文氏肉瘤和其 他儿童癌症中发现了大规模的基因重排,而且这些重排可能需要数年的时间才能在骨骼或软组织中形成。这些研究结果将有助于解开儿童癌症形成的原因,并为在未来找到诊断和治疗这些癌症的方法奠定基础。他们还发现在近一半的病例(42%)中,当DNA完全自我重排 形成这种复杂的DNA环时,这种主要的基因融合就发生了。相关研究结果发表在2018年8月31日的Science期刊上,论文标题为“Rearrangement bursts generate canonical gene fusions in bone and soft tissue tumors”。

这些研究人员还发现,具有这些复杂基因重排的尤文氏肉瘤要比那些具有简单基因融合的尤文氏肉瘤更具侵袭性,并且任何肿瘤复发都需要不同的治疗方法。了解这一点可能帮助临床医生为每位患者提供最佳的治疗方案。

2.Science:开发出一种小到足以移动单链DNA的“分子料斗”
doi:10.1126/science.aat3872


在一项新的研究中,来自英国牛津大学的研究人员构建出一种能够通过蛋白纳米管移动单链DNA的“分子料斗(molecular hopper)”。相关研究结果发表在2018年8月31日的Science期刊上,论文标题为“Directional control of a processive molecular hopper”。论 文通信作者为牛津大学化学系教授Hagan Bayley。

这种小型分子料斗的工作原理是按顺序产生和破坏简单的连接到一个纳米级轨道上的化学键。这能够利用较小的电势加以打开、关闭或逆转,从而最终可能让它适合用于纳米孔DNA测序装置中。

这些研究人员通过产生能够进行亚纳米级跳步(hopping step)的分子而显著推动了这种技术的发展。他们能够每次一步地检测这些亚纳米级跳步并且对它们进行外部控制。

当前,这种分子料斗完成一次跳步需要几秒钟的时间。如今,这些研究人员试图增加化学反应速度和这种纳米级轨道的长度。

3.Science:从毒液中寻找拯救生命的疗法
doi:10.1126/science.aau7761


有毒的爬行动物、虫子和海洋生物都有着臭名昭著的名声,它们是危险的有时是威胁生命的生物。但是,在一项新的论文中,论文第一作者、美国纽约市立大学研究生中心化学与生物化学副教授Mandë Holford及其同事们详细介绍了技术和不断增加的对毒液进化的理解如 何为开发能够治疗糖尿病自身免疫疾病、慢性疼痛和其他疾病的全新类药物指明了方向。相关论文发表在2018年8月31日的Science期刊上,论文标题为“Venoms to the rescue”。

根据Holford及其同事们的观点,有毒物种占记录的地球生物多样性的15%以上,并且它们几乎能够在所有的海洋和陆地栖息地中发现到。尽管如此,科学家们研究过的毒液数量仍然是很少的,这是因为在此之前他们缺乏适当的技术来分析从这些大多数是小的物种中提取 出的微量毒液。但是,组学(omics)技术(描述有机体中的分子结构的作用、关系和行为的技术)上的创新使得研究人员能够发现特定有毒物种的进化变化和多样化,这可能对开发能够精确靶向和结合在某些人类疾病中有活性的分子的新药物是有用的。

Holford说,“更多了解有毒物种的进化历史能够帮助我们针对毒液化合物在治疗疾病中的潜在用途作出更有针对性的决定。新的环境、某种物种的猎物产生毒液抗性和其他因素都可能导致该物种发生进化以便生存下来。这些变化能够产生新的化合物---其中的一些可能 在药物开发中是非常有用的。”

4.Science:科学家利用光遗传学工具成功鉴别出癌细胞中信号网络的动态变化
doi:10.1126/science.aao3048; doi:10.1126/science.aau8059


近日,一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中,来自加利福尼亚大学的研究人员通过研究发现,改变细胞用来彼此交流的信号或会诱发基因转录结果的改变,从而可能导致肿瘤产生;文章中,研究人员利用光遗传学技术来进行细胞外的信号转导,从而研究其对细胞 增殖的影响。

研究者Walter Kolch表示,细胞间的信号转导通路(STPs)能够促进细胞的生化反应转化成为可预见的结果,甚至存在外来干扰的情况下也能实现这样的结果,这表明有能有效区分不同信号的能力;此外研究人员还发现,诸如这种区分过程能通过引入信号的改变来增强 ,比如改变上升时间、持续时间、衰减率和振幅等。

文章中,研究人员利用了一种光控机制按需激活和灭活了鸟苷三磷酸(GTP)Ras,GTP是一种能携带磷酸和焦磷酸基团的核苷酸,其所携带的基团主要涉及直接将化学能转化为特定的生物合成途径,更具体地说,研究人员能够利用一种光遗传学工具来开启或关闭RAS或 BRAF激酶的表达,BRAF是一类能被生长因子受体激活的特殊蛋白质,研究者发现,这种改变或许能够影响转录结果,从而诱发细胞增殖。

5.Science:利用CRISPR构建出的突变条形码记录每个细胞的发育历史
doi:10.1126/science.aat9804


所有人的生命都起源自单个细胞(即受精卵),这个细胞重复地进行分裂,从而产生两个细胞,然后是四个细胞,然后是八个细胞,一直到组成新生儿的大约260亿个细胞。发育生物学的一大挑战是追踪这260亿个细胞是如何和何时从一个受精卵中产生的。迄今为止,这 个领域到只能捕获和分析这个发育过程的快照。

如今,在一项新的研究中,来自美国哈佛大学怀斯生物启发工程研究所、哈佛医学院、加州大学圣地亚哥分校和伊朗谢里夫理工大学的研究人员开发出的一种新方法最终有可能让这项艰巨的任务得以实现。这种方法利用不断变化的遗传条形码(genetic barcode)积极地 记录发育中小鼠的细胞分裂过程,从能够将小鼠体内的每个细胞谱系追溯到它的单细胞起源。相关研究结果于2018年8月9日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Developmental barcoding of whole mouse via homing CRISPR”。论文通信作者为哈佛大学怀斯生物启 发工程研究所和哈佛医学院的George Church博士和Reza Kalhor博士。

这些遗传条形码是利用特殊类型的DNA序列创建出来的,该序列编码一种称为归巢向导RNA(hgRNA)的修饰RNA分子,这种方法是由Church团队在2016年底开发出来的,发表在Nature Methods期刊上,标题为“Rapidly evolving homing CRISPR barcodes”。当酶Cas9存在 时,所设计出的hgRNA分子引导Cas9到基因组中存在的hgRNA序列上,随后Cas9在此处进行切割。当细胞修复这种DNA切割时,它能够在hgRNA序列中引入基因突变,随着时间的推移,这些突变足以产生独特的条形码。

这些研究人员首先培育出一种“创始小鼠(founder mouse)”,这种创始小鼠的基因组中散布着60个不同的hgRNA序列。他们随后让这种创始小鼠与表达Cas9蛋白的小鼠进行杂交,从而产生在受精后不久这些hgRNA序列就被切割并发生突变的受精卵。

每个hgRNA能够产生数百个突变等位基因;总的来说,它们能够产生独特的条形码,所产生的条形码包含着成年小鼠体内大约100亿个细胞中的每个细胞的完整发育谱系。

6.Science:对黄热病病毒的传播潜力进行基因组和流行病学监控
doi:10.1126/science.aat7115; doi:10.1126/science.aau8225


尽管存在有效的黄热病病毒(yellow fever virus, YFV)疫苗,但每年仍有近80000人死于这种感染。自2016年以来,YFV病毒感染病例在非洲和南美洲再次出现,而这正是这种疫苗供不应求的时候。人们担心的是,鉴于YFV病毒的传播载体是在全球无处不在的伊蚊属蚊 子,这种病例会从森林传播到城市。Faria等人将来自巴西的YFV病毒基因组学、流行病学和病例分布数据整合在一起,来估计地理传播的模式,病毒暴露的风险以及农村和城市的传播贡献。目前,巴西的黄热病病毒流行病似乎是由在森林地区访问时获得的感染触发的, 并表明存在着来自易感的野生灵长类动物的溢出效应。

7.Science:揭示单个二倍体人细胞的三维基因组结构
doi:10.1126/science.aat5641


除基因组的序列外,它的三维结构在调节基因表达方面也很重要。若要了理解细胞间变异,人们就需要在单细胞水平上理解这种结构。染色质构象捕获方法允许描述单倍体细胞中的基因组结构。如今,Tan等人报道了一种名为Dip-C的方法,该方法允许他们重建单个二倍 体人细胞的基因组结构。他们对不同细胞类型的研究凸显了三维基因组结构的组织依赖性。

8.Science:在气候变暖的情况下,害虫造成的农作物损失会增加
doi:10.1126/science.aat3466; doi:10.1126/science.aau7311


作物对气候变暖的反应表明随着生长季节的温度升高,产量会下降。 Deutsch等人表明这种影响可能会被害虫加剧。昆虫已毁灭了5%至20%的主要粮食作物。这些作者的模型表明,对于三种最重要的粮食作物---小麦、水稻和玉米,昆虫导致的产量损失将会随着温度每上升一度而增加10%至25%,而且在温带地区的产量损失最为严重。这些发现对全球粮食供应的进一步潜在气候影响进行估计,并且在未来针对作物-害虫-气候相互作用的区域和田间研究提供基准。

9.Science:利用过去的植被和气候变化记录预测未来的陆地生态系统变化
doi:10.1126/science.aan5360


当前的人为变化将会改变陆地生态系统,但这种变化的程度仍然是很难预测的。Nolan等人研究了人们记录的自21000年前最后一次冰川以来全球近600个地点的植被和气候变化记录。 由此,他们确定了植被对4°至7°C温度变化作出的反应。他们接着估计了在当前的类似(虽然更快)的变暖情景下生态系统变化的程度。如果没有实质性的减缓努力,陆地生态系统将在组成和结构上面临发生重大转变的风险。(生物谷 Bioon.com)

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2018年8月24日Science期刊精华

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