2019年9月27日Science期刊精华
来源：本站原创 2019-09-30 23:59
2019年9月30日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年9月27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：首个人类肾脏免疫图谱绘制doi:10.1126/science.aat5031根据最近一项研究，科学家通过绘制了将近70,000个来自早期生命和成年个体的肾脏细胞图谱之后，创建了首个人类肾脏免疫系统图谱。
2019年9月30日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年9月27日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science：首个人类肾脏免疫图谱绘制
doi:10.1126/science.aat5031
根据最近一项研究，科学家通过绘制了将近70,000个来自早期生命和成年个体的肾脏细胞图谱之后，创建了首个人类肾脏免疫系统图谱。这项研究由来自剑桥大学、Wellcome-Sanger研究所的研究人员等机构研究者完成，它首次显示了我们的肾脏免疫系统早在胚胎时期是如何发展，并如何在出生后和成年后逐渐增强的。该结果发表在《Science》杂志上，为理解肾脏免疫系统如何运作打开了大门，对解决多种类型的肾脏疾病和移植排斥反应具有重要意义。
为了了解肾脏的免疫系统，组织损伤或感染发生时会发生什么，如何导致慢性肾脏疾病以及拒绝移植肾的原因，研究人员绘制了第一张肾脏免疫系统图。为了在不同的发育阶段创建肾脏细胞图谱，他们研究了发育，儿童和成人肾脏组织。该团队使用单细胞RNA测序对67471个单个细胞中的基因活性进行了测序，以查明存在的免疫细胞的类型。然后，他们将这些细胞在从生命早期到成年阶段的整个发育过程中，以及在肾脏的解剖空间内作图，以了解肾脏的免疫系统如何发育和成熟。
研究人员发现，发育中的肾脏中最早出现的细胞是巨噬细胞，即吞噬有害细菌和病毒的大型白细胞，随着年龄的增长，它们仍保留在肾脏中。发育中的肾脏中几乎没有活性免疫细胞，这与认为发育中的婴儿相对无菌并且仅在出生时和出生后会遇到细菌的观点一致，这促使免疫系统随着我们的成长而发展。
2.Science：基因组图谱揭示多种免疫细胞参与多发性硬化的发生
doi:10.1126/science.aav7188; doi:10.1126/science.aay1439
根据最近在《Science》杂志上发表的最新研究结果，研究者们找到了多发性硬化的新型致病机制。在一项对115,803名个体的研究中，作者确定了人类基因组中233个位点，这些位点与MS的发病有关。该研究是迄今为止在MS领域中最大规模的，它基于47,429名MS患者和68,374名健康个体的DNA样本。研究结果证实此前的结论，并为多发性硬化发病的分子机制提供了丰富的新见解：似乎外周血和脑中许多不同免疫细胞类型的功能障碍导致一系列免疫反应的发生，最终导致脑部炎症和神经变性。
该研究的主要研究人员Philip De Jager博士是纽约市哥伦比亚大学欧文医学中心多发性硬化症中心以及转化与计算神经免疫学中心的负责人，他认为：“该研究表明这一疾病并非由单一免疫细胞类型引起，而是由免疫系统广泛功能障碍引起的。”在此之前，研究者们发现骨髓、血液中的免疫细胞对于多发性硬化的发生起着至关重要的作用。此外，小胶质细胞，即人类大脑中的免疫细胞，也被认为与疾病的发生有关。但是，几乎没有证据表明其他大脑细胞（例如大脑中的神经元）与多发性硬化之间的关系。
另一参与该研究的研究者，来自哈佛大学的Nikolaos Patsopoulos博士说：“我们的研究解释了多发性硬化的大约一半遗传特征。这项研究通过鉴定基因组中具有多个遗传变异的几个区域，突显了遗传对导致多发性硬化发生的复杂本质。此外，我们首次报道了X染色体上遗传变异与疾病的相关性。然而，要完全理解人类基因组如何参与MS，还有许多工作要做。”
3.Science：肠道菌群通过酶HDAC3调节宿主代谢的昼夜节律
doi:10.1126/science.aaw3134; doi:10.1126/science.aaz0224
哺乳动物代谢与与睡眠和进餐时间有关的每日循环（daily cycle）同步。有助于消化的肠道菌群也应当表现出每日循环也就不足为奇了。Kuang等人发现肠道菌群可以表观遗传地介导每日循环。肠道菌群在小肠的上皮细胞中诱导组蛋白脱乙酰基酶3（HDAC3）的节律性表达，但在结肠的上皮细胞中不会发生这一点。HDAC3表达驱动肠道代谢基因表达的振荡，尤其是对于营养物转运和脂质代谢。HDAC3还直接激活雌激素相关受体α，从而促进脂质吸收。因此，缺乏肠道菌群的小鼠不能调节它们的日常代谢，因而在摄入高脂食物时会变得肥胖。HDAC3循环中断可能是与抗生素对肠道菌群的破坏以及与时差和夜间工作造成的睡眠中断有关的人类肥胖的一种解释。
4.Science：人卵子中的染色体错误会在生殖寿命期间影响自然生育能力
doi:10.1126/science.aav7321
人类的生育率呈U形曲线，青少年和高龄产妇（35岁及以上）的生育率都较低。Gruhn等人发现这种独特的曲线源自人卵子中的染色体错误，从而导致基因组失衡和妊娠流失。 在年轻人和高龄人群中的错误类型和受影响的染色体是不同的，这表明当女性进入和退出生殖寿命时，两种不同的基于染色体的机制平衡了与妊娠和进化适应性相关的风险。这些作者表明染色体结构仅随着年龄的增长而发生退化，充当生殖衰老的“分子钟”。
5.Science：从结构上揭示TRPM8的门控机制
doi:10.1126/science.aax6672
薄荷味道凉爽，这是因为活性成分薄荷醇（menthol）激活了受体和钙通道TRPM8，该通道也对低温作出反应。之前的结构已揭示了TRPM8的结构及其结合配体的方式，但没有揭示它的门控机制。Diver等人利用低温电镜技术在3.0～3.6埃的分辨率下解析出鸟类TRPM8在没有配体结合的状态下、在拮抗剂结合的状态下和在钙离子结合的状态下的三维结构。他们观察到它在拮抗剂存在下处于闭合状态，在钙离子存在下需要大的构象变化才能进入脱敏状态。了解配体如何影响通道门控可能有助于药物设计。
6.Science：鉴定出决定地中海果蝇雄性性别的主基因MoY
doi:10.1126/science.aax1318; doi:10.1126/science.aaz0217
地中海果蝇（Ceratitis capitata）是一种高度破坏性的全球害虫。Meccariello等人在地中海果蝇的Y染色体上鉴定了用于决定雄性性别的主基因，并将其命名为MoY（Maleness-on-the-Y）。 通过基因操作，可将每种性别的地中海果蝇转化为另一种性别的地中海果蝇，并且转化后的地中海果蝇经杂交后产生了雄性和雌性后代。 MoY在橄榄实蝇（olive fruit fly）和入侵性的东方果蝇中是功能上保守的。这一发现有潜力在未来开发出基于不育雄性大量释放的昆虫遗传控制和基于基因驱动的策略。
7.Science：探究蛋白-纳米棒聚集体
doi:10.1126/science.aax5415; doi:10.1126/science.aay7776
蛋白与纳米颗粒的相互作用可以增强圆二色性信号，并提供灵敏的生物检测途径。但是，整体测量不足以解决等离子体耦合圆二色性（plasmon-coupled circular dichroism, PCCD）的起源。Zhang等人使用单颗粒圆形差分散射光谱技术以及相关的层析成像重建和电磁模拟来研究牛血清白蛋白和金纳米棒的单个聚集体（请参见Kim和Kotov的Perspective）。聚集体通过形成等离子体热点而有助于促进PCCD的出现，但单个纳米颗粒则不会促进。这种蛋白不仅可以简单地用作手性生色团，还可以组装手性纳米棒-蛋白复合物。
8.Science：栖息地连接性可增加生物多样性
doi:10.1126/science.aax8992
生态系统的碎片化导致剩余栖息地斑块（habitat patch）中生物多样性的丧失，但是保留连接走廊可以减少这些损失。通过使用来自大型重复实验的长期数据，Damschen等人定量显示如何减少这些损失。在他们的松树大草原系统中，连接走廊每年将栖息地斑块中植物灭绝的可能性降低大约2％，并且每年将栖息地斑块定植的可能性增加大约5％。在为期18年的实验过程中，这些收益不断增加。到监测结束时，已连接在一起的栖息地斑块具有的物种比未连接在一起的栖息地斑块多了14％。 因此，恢复栖息地的连接性可能是保护生物多样性的一项强有力的技术，对栖息地连接的投资有望扩大保护效益。
9.Science：利用超声波成像观察哺乳动物中的基因表达
doi:10.1126/science.aax4804
活细胞成像使我们能够实时观察细胞过程。大多数方法都依赖于光线，并且光线对组织的不良渗透限制了它们的应用。超声波穿透组织，而且对超声波作出反应的细胞报告分子近期已被开发出来。这些细胞报告分子是充满空气的蛋白结构，可它们来源的细菌中提供浮力，但是当被流体介质包围时，它们会反射声波。Farhadi等人实现了多个基因的表达，从而在哺乳动物细胞中构建出这些复杂的结构。除了优化报告蛋白产生和检测，他们还在小鼠肿瘤异种移植的原理验证实验中可视化观察了细胞。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science：首个人类肾脏免疫图谱绘制
doi:10.1126/science.aat5031
根据最近一项研究，科学家通过绘制了将近70,000个来自早期生命和成年个体的肾脏细胞图谱之后，创建了首个人类肾脏免疫系统图谱。这项研究由来自剑桥大学、Wellcome-Sanger研究所的研究人员等机构研究者完成，它首次显示了我们的肾脏免疫系统早在胚胎时期是如何发展，并如何在出生后和成年后逐渐增强的。该结果发表在《Science》杂志上，为理解肾脏免疫系统如何运作打开了大门，对解决多种类型的肾脏疾病和移植排斥反应具有重要意义。
为了了解肾脏的免疫系统，组织损伤或感染发生时会发生什么，如何导致慢性肾脏疾病以及拒绝移植肾的原因，研究人员绘制了第一张肾脏免疫系统图。为了在不同的发育阶段创建肾脏细胞图谱，他们研究了发育，儿童和成人肾脏组织。该团队使用单细胞RNA测序对67471个单个细胞中的基因活性进行了测序，以查明存在的免疫细胞的类型。然后，他们将这些细胞在从生命早期到成年阶段的整个发育过程中，以及在肾脏的解剖空间内作图，以了解肾脏的免疫系统如何发育和成熟。
研究人员发现，发育中的肾脏中最早出现的细胞是巨噬细胞，即吞噬有害细菌和病毒的大型白细胞，随着年龄的增长，它们仍保留在肾脏中。发育中的肾脏中几乎没有活性免疫细胞，这与认为发育中的婴儿相对无菌并且仅在出生时和出生后会遇到细菌的观点一致，这促使免疫系统随着我们的成长而发展。
2.Science：基因组图谱揭示多种免疫细胞参与多发性硬化的发生
doi:10.1126/science.aav7188; doi:10.1126/science.aay1439
根据最近在《Science》杂志上发表的最新研究结果，研究者们找到了多发性硬化的新型致病机制。在一项对115,803名个体的研究中，作者确定了人类基因组中233个位点，这些位点与MS的发病有关。该研究是迄今为止在MS领域中最大规模的，它基于47,429名MS患者和68,374名健康个体的DNA样本。研究结果证实此前的结论，并为多发性硬化发病的分子机制提供了丰富的新见解：似乎外周血和脑中许多不同免疫细胞类型的功能障碍导致一系列免疫反应的发生，最终导致脑部炎症和神经变性。
该研究的主要研究人员Philip De Jager博士是纽约市哥伦比亚大学欧文医学中心多发性硬化症中心以及转化与计算神经免疫学中心的负责人，他认为：“该研究表明这一疾病并非由单一免疫细胞类型引起，而是由免疫系统广泛功能障碍引起的。”在此之前，研究者们发现骨髓、血液中的免疫细胞对于多发性硬化的发生起着至关重要的作用。此外，小胶质细胞，即人类大脑中的免疫细胞，也被认为与疾病的发生有关。但是，几乎没有证据表明其他大脑细胞（例如大脑中的神经元）与多发性硬化之间的关系。
另一参与该研究的研究者，来自哈佛大学的Nikolaos Patsopoulos博士说：“我们的研究解释了多发性硬化的大约一半遗传特征。这项研究通过鉴定基因组中具有多个遗传变异的几个区域，突显了遗传对导致多发性硬化发生的复杂本质。此外，我们首次报道了X染色体上遗传变异与疾病的相关性。然而，要完全理解人类基因组如何参与MS，还有许多工作要做。”
3.Science：肠道菌群通过酶HDAC3调节宿主代谢的昼夜节律
doi:10.1126/science.aaw3134; doi:10.1126/science.aaz0224
哺乳动物代谢与与睡眠和进餐时间有关的每日循环（daily cycle）同步。有助于消化的肠道菌群也应当表现出每日循环也就不足为奇了。Kuang等人发现肠道菌群可以表观遗传地介导每日循环。肠道菌群在小肠的上皮细胞中诱导组蛋白脱乙酰基酶3（HDAC3）的节律性表达，但在结肠的上皮细胞中不会发生这一点。HDAC3表达驱动肠道代谢基因表达的振荡，尤其是对于营养物转运和脂质代谢。HDAC3还直接激活雌激素相关受体α，从而促进脂质吸收。因此，缺乏肠道菌群的小鼠不能调节它们的日常代谢，因而在摄入高脂食物时会变得肥胖。HDAC3循环中断可能是与抗生素对肠道菌群的破坏以及与时差和夜间工作造成的睡眠中断有关的人类肥胖的一种解释。
4.Science：人卵子中的染色体错误会在生殖寿命期间影响自然生育能力
doi:10.1126/science.aav7321
人类的生育率呈U形曲线，青少年和高龄产妇（35岁及以上）的生育率都较低。Gruhn等人发现这种独特的曲线源自人卵子中的染色体错误，从而导致基因组失衡和妊娠流失。 在年轻人和高龄人群中的错误类型和受影响的染色体是不同的，这表明当女性进入和退出生殖寿命时，两种不同的基于染色体的机制平衡了与妊娠和进化适应性相关的风险。这些作者表明染色体结构仅随着年龄的增长而发生退化，充当生殖衰老的“分子钟”。
5.Science：从结构上揭示TRPM8的门控机制
doi:10.1126/science.aax6672
薄荷味道凉爽，这是因为活性成分薄荷醇（menthol）激活了受体和钙通道TRPM8，该通道也对低温作出反应。之前的结构已揭示了TRPM8的结构及其结合配体的方式，但没有揭示它的门控机制。Diver等人利用低温电镜技术在3.0～3.6埃的分辨率下解析出鸟类TRPM8在没有配体结合的状态下、在拮抗剂结合的状态下和在钙离子结合的状态下的三维结构。他们观察到它在拮抗剂存在下处于闭合状态，在钙离子存在下需要大的构象变化才能进入脱敏状态。了解配体如何影响通道门控可能有助于药物设计。
6.Science：鉴定出决定地中海果蝇雄性性别的主基因MoY
doi:10.1126/science.aax1318; doi:10.1126/science.aaz0217
地中海果蝇（Ceratitis capitata）是一种高度破坏性的全球害虫。Meccariello等人在地中海果蝇的Y染色体上鉴定了用于决定雄性性别的主基因，并将其命名为MoY（Maleness-on-the-Y）。 通过基因操作，可将每种性别的地中海果蝇转化为另一种性别的地中海果蝇，并且转化后的地中海果蝇经杂交后产生了雄性和雌性后代。 MoY在橄榄实蝇（olive fruit fly）和入侵性的东方果蝇中是功能上保守的。这一发现有潜力在未来开发出基于不育雄性大量释放的昆虫遗传控制和基于基因驱动的策略。
7.Science：探究蛋白-纳米棒聚集体
doi:10.1126/science.aax5415; doi:10.1126/science.aay7776
蛋白与纳米颗粒的相互作用可以增强圆二色性信号，并提供灵敏的生物检测途径。但是，整体测量不足以解决等离子体耦合圆二色性（plasmon-coupled circular dichroism, PCCD）的起源。Zhang等人使用单颗粒圆形差分散射光谱技术以及相关的层析成像重建和电磁模拟来研究牛血清白蛋白和金纳米棒的单个聚集体（请参见Kim和Kotov的Perspective）。聚集体通过形成等离子体热点而有助于促进PCCD的出现，但单个纳米颗粒则不会促进。这种蛋白不仅可以简单地用作手性生色团，还可以组装手性纳米棒-蛋白复合物。
8.Science：栖息地连接性可增加生物多样性
doi:10.1126/science.aax8992
生态系统的碎片化导致剩余栖息地斑块（habitat patch）中生物多样性的丧失，但是保留连接走廊可以减少这些损失。通过使用来自大型重复实验的长期数据，Damschen等人定量显示如何减少这些损失。在他们的松树大草原系统中，连接走廊每年将栖息地斑块中植物灭绝的可能性降低大约2％，并且每年将栖息地斑块定植的可能性增加大约5％。在为期18年的实验过程中，这些收益不断增加。到监测结束时，已连接在一起的栖息地斑块具有的物种比未连接在一起的栖息地斑块多了14％。 因此，恢复栖息地的连接性可能是保护生物多样性的一项强有力的技术，对栖息地连接的投资有望扩大保护效益。
9.Science：利用超声波成像观察哺乳动物中的基因表达
doi:10.1126/science.aax4804
活细胞成像使我们能够实时观察细胞过程。大多数方法都依赖于光线，并且光线对组织的不良渗透限制了它们的应用。超声波穿透组织，而且对超声波作出反应的细胞报告分子近期已被开发出来。这些细胞报告分子是充满空气的蛋白结构，可它们来源的细菌中提供浮力，但是当被流体介质包围时，它们会反射声波。Farhadi等人实现了多个基因的表达，从而在哺乳动物细胞中构建出这些复杂的结构。除了优化报告蛋白产生和检测，他们还在小鼠肿瘤异种移植的原理验证实验中可视化观察了细胞。（生物谷 Bioon.com）
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