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2019年11月15日Science期刊精华,我国科学家同期发表三篇Science论文

来源:本站原创 2019-11-26 23:59

2019年11月26日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2019年11月15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.我国科学家发表两篇Science论文,揭示灵长类动物胚胎发育之谜
doi:10.1126/science.aax7890; doi:10.1126/science.aaw5754; doi:10.1126/science.aaz6976


原肠胚形成(gastrulation)是发育中的里程碑事件,它涉及早期胚胎发生中出现的一系列复杂的分子、物理和能量重塑转变。不同物种间的这种转变过程各不相同,导致地球上动物形态的多样性。由于技术和伦理上的限制,灵长类动物原肠胚形成的分子和细胞机制尚不清楚。缺乏处于原肠胚形成阶段的灵长类动物胚胎样品限制了科学家们对灵长类动物中这一关键事件的理解。近期,人类胚胎在体外培养了12到13天。许多政府和国际组织建议不要让人类胚胎在体外培养超过14天。因此,有理由期待对非人灵长类动物胚胎模型系统的分析将阐明原肠胚形成机制,并有望阐明人类发育以及早期发育过程中出现的过程异常如何导致发育缺陷和疾病。

猴子长期以来被认为是一种可靠的研究人类生理和病理事件的动物模型,这是因为它们在基因组和形态学特征上与人类高度相似。在两项新的研究中,我国研究人员开发出一种体外培养(in vitro culture, IVC)系统来研究食蟹猴胚胎植入后发育到原肠胚形成阶段和超过原肠胚形成阶段(受精后第9~20天)。相关研究结果发表在2019年11月15日的Science期刊上,论文标题分别为“In vitro culture of cynomolgus monkey embryos beyond early gastrulation”和“Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture”。

在第一项研究中,来自中国科学院的研究人员开发出一种可在受精后长达20天的时间内支持食蟹猴胚胎在体外培养的系统。通过将组织学染色和免疫荧光染色与单细胞RNA测序(RNA-seq)分析相结合,他们发现这些体外培养的猴子胚胎的发育超过了早期的原肠胚形成阶段,并概述了灵长类动物体内胚胎植入后早期发育的关键事件。

在第二项研究中,来自我国昆明理工大学、深圳华大基因研究院和中国科学院等研究机构的研究人员开发出一种体外培养系统,它能够在实验室中研究灵长类动物胚胎的生长过程,同时也能帮助研究人员首次观察到胚胎关键发育过程中的分子细节。这项研究是在非人类的灵长类动物细胞中进行的,其对于人类早期发育的研究也具有重要的意义;能提供早期胚胎发育的信息,并提供关键信息来改善人类再生医学的研究进度。

总之,这两项研究建立了一种体外培养系统,它可以支持食蟹猴胚胎在体外的发育超过早期原肠胚形成阶段。这些IVC胚胎概述了体内的灵长类动物胚胎在植入后早期发育的许多关键事件。这种猴子体外培养系统为在未来研究早期胚胎发生的灵长类动物特有的分子特征和机制提供了一种平台,这些分子特征和机制可能与早期发育中出现的人类疾病有关。

2.Science:中美科学家联手从结构上揭示RSC复合物作用机制,有助产生针对癌症的新见解
doi:10.1126/science.aay0033


控制染色体结构的细胞机器,比如RSC复合物,在大约五分之一的人类癌症中发生突变。如今,在一项新的研究中,来自中国清华大学、北京大学和美国犹他大学医学院的研究人员首次构建出RSC复合物的高分辨率视觉图,阐明了这种多蛋白机器的工作原理及其在健康细胞和癌细胞中的作用。论文通讯作者为清华大学生命科学学院长聘副教授陈柱成(Zhucheng Chen)博士、北京大学生命科学学院教授高宁(Ning Gao)博士和犹他大学医学院亨斯迈癌症研究所癌症研究员Bradley Cairns博士。相关研究结果于2019年10月31日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Structure of the RSC complex bound to the nucleosome”。

基因表达是所有活的有机体中每个细胞行为的基础。基因表达为细胞提供了协调其行为--包括生长、死亡和对细胞环境变化作出反应---的蓝图。基因表达对于活的健康细胞和癌细胞是必不可少的。但是,癌细胞表达的基因携带着有缺陷的指令,这经常导致生长失控。RSC及其相关复合物是染色体结构和基因表达的关键调节因子。一旦RSC复合物与基因组结合,它就会执行类似机器的运动,暴露染色体中的DNA片段,从而引发基因表达。

这些研究人员确定了这种复合物如何与染色体协同发挥作用。这些发现将会对某些癌症的产生方式提供非常重要的新见解。鉴于RSC复合物在健康细胞和癌细胞中都起着重要作用,如今他们可以准确地可视化观察RSC复合物的高分辨率图,包括它的所有组分。他们能够观察到这种复合物如何与染色体和DNA相互作用以及如何移动。这提供了至关重要的信息,有助于人们了解RSC类似的复合物如何参与癌症的产生。

3.Science:激活ISR开关有望治疗唐氏综合征
doi:10.1126/science.aaw5185; doi:10.1126/science.aaz7128


唐氏综合征(Down syndrome)是智力障碍的最常见遗传原因,目前尚无有效的治疗方法。记忆缺陷是这种疾病的典型特征。在一项新的研究中,来自美国贝勒医学院等研究机构的研究人员报道一种称为整合应激反应(integrated stress response, ISR)的保守性应激途径中的缺陷可能解释了唐氏综合征小鼠模型中的认知缺陷。相关研究结果发表在2019年11月15日的Science期刊上,论文标题为“Activation of the ISR mediates the behavioral and neurophysiological abnormalities in Down syndrome”。

这些作者发现,ISR在重现人类唐氏综合征患者认知缺陷的小鼠模型的大脑中被激活,并且也在患者的死后人类大脑样本中被激活。更重要的是,不论是通过遗传手段,还是通过药物手段抑制ISR,可以逆转这些小鼠的记忆缺陷。这些发现支持在未来的研究中探究调节ISR是否可能有助于治疗唐氏综合征和因ISR途径受到干扰而导致的其他疾病。

4.Science:拟杆菌肌球蛋白肽模拟物触发致命性的炎症性心肌病
doi:10.1126/science.aav3487; doi:10.1126/science.aaz4400


心肌炎(myocarditis)是心肌的长期慢性炎症,最终可能发展为炎症性心肌病(inflammatory cardiomyopathy),这是一种与心力衰竭有关的严重疾病。识别肌球蛋白重链6衍生肽的活化辅助性T细胞(Th细胞)被认为在此发病机制中起着核心作用。通过使用心肌炎小鼠模型,Gil-Cruz等人发现心脏肌球蛋白反应性Th细胞最初是由肠道中共生的拟杆菌产生的肌球蛋白肽模拟物活化的。与作为对照的健康人不同的是,人类心肌炎患者还显示出对拟杆菌蛋白抗原和心脏肌球蛋白抗原均具有可检测的免疫反应性。抗生素治疗可减轻炎症反应和致命性的心脏病产生。

5.Science:淡水中碳酸氢盐浓度的增加导致植物群落组成变化
doi:10.1126/science.aay5945; doi:10.1126/science.aaz9096


根据淡水植物的光合特性,人们可将它们大致分为两大类:一类以二氧化碳为碳源,而另一类则使用碳酸氢盐。Iversen等人发现,这两种无机碳形式在水中的相对浓度决定了整个淡水生态系统中植物群落的功能组成。他们绘制的全球图谱揭示了这种植物群落组成是由集水区地质而不是气候决定的(与陆地领域相反,在那里,植物群落特征是由温度和降雨决定的)。 土地利用变化的人为影响导致淡水集水区中碳酸氢盐浓度的大规模增加,因此导致其水生植物群落组成的全面变化。

6.Science:揭示多因素影响全球变化
doi:10.1126/science.aay2832; doi:10.1126/science.aaz9000


全球环境变化是由多种自然因素和人为因素驱动的。Rillig等人关注的是全球变化对土壤的影响,他们指出几乎所有已发表的研究一次只考虑一个或两个因素。在实验室实验中,他们在2到10个因素的水平上单个或组合地测试了10个影响全球变化的因素。他们发现无法通过单效反应来预测土壤的性质、过程和微生物群落,并且多种因素共同产生意想不到的反应。 他们得出结论,单因素研究对于发现机制仍然很重要,但是全球变化生物学需要更充分地包含影响生态系统的众多驱动因素。(生物谷 Bioon.com)

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