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2020年6月26日Science期刊精华

  1. OCT4
  2. RNA聚合酶
  3. Sox2
  4. 光合作用
  5. 圆二色光谱
  6. 核小体
  7. 瑞德西韦
  8. 眼睛
  9. 鸟嘌呤
  10. 黏连蛋白

来源:本站原创 2020-06-30 23:56

2020年6月30日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年6月26日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。1.Science:神奇的动物竟能让失去的眼睛重新长出!新研究揭示其中的奥秘doi:10.1126/science.aba3203; doi:10.1126/science.abc8066如果在淡水中生活的小型真涡
2020年6月30日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年6月26日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。
图片来自Science。

1.Science:神奇的动物竟能让失去的眼睛重新长出!新研究揭示其中的奥秘
doi:10.1126/science.aba3203; doi:10.1126/science.abc8066


如果在淡水中生活的小型真涡虫地中海圆头涡虫(Schmidtea mediterranea)的眼睛发生了什么意外,它们可以在几天内把眼睛长回来。它们是如何做到这一点的,这是一个科学难题---美国怀特黑德研究所的Peter Reddien实验室多年来一直在研究这个问题。

该实验室的最新项目提供了一些启示:在一项新的研究中,Reddien实验室的研究人员鉴定出一类新的细胞,在这种真涡虫完成重建它的神经回路的困难任务时,这些细胞可能作为一种路标(guidepost),帮助将它的轴突从眼睛引导到大脑中。相关研究结果发表在2020年6月26日的Science期刊上,论文标题为“Muscle and neuronal guidepost-like cells facilitate planarian visual system regeneration”。

真涡虫是研究再生的流行模型,它们可以重新长出身体的几乎任何部分;眼睛是一个有趣的研究部分,这是因为再生视觉系统需要真涡虫重新连接它们的神经元以连接到大脑。

当神经系统在胚胎中发育时,第一批神经纤维,称为先锋轴突(pioneer axon),蜿蜒穿过组织,形成感知和解释外部刺激所需的神经回路。轴突沿途得到称为路标细胞(guidepost cell)的特殊细胞的帮助。这些特殊细胞被安置在选择点--轴突的路径可能会在不同的方向发生分叉的地方。

2.Science:将圆二色光谱与质谱组合使用,可分离富含鸟嘌呤的DNA离子
doi:10.1126/science.abb1822; doi:10.1126/science.abc1294


在一项新的研究中,来自法国波尔多大学的研究人员开发出一种利用质谱法分离富含鸟嘌呤的DNA离子的方法。相关研究结果发表在2020年6月26日的Science期刊上,论文标题为“Mass-resolved electronic circular dichroism ion spectroscopy”。在这篇论文中,他们描述了他们的方法,以及如何可能将它用于扩展质谱结构分析的能力。英国曼彻斯特大学的Perdita Barran针对这项研究在同期Science期刊上发表了一篇标题为“Action spectra of chiral secondary structure”的评论类型文章,概述了对晶体中分子手性研究的历史,还对这项研究进行了概述。

这些研究人员指出,圆二色光谱(circular dichroism spectroscopy)是区分非相同镜像分子的主要工具。圆二色性是指介质具有左右平面偏振光不均匀吸收的特性,从而导致椭圆偏振的出射光出现。圆二色光谱技术是基于利用左右圆偏振光的吸收差异。但是,它需要使用溶液相样品,这使得对研究结果的解释变得困难,也限制了它在小分子中的使用。在这项新的研究中,他们开发出一种新的方法来实现同样的目标,并且更容易解释研究结果。

这项研究涉及到将圆二色光谱与质谱相结合。他们首先使用质谱仪分离出富含鸟嘌呤的携带大量离子的DNA序列。接着,他们用激光照射DNA---这迫使DNA离子失去一个电子,从而改变它的电荷状态。随后,通过测量这种反应的程度,他们能够确定这种DNA离子的手性和光的偏振。这使得他们能够获得离子的质谱图---然后,通过在不同的光偏振之间进行切换,他们能够计算出圆二色性。他们还对DNA与铵和钾反离子的复合物进行了研究,并因此获得了对单个分子溶剂化的新视角。

3.Science:接触方式的变化决定了中国COVID-19疫情的动态
doi:10.1126/science.abb8001


为了阻止2019年新型冠状病毒病(COVID-19)的传播,中国采取了密集的非药物干预措施。随着这种疾病的传播在其他国家加剧,年龄、接触模式、社会隔离、感染易感性和COVID-19动态之间的相互作用仍不清楚。为了回答这些问题,来自中国复旦大学等研究机构的研究人员分析了武汉和上海在疫情发生前和疫情发生期间的接触者调查数据以及湖南省的接触者追踪信息。在COVID-19的社会隔离期间,日常接触减少了7~8倍,大部分互动仅限于家庭。这些作者发现,0~14岁儿童比15~64岁成年人更不容易感染SARS-CoV-2病毒(优势比0.34,95%置信区间0.24~0.49),而65岁以上的人更容易感染(优势比1.47,95%置信区间1.12~1.92)。基于这些数据,这些作者建立了一个传播模型来研究社会隔离和学校关闭对疾病传播的影响。这些作者发现,中国在疫情爆发期间实施的社会隔离就足以控制COVID-19。虽然主动关闭学校本身不能阻断传播,但可以将发病高峰降低40%~60%,从而延缓疫情的发生。

4.全文编译!我国科学家从结构上揭示瑞德西韦抑制新冠病毒RNA依赖性RNA聚合酶机制
doi:10.1126/science.abc1560


SARS-CoV-2是一种正链RNA病毒。它的复制是由病毒非结构蛋白(nsp)的多亚基复制/转录复合物介导的。这种复合物的核心成分是RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)的催化亚基(nsp12)。nsp12本身几乎没有什么活性,其功能需要包括nsp7和nsp8在内的辅助因子,这些辅助因子可以增加RdRp的模板结合和持续合成能力。RdRp也被提出是一类称为核苷酸类似物的抗病毒药物---包括瑞德西韦(remdesivir, 也称为GS-5734)---的靶点,其中瑞德西韦是一种前体药物,在细胞内可转化为三磷酸形式的活性药物。因此,RdRp一直是结构生物学研究的重点。科学家们已解析出nsp7、nsp8以及nsp12-nsp7-nsp8复合物的结构,并提供了RdRp复合物的整体结构。然而,由于没有SARS-CoV-2 RdRp与RNA模板或核苷酸抑制剂所形成的复合物的结构,药物发现工作受到阻碍。

在一项新的研究中,来自中国科学院、浙江大学、清华大学、北京协和医院、无锡佰翱得生物科学有限公司、上海交通大学和浙江省免疫与炎症疾病重点实验室的研究人员解析出SARS-CoV-2 RdRp复合物在apo形式(apo form)下以及与模板-引物RNA和抗病毒药物瑞德西韦(Remdesivir)结合在一起时的两种低温电镜结构。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“Structural basis for inhibition of the RNA-dependent RNA polymerase from SARS-CoV-2 by remdesivir”。

COVID-19大流行已经在全球范围内造成了情感上的痛苦和经济负担。对病毒生命周期至关重要的酶,因其与宿主蛋白不同,是很好的抗病毒药物靶点。在病毒酶中,RdRp是现有许多核苷酸类药物的主要靶点。在这篇论文中,这些研究人员报道了SARS-CoV-2 RdRp复合物的apo形式以及与模板-引物RNA和活性形式的雷德西韦结合在一起时的结构。这些结构揭示了模板-引物RNA是如何被这种酶识别的,以及瑞德西韦如何抑制链的延伸。结构比较和序列比对表明,RdRp识别底物RNA和瑞德西韦抑制RdRp的模式在不同的RNA病毒中高度保守,这为设计基于核苷酸类似物的广谱抗病毒药物提供了基础。此外,这些结构为现有的核苷酸类药物(包括强效的EIDD-2801)的建模和修饰提供了一个坚实的模板。总之,这些观察结果为设计更强效的抑制剂来对抗SARS-CoV-2的恶性感染提供了合理的基础。

5.Science:适应性的人类额叶皮层
doi:10.1126/science.aba3313


在不同的任务之间灵活切换是人类的一种基本认知能力,它使我们能够有选择地只利用给定决策所需的信息。Minxha等人利用患者的单神经元记录,了解人脑在决策需要时如何按需检索记忆,以及检索到的记忆如何在大脑中动态地从颞叶到额叶。当不需要记忆时,只有额叶内侧皮层的神经活动与任务相关。然而,当结果选择需要记忆检索时,额叶皮层神经元与颞叶内侧记录的场电位发生相位锁定。因此,根据任务的需求,不同区域的神经元可以灵活地参与和脱离它们的活动模式。

6.Science:探究重复基因的命运
doi:10.1126/science.aaz5667; doi:10.1126/science.abc1796


有机体内的基因重复是进化过程中比较常见的事件。然而,我们无法预测重复基因的命运。它们会消失、进化,还是在一种生物系或物种内存在功能重叠?Kuzmin等人探讨了重复基因功能在酿酒酵母中的命运。他们研究了一两个重复基因(paralog)的实验性缺失如何影响酵母的适应性,并且能够确定哪些基因很可能已进化出新的基本功能,哪些基因保留了功能重叠,这些作者将这种情形称为纠缠(entanglement)。在这些结果的基础上,他们提出纠缠如何影响基因重复的进化轨迹。

7.Science:利用Fiber-seq探究染色质纤维的基本结构
doi:10.1126/science.aaz1646


染色体DNA的结构,包括核小体和无核小体区域沿单条染色质纤维的定位,是基因组功能的基础。然而,大多数测序方法不能在核苷酸水平上阐明这种结构。Stergachis等人提出了一种称为Fiber-seq的方法,它利用甲基转移酶将染色质纤维映射到下面的DNA模板上,从而在果蝇和人类细胞中创建一种模板。这种方法几乎在单分子水平上鉴定出染色质结构,并能监测核小体的位置。利用Fiber-seq,这些作者确定了调节性DNA激活与核小体定位和DNA变异之间的关系。

8.Science:解析出人黏连蛋白-NIPBL-DNA复合物的低温电镜结构
doi:10.1126/science.abb0981


黏连蛋白(cohesin)一种多蛋白复合物,它能捕获姐妹染色体进行染色体分离,并通过挤压DNA环来形成DNA组装,从而调节转录。Shi等人在中等分辨率下通过低温电镜解析出人黏连蛋白、蛋白NIBPL与DNA结合在一起时的结构,NIBPL有助于将黏连蛋白装载到DNA上。两个腺苷三磷酸酶结构域在黏连蛋白功能中起着关键作用。这种结构解释了NIBPL和DNA如何协同激活这些结构域,并揭示了DNA如何被黏连蛋白捕获。

9.Science:OCT4-SOX2基序在核小体上的读出机制
doi:10.1126/science.abb0074


细胞的身份是由特定转录因子的结合来确定的基因表达模式决定的。然而,核小体单元限制了转录因子对哺乳动物基因组内特定DNA基序的访问。为了研究转录因子如何结合这类染色质化、核小体嵌入的基序,Michael等人重点研究了多能性因子OCT4和SOX2。他们系统地量化了这些因子在整个核小体不同基序位置的相对亲和力,通过低温电镜实现了对核小体与OCT4-SOX2结合在一起时的结构测定。OCT4和SOX2合作结合,加强了DNA结合亲和力,并导致DNA扭曲,从而破坏了核小体的稳定。这一分析揭示了在体内得到验证的位置依赖性结合模式,为转录因子如何读出染色质化基序提供了新的见解。

10.Science:稳健吸收光线的简单性
doi:10.1126/science.aba6630; doi:10.1126/science.abc8063


光合作用的一个违反直觉的特点是,参与光吸收的主要色素---例如植物中的叶绿素a和b---并不都是在光谱的峰值处吸收,而是从峰值处相互偏移。Arp等人制定了一种网络模型,解释了使用具有这种吸收峰模式的色素如何缓解能量传输的内部和外部波动,最大限度地降低输出功率的噪声。该模型准确地再现了来自不同光谱环境的三种不同光合系统的吸收峰。这样的机制可能为生物光合过程提供了一个基本的稳健性,可以经过进一步调整来适应较长尺度的光强度波动。

11.Science:适应北极的犬类出现于更新世全新世过渡时期
doi:10.1126/science.aaz8599


早在距今大约9500年前,北极地区就已经有了用于雪橇的犬类。然而,最早的雪橇犬、其他犬类种群和狼之间的关系尚不清楚。Sinding等人对一只古代雪橇犬、10只现代雪橇犬和一只古代狼进行了测序,并分析了它们与其他现代犬的遗传关系。这一分析表明,雪橇犬代表了一个古老的犬类谱系,至少可以追溯到9500年前;狼与雪橇犬的祖先和接触前的美洲犬进行了繁衍。然而,雪橇犬和狼之间的基因流动很可能在大约9500年前就停止了。(生物谷 Bioon.com)

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