2021年10月29日Science期刊精华

2021年10月31日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年10月29日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

1.Science：揭示蛋白p21对衰老细胞进行免疫监视机制
doi:10.1126/science.abb3420

复杂的多细胞生物会遭受无数的细胞应激，这些应激可以通过细胞内在的适应和修复机制来控制。未能从中恢复的细胞会激活导致细胞受控死亡或细胞衰老的途径，从而限制了肿瘤转化的风险。越来越多的证据表明，细胞间的交流在应对细胞应激方面也发挥着重要作用。例如，经历DNA损伤的细胞展示促进淋巴细胞识别的细胞表面配体，并分泌吸引髓样细胞的细胞因子。此外，经历细胞衰老的细胞产生称为衰老相关分泌物表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）的生物活性分泌蛋白组（bioactive secretome），这有利于免疫系统识别衰老细胞。

因遭受应激而变得衰老的细胞与癌症以外的多种生物过程有关，包括发育、组织修复、老化和年龄相关性疾病，这可能归因于SASP的旁分泌作用。为了更好地了解衰老细胞的分子特性，来自美国梅奥诊所的研究人员在一项新的研究中试图通过筛选在应激源、细胞类型和哺乳动物物种中保守的衰老相关超级增强子附近的基因来确定衰老细胞身份的关键决定因素。通过这种方法，他们确定了p21（Cdkn1a），它编码细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂p21，并对它从细胞首次经历应激到变得衰老时的功能进行了深入分析。相关研究结果发表在2021年10月29日的Science期刊上，论文标题为“p21 produces a bioactive secretome that places stressed cells under immunosurveillance”。

P21对应激细胞进行免疫监测。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abb3420。

这些作者发现p21除了维持衰老细胞的细胞周期停滞的功能外，还在通过蛋白Rb依赖性转录（包括选定的SMAD和STAT转录因子）建立SASP方面起着突出的作用。尽管这一转录程序在衰老细胞中仍然活跃，但p21启动这一程序是对与细胞周期停滞同时发生的细胞应激作出的第一反应。由此产生的即时早期分泌蛋白组，他们称之为p21激活的分泌表型（p21-activated secretory phenotype, PASP），涉及几百种因子，包括招募巨噬细胞来监视p21升高的应激细胞（即遭受应激的细胞）的趋化因子CXCL14。在小鼠肝脏中，如果细胞在诱导后4天内使p21水平恢复正常，这些巨噬细胞就会脱离。然而，如果p21仍然升高，相邻的巨噬细胞就会向M1表型分化，而细胞毒性T淋巴细胞就会到来，在衰老的经典标志物尚未检测到时靶细胞消除。这种情况也发生在致癌性KRAS介导的p21诱导下，突出了未被发现的免疫监视机制与肿瘤抑制的生理学相关性。相比之下，CDK抑制剂p16在衰老细胞中经常升高，也通过Rb低磷酸化停止细胞周期的进展，但在小鼠肝脏中过量表达时并不诱导免疫监督。虽然p16诱导产生的即时早期分泌蛋白组主要由与PASP重叠的因子组成，但因子要少得多，而且没有CXCL14。对CDK抑制剂p21的研究进一步表明，协调诱导细胞周期停滞和免疫监视是p21的一个独特的特征。

2.Science：揭示表达异戊二烯基化OAS1的人不会患上严重的新冠肺炎
doi:10.1126/science.abj3624

在一项新的研究中，来自英国格拉斯哥大学、牛津大学、剑桥大学、爱丁堡大学、巴西坎皮纳斯大学和亚马逊州肿瘤控制中心等研究机构的研究人员部分解决了为什么有些人对COVID-19的自然抵抗力比其他人差的谜团。相关研究结果于2021年9月28日在线发表在Science期刊上，论文标题为“A prenylated dsRNA sensor protects against severe COVID-19”。在这篇论文中，他们描述了他们对干扰素系统的研究以及干扰素系统在对抗SARS-CoV-2病毒中所发挥的作用。

干扰素刺激的基因表达筛选实验揭示具有抗SARS-CoV-2活性的候选因子，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abj3624。

这些作者筛选到一种称为OAS1的酶，它在检测到SARS-CoV-2病毒时对干扰素信号作出反应，以召唤免疫反应。作为一种能够激活RNase L的dsRNA传感蛋白，OAS1通过RNase L有效地抑制SARS-CoV-2。先前的研究已表明作为信号传递过程的一部分，OAS1通过异戊二烯基（prenyl）附着在细胞膜上。先前的研究还表明这种信号传递可以抑制SARS-CoV-2病毒的复制。

这些作者进一步发现一种常见的剪接受体SNP（Rs10774671）决定着人们是表达与细胞膜结合的、感知SARS-CoV-2 RNA特定区域的异戊二烯基化 OAS1（即经过异戊二烯基修饰的OAS1）异构体，还是只表达位于细胞质中的、不能有效检测SARS-CoV-2的非异戊二烯基化的 OAS1异构体。重要的是，在住院患者中，异戊二烯基化 OAS1的表达与患者免患重症COVID-19有关，这表明这种抗病毒防御是保护性抗病毒反应的一个重要组成部分。

3.Science：阳光海洋中真核浮游生物生物地理学的全球驱动因素
doi:10.1126/science.abb3717

海洋浮游生物位于海洋食物链的底部，驱动着全球生物地球化学通量，对其分布的了解是理解海洋对环境变化反应的关键。Sommeria-Klein等人利用分类群共同出现的概率模型探讨了真核浮游生物的生物地理学模式和驱动因素，以比较70个主要群体的生物地理学，包括各种尺寸分数和生态环境。该分析是基于来自全球几个海洋省份的129个站点的元编码数据。样品来自阳光下的表层水，在大约一半的站点中，样品来自深层叶绿素峰值区。一个重要的信息是，小型光合生物主要按纬度分布，而较大的摄入者则按海洋盆地划分。

4.Science：在温暖潮湿的亚洲高山地区，河流沉积物通量显著增加
doi:10.1126/science.abi9649

亚洲高山地区的气候正在变得更加温暖和潮湿。Li等人提供的数据显示，在过去60年中，发源于该地区的河流经历了径流和泥沙通量的大幅增加，自1990年代中期以来最为显著。这些作者预测，在极端气候变化的情况下，这些河流的泥沙通量到2050年可能会增加一倍以上，可能会对该地区的水电能力、粮食安全和环境造成严重影响。

5.Science：揭示NIN加工根瘤中的固氮作用
doi:10.1126/science.abg2804

豆科植物的根瘤为细胞内细菌共生体固定大气中的氮创造了一个环境。主调控因子NODULE INCEPTION（NIN）控制着根瘤起始的许多方面，这些作者证明它也通过信号肽酶复合物的蛋白水解处理来调节向固氮的过渡。对NIN的加工产生一种羧基末端的含有DNA结合基序的NIN片段，该片段激活了与共生体发育和固氮有关的一系列基因。在蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）和百脉根（Lotus japonicus）中也观察到类似的NIN加工，这提示着一种保守的细胞状态转换机制。这些发现解释了豆科植物的根瘤是如何过渡到固氮状态的，以及一种转录因子可以调节在激活和调节固氮过程中所必需的许多不同的发育过程的机制。

6.Science：揭示NIN样蛋白转录因子调控豆科植物根瘤中的豆血红蛋白基因
doi:10.1126/science.abg5945

豆血红蛋白通过引导氧气用于细菌呼吸，同时保持微氧环境以保护对氧气敏感的固氮酶，使豆科植物根瘤中的分子氮的内生固定得以实现。我们发现NIN样蛋白（NLP）转录因子NLP2和NIN通过一种启动子基序直接激活了豆科植物血红蛋白的表达，该启动子基序类似于其他NLP靶向的硝酸盐反应元件（nitrate-responsive element, NRE）的“双倍”版本，其方向和位置在豆科植物中是保守的。对NRE样元件的CRISPR敲除导致相关的腿红蛋白的表达强烈下降。我们的研究结果表明，根瘤中用于氧气缓冲的NLP-豆血红蛋白模块的起源可以追溯到NLP与非共生血红蛋白的古老配对，这些血红蛋白在缺氧中发挥作用。

7.Science：土地被剥夺和被迫迁移对北美土著人民的影响
doi:10.1126/science.abe4943

迄今为止，我们对北美部分地区的原住民被殖民者剥夺土地并被迫迁移的程度缺乏精确的估计，也不知道他们被迁入的土地与他们原来的土地相比如何。Farrell等人在今天的美国境内构建了一个新的数据集，发现土著人的土地密度和分布已经减少了近99%。他们被强行迁移到的土地更容易受到气候变化的影响，包含的资源也更少。他们还讨论了这些发现的研究和政策意义。

8.Science：揭示第一代MsbA抑制剂的独特变构机制
doi:10.1126/science.abi9009

跨膜ATP结合盒（ABC）转运蛋白是关键的细胞机器，可以将大大小小的分子穿过膜。在革兰氏阴性细菌中，外膜生物生成得到了一种叫做MsbA的ABC转运蛋白的帮助，它将脂多糖从细胞膜的内面翻转到外膜面。Thélot等人确定了与MsbA结合的两种第一代抑制剂TBT1和G247的结构，并发现它们有不同的结合模式。与大多数抑制剂不同，TBT1引发了非生产性ATP酶活性，并诱导出与底物结合类似的构象。这些结构将为设计潜在的抗菌药物提供宝贵的信息。这些作者已经根据TBT1诱导的构象，从虚拟筛选中确定了一种新的先导化合物。

9.Science：小鼠大脑中不同细胞类型的单细胞核结构
doi:10.1126/science.abj1966

大脑由不同的细胞类型---神经元和胶质细胞---组成，它们有不同的细胞核结构。Takei等人使用多重成像工具，在小鼠大脑皮层的相同单细胞中同时检查了3000多个DNA位点的空间排列，以及表观遗传标记和基因表达模式。他们观察到了在不同细胞类型中保守的特征，以及在兆碱基水平上依赖细胞类型的空间排列。在几十kb碱基的水平上，他们观察到活跃和不活跃的X染色体中类似的单细胞染色体域构象，这些构象在基于群体的测量中被平均化了。（生物谷 Bioon.com）