2020年11月13日Science期刊精华
来源：本站原创 2020-11-17 18:27
2020年11月17日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年11月13日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。1.两篇Science论文构建出胎儿基因表达和染色质可及性的人类细胞图谱，有助揭示人细胞生长和发育机制doi:10.1126/science.aba7721; doi:10.1126/science.aba7
2020年11月17日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年11月13日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.两篇Science论文构建出胎儿基因表达和染色质可及性的人类细胞图谱，有助揭示人细胞生长和发育机制
doi:10.1126/science.aba7721; doi:10.1126/science.aba7612
在两项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所等研究机构的研究人员构建出两个细胞图谱，用于追踪人类细胞类型和组织发育过程中的基因表达和和染色质可及性（chromatin accessibility，也译为染色质可访问性）。其中的一个细胞图谱绘制了15种胎儿组织中单个细胞内的基因表达，另一个细胞图谱绘制了这些细胞内单个细胞的染色质可及性。相关研究结果发表在2020年11月13日的两篇Science论文中，论文标题分别为“A human cell atlas of fetal gene expression”和“A human cell atlas of fetal chromatin accessibility”。
这些图谱共同为了解人类发育过程中的基因表达和染色质可及性提供了规模空前的基础资源。此外，这两篇论文中描述的技术使得生成数百万个细胞的基因表达和染色质可及性数据成为可能。
在第一项研究中，为了创建基因表达图谱，这些研究人员通过使用一种名为 sci-RNA-seq3 的技术，对 15 种胎儿组织的基因表达进行了剖析。这种技术为每个细胞贴上了三个DNA条形码的独特组合标签，从而使得他们能够在不进行物理分离的情况下跟踪这些细胞。
在这些获得DNA条形码序列后，他们使用计算机算法获得单细胞信息，按细胞类型和亚型对细胞进行聚类，并确定它们的发育轨迹。他们对400多万个单细胞进行了剖析，确定了77种主要的细胞类型和大约650种细胞亚型。
在第二项研究中，为了剖析单个细胞中的DNA可及性，这些研究人员开发了一种新的方法，称为 sci-ATAC-seq3。与 sci-RNA-seq3 一样，这种技术也是在每个细胞中使用三个不同的 DNA “条形码”来标记和追踪单个细胞。然而，sci-ATAC-seq3并不识别所有当前表达的序列，而是捕捉开放的染色质位点并进行测序。
在这项新的研究中，这些研究人员在15种胎儿组织的大约100万个位点上生成了近80万个单细胞染色质可及性数据。他们研究了哪些蛋白可能与每个细胞中的可访问DNA位点相互作用，以及这些相互作用如何解释细胞类型。这一分析确定了基因组内的发育控制开关。他们还确定了可能与疾病相关的染色质可访问性位点。
2.Science：重大突破！蛋白Neuropilin-1促进新冠病毒进入和感染人体细胞
doi:10.1126/science.abd2985; doi:10.1126/science.abf0732
新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病（COVID-19），如今正在全球肆虐。众所周知，SARS-CoV-2是通过受体ACE2感染宿主细胞的。在一项新的研究中，来自德国神经退行性疾病研究中心、慕尼黑工业大学、哥廷根大学医学中心和芬兰赫尔辛基大学等研究机构的研究人员发现神经纤毛蛋白1（neuropilin-1, NRP1）是一种可以促进SARS-CoV-2进入细胞内部的因子。NRP1定位于呼吸道和嗅觉上皮，这可能是一个重要的战略定位，但却有助于SARS-CoV-2的感染和传播。相关研究结果于2020年10月20日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity”。论文通讯作者为慕尼黑工业大学的Mikael Simons和赫尔辛基大学的Giuseppe Balistreri。
利用实验室培养的细胞、模拟SARS-CoV-2的人工病毒以及天然存在的病毒进行的实验表明，在ACE2存在的情况下，NRP1能够促进病毒感染。通过用抗体特异性阻断NRP1，这种病毒感染可被抑制。Simons解释说，“如果你把ACE2看作是进入细胞的一扇门，那么NRP1可能是引导这种病毒进入这扇门的一个因素。ACE2在大多数细胞中的表达水平很低。因此，这种病毒不容易找到进入细胞的门。诸如NRP1之类的其他因素可能是帮助这种病毒进入细胞的必要因素。”
3.Science：重大突破！蛋白Neuropilin-1是SARS-CoV-2感染的宿主因子
doi:10.1126/science.abd3072; doi:10.1126/science.abf0732
在一项新的研究中，来自英国布里斯托大学和澳大利亚昆士兰大学等研究机构的研究人员取得一项重大突破：他们可能发现了SARS-CoV-2冠状病毒具有高度传染性并能在人体细胞中迅速传播的原因。这些发现描述了SARS-CoV-2感染人体细胞的能力是如何通过抑制剂阻断一种新发现的病毒与宿主相互作用来降低的，这有助人们开发出一种潜在的抗病毒治疗方法。相关研究结果于2020年10月20日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection”。与可引起普通感冒和轻度呼吸道症状的其他冠状病毒的不同的是，作为导致COVID-19疾病的病原体，SARS-CoV-2具有很强的传染性和传播性。在此之前，关于SARS-CoV-2为什么容易感染呼吸系统以外的大脑和心脏等器官的主要问题仍未得到解答。
在这项突破性的研究中，布里斯托大学生命科学学院的Peter Cullen教授、Yohei Yamauchi博士、Boris Simonetti博士和James Daly博士及其合作者们利用多种方法发现SARS-CoV-2能识别人体细胞表面上的一种名为神经纤毛蛋白1（neuropilin-1, NRP1）的蛋白，以促进病毒感染。
Yamauchi、Simonetti和Cullen解释道，“在研究SARS-CoV-2刺突蛋白的序列时，我们被一个小的氨基酸序列所震惊，这个序列似乎模仿了在人类蛋白中发现的与NRP1相互作用的蛋白序列。这使得使我们提出了一个简单的假设：SARS-CoV-2的刺突蛋白是否能与NRP1结合以帮助这种病毒感染人类细胞？令人兴奋的是，在应用一系列结构和生化方法时，我们能够确定SARS-CoV-2的刺突蛋白确实与NRP1结合。一旦我们确定这种刺突蛋白与NRP1结合，我们就能够证实这种相互作用可增强SARS-CoV-2对体外培养的人体细胞的入侵。重要的是，通过使用单克隆抗体（简称单抗）--实验室构建的类似于天然抗体的蛋白---或一种阻断这种相互作用的选择性药物，我们能够降低SARS-CoV-2感染人体细胞的能力。这凸显我们的发现在对抗COVID-19方面的潜在治疗价值。”
4.Science：长期感染新冠病毒对免疫系统的长期有效反应产生影响
doi:10.1126/science.abd7343
新研究表明，自然免疫和疫苗诱导的免疫力将成为影响全球冠状病毒大流行（COVID-19）未来发展轨迹的关键因素。普林斯顿大学研究人员做出的这项研究成果最近发表在《Science》杂志上。研究表明，开发一种能够引起强烈免疫反应的疫苗可以大大减少未来的感染负担。
文章共同第一作者Chadi Saad-Roy说：“到目前为止，与COVID-19的未来发展轨迹有关的讨论都正确地集中在季节性和非药物干预的影响上，例如，戴口罩和社交隔离。从短期来看，在大流行阶段，非传染性疾病是决定病例负担的关键因素。但是，随着我们对未来的展望，免疫的作用将变得越来越重要。”
5.Science：维管转录因子引导植物表皮对限制性磷酸盐条件的反应
doi:10.1126/science.aay4970
磷酸盐是植物的一种关键资源，弥补磷酸盐的不足会推动大量肥料的使用。在低磷酸盐条件下，根会制造更多的根毛，这使得它们能够更好地吸收可以找到的少量磷酸盐。Wendrich等人对发育中的拟南芥根部进行了单细胞转录组学研究，并通过查找由此产生的基因表达图谱，寻找与维管发育相关的反应。这些作者发现，调控根毛发育的信号始于根的内部维管：转录因子驱动了激素细胞分裂素的产生。通过这种转录组数据库确定的级联反应指向表皮细胞中调节根毛发育的基因。
6.Science：揭示果胶亚细胞囊泡转运调控侧根形成机制
doi:10.1126/science.abb7250
侧根在小芥子植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）中以一定的间隔形成。Wachsman等人如今鉴定出果胶（pectin）和亚细胞囊泡转运是启动侧根形成的振荡信号系统的一部分。果胶的酯化调节它在新生侧根部位的功能，从而改变细胞壁的刚度和细胞-细胞粘附的强度。鉴于侧根原基（lateral root primordia）必须穿过覆盖其上的细胞层，这些部位的细胞粘附下降可能有助于侧根的形成。
7.Science：揭示联想记忆的丘脑皮质自上而下回路
doi:10.1126/science.abc2399
感官信息只有在与内部产生的自上而下的信号进行整合和比较时，才能在大脑中得到有意义的利用。然而，我们对传递这些自上而下信号的全脑传入、它们的信息内容以及与学习相关的可塑性了解甚少。Pardi等人鉴定出高阶丘脑是小鼠听觉皮层自上而下输入的主要来源，并研究了皮质层1中促进可塑性变化和灵活反应的回路。这些结果展示了自上而下的反馈信息是如何通过一种非皮质结构到达皮质区域（noncortical structure）的，尽管这种非皮质结构与皮质有广泛的联系，但很少受到关注。
8.Science：揭示eIF3d调节细胞适应代谢应激机制
doi:10.1126/science.abb0993
细胞通过下调总体的蛋白合成和诱导生存所需的蛋白的选择性表达来应对环境应激。然而，控制这种选择性信使RNA(mRNA)翻译反应的机制仍然知之甚少。Lamper等人报道哺乳动物细胞中的非经典5’帽结合蛋白亚基eIF3d在代谢应激时被激活，以重编程细胞mRNA翻译。eIF3d通过帽结合口袋附近位点的磷酸化状态切换而被激活，并使得细胞在葡萄糖饥饿等应激时表达调节代谢和生存所需的蛋白。这项研究揭示了eIF3d依赖性的、非经典帽依赖性翻译如何控制细胞对应激的适应。
9.Science：探究生命起源中的肽合成
doi:10.1126/science.abd5680; doi:10.1126/science.abf1698
在氨基酸中，半胱氨酸作为一种亲核的金属配体以及氧化还原反应和自由基反应的参与者，具有高度的活性。这些特性使半胱氨酸作为前生命化学（prebiotic chemistry）的成分很有吸引力，但是作为肽前体的α-氨基腈（α-aminonitrile）的传统Strecker合成不能产生游离半胱氨酸。Foden等人发现，游离胺的简单酰化可阻止半胱氨酸腈（cysteine nitrile）的降解，并能从乙酰脱氢丙氨酸腈和硫化物供体合成这种半胱氨酸前体。当与其他蛋白原α-氨基腈结合时，乙酰半胱氨酸或其衍生物硫醇在水中催化高效的肽连接。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.两篇Science论文构建出胎儿基因表达和染色质可及性的人类细胞图谱，有助揭示人细胞生长和发育机制
doi:10.1126/science.aba7721; doi:10.1126/science.aba7612
在两项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所等研究机构的研究人员构建出两个细胞图谱，用于追踪人类细胞类型和组织发育过程中的基因表达和和染色质可及性（chromatin accessibility，也译为染色质可访问性）。其中的一个细胞图谱绘制了15种胎儿组织中单个细胞内的基因表达，另一个细胞图谱绘制了这些细胞内单个细胞的染色质可及性。相关研究结果发表在2020年11月13日的两篇Science论文中，论文标题分别为“A human cell atlas of fetal gene expression”和“A human cell atlas of fetal chromatin accessibility”。
这些图谱共同为了解人类发育过程中的基因表达和染色质可及性提供了规模空前的基础资源。此外，这两篇论文中描述的技术使得生成数百万个细胞的基因表达和染色质可及性数据成为可能。
在第一项研究中，为了创建基因表达图谱，这些研究人员通过使用一种名为 sci-RNA-seq3 的技术，对 15 种胎儿组织的基因表达进行了剖析。这种技术为每个细胞贴上了三个DNA条形码的独特组合标签，从而使得他们能够在不进行物理分离的情况下跟踪这些细胞。
在这些获得DNA条形码序列后，他们使用计算机算法获得单细胞信息，按细胞类型和亚型对细胞进行聚类，并确定它们的发育轨迹。他们对400多万个单细胞进行了剖析，确定了77种主要的细胞类型和大约650种细胞亚型。
在第二项研究中，为了剖析单个细胞中的DNA可及性，这些研究人员开发了一种新的方法，称为 sci-ATAC-seq3。与 sci-RNA-seq3 一样，这种技术也是在每个细胞中使用三个不同的 DNA “条形码”来标记和追踪单个细胞。然而，sci-ATAC-seq3并不识别所有当前表达的序列，而是捕捉开放的染色质位点并进行测序。
在这项新的研究中，这些研究人员在15种胎儿组织的大约100万个位点上生成了近80万个单细胞染色质可及性数据。他们研究了哪些蛋白可能与每个细胞中的可访问DNA位点相互作用，以及这些相互作用如何解释细胞类型。这一分析确定了基因组内的发育控制开关。他们还确定了可能与疾病相关的染色质可访问性位点。
2.Science：重大突破！蛋白Neuropilin-1促进新冠病毒进入和感染人体细胞
doi:10.1126/science.abd2985; doi:10.1126/science.abf0732
新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病（COVID-19），如今正在全球肆虐。众所周知，SARS-CoV-2是通过受体ACE2感染宿主细胞的。在一项新的研究中，来自德国神经退行性疾病研究中心、慕尼黑工业大学、哥廷根大学医学中心和芬兰赫尔辛基大学等研究机构的研究人员发现神经纤毛蛋白1（neuropilin-1, NRP1）是一种可以促进SARS-CoV-2进入细胞内部的因子。NRP1定位于呼吸道和嗅觉上皮，这可能是一个重要的战略定位，但却有助于SARS-CoV-2的感染和传播。相关研究结果于2020年10月20日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity”。论文通讯作者为慕尼黑工业大学的Mikael Simons和赫尔辛基大学的Giuseppe Balistreri。
利用实验室培养的细胞、模拟SARS-CoV-2的人工病毒以及天然存在的病毒进行的实验表明，在ACE2存在的情况下，NRP1能够促进病毒感染。通过用抗体特异性阻断NRP1，这种病毒感染可被抑制。Simons解释说，“如果你把ACE2看作是进入细胞的一扇门，那么NRP1可能是引导这种病毒进入这扇门的一个因素。ACE2在大多数细胞中的表达水平很低。因此，这种病毒不容易找到进入细胞的门。诸如NRP1之类的其他因素可能是帮助这种病毒进入细胞的必要因素。”
3.Science：重大突破！蛋白Neuropilin-1是SARS-CoV-2感染的宿主因子
doi:10.1126/science.abd3072; doi:10.1126/science.abf0732
在一项新的研究中，来自英国布里斯托大学和澳大利亚昆士兰大学等研究机构的研究人员取得一项重大突破：他们可能发现了SARS-CoV-2冠状病毒具有高度传染性并能在人体细胞中迅速传播的原因。这些发现描述了SARS-CoV-2感染人体细胞的能力是如何通过抑制剂阻断一种新发现的病毒与宿主相互作用来降低的，这有助人们开发出一种潜在的抗病毒治疗方法。相关研究结果于2020年10月20日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection”。与可引起普通感冒和轻度呼吸道症状的其他冠状病毒的不同的是，作为导致COVID-19疾病的病原体，SARS-CoV-2具有很强的传染性和传播性。在此之前，关于SARS-CoV-2为什么容易感染呼吸系统以外的大脑和心脏等器官的主要问题仍未得到解答。
在这项突破性的研究中，布里斯托大学生命科学学院的Peter Cullen教授、Yohei Yamauchi博士、Boris Simonetti博士和James Daly博士及其合作者们利用多种方法发现SARS-CoV-2能识别人体细胞表面上的一种名为神经纤毛蛋白1（neuropilin-1, NRP1）的蛋白，以促进病毒感染。
Yamauchi、Simonetti和Cullen解释道，“在研究SARS-CoV-2刺突蛋白的序列时，我们被一个小的氨基酸序列所震惊，这个序列似乎模仿了在人类蛋白中发现的与NRP1相互作用的蛋白序列。这使得使我们提出了一个简单的假设：SARS-CoV-2的刺突蛋白是否能与NRP1结合以帮助这种病毒感染人类细胞？令人兴奋的是，在应用一系列结构和生化方法时，我们能够确定SARS-CoV-2的刺突蛋白确实与NRP1结合。一旦我们确定这种刺突蛋白与NRP1结合，我们就能够证实这种相互作用可增强SARS-CoV-2对体外培养的人体细胞的入侵。重要的是，通过使用单克隆抗体（简称单抗）--实验室构建的类似于天然抗体的蛋白---或一种阻断这种相互作用的选择性药物，我们能够降低SARS-CoV-2感染人体细胞的能力。这凸显我们的发现在对抗COVID-19方面的潜在治疗价值。”
4.Science：长期感染新冠病毒对免疫系统的长期有效反应产生影响
doi:10.1126/science.abd7343
新研究表明，自然免疫和疫苗诱导的免疫力将成为影响全球冠状病毒大流行（COVID-19）未来发展轨迹的关键因素。普林斯顿大学研究人员做出的这项研究成果最近发表在《Science》杂志上。研究表明，开发一种能够引起强烈免疫反应的疫苗可以大大减少未来的感染负担。
文章共同第一作者Chadi Saad-Roy说：“到目前为止，与COVID-19的未来发展轨迹有关的讨论都正确地集中在季节性和非药物干预的影响上，例如，戴口罩和社交隔离。从短期来看，在大流行阶段，非传染性疾病是决定病例负担的关键因素。但是，随着我们对未来的展望，免疫的作用将变得越来越重要。”
5.Science：维管转录因子引导植物表皮对限制性磷酸盐条件的反应
doi:10.1126/science.aay4970
磷酸盐是植物的一种关键资源，弥补磷酸盐的不足会推动大量肥料的使用。在低磷酸盐条件下，根会制造更多的根毛，这使得它们能够更好地吸收可以找到的少量磷酸盐。Wendrich等人对发育中的拟南芥根部进行了单细胞转录组学研究，并通过查找由此产生的基因表达图谱，寻找与维管发育相关的反应。这些作者发现，调控根毛发育的信号始于根的内部维管：转录因子驱动了激素细胞分裂素的产生。通过这种转录组数据库确定的级联反应指向表皮细胞中调节根毛发育的基因。
6.Science：揭示果胶亚细胞囊泡转运调控侧根形成机制
doi:10.1126/science.abb7250
侧根在小芥子植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）中以一定的间隔形成。Wachsman等人如今鉴定出果胶（pectin）和亚细胞囊泡转运是启动侧根形成的振荡信号系统的一部分。果胶的酯化调节它在新生侧根部位的功能，从而改变细胞壁的刚度和细胞-细胞粘附的强度。鉴于侧根原基（lateral root primordia）必须穿过覆盖其上的细胞层，这些部位的细胞粘附下降可能有助于侧根的形成。
7.Science：揭示联想记忆的丘脑皮质自上而下回路
doi:10.1126/science.abc2399
感官信息只有在与内部产生的自上而下的信号进行整合和比较时，才能在大脑中得到有意义的利用。然而，我们对传递这些自上而下信号的全脑传入、它们的信息内容以及与学习相关的可塑性了解甚少。Pardi等人鉴定出高阶丘脑是小鼠听觉皮层自上而下输入的主要来源，并研究了皮质层1中促进可塑性变化和灵活反应的回路。这些结果展示了自上而下的反馈信息是如何通过一种非皮质结构到达皮质区域（noncortical structure）的，尽管这种非皮质结构与皮质有广泛的联系，但很少受到关注。
8.Science：揭示eIF3d调节细胞适应代谢应激机制
doi:10.1126/science.abb0993
细胞通过下调总体的蛋白合成和诱导生存所需的蛋白的选择性表达来应对环境应激。然而，控制这种选择性信使RNA(mRNA)翻译反应的机制仍然知之甚少。Lamper等人报道哺乳动物细胞中的非经典5’帽结合蛋白亚基eIF3d在代谢应激时被激活，以重编程细胞mRNA翻译。eIF3d通过帽结合口袋附近位点的磷酸化状态切换而被激活，并使得细胞在葡萄糖饥饿等应激时表达调节代谢和生存所需的蛋白。这项研究揭示了eIF3d依赖性的、非经典帽依赖性翻译如何控制细胞对应激的适应。
9.Science：探究生命起源中的肽合成
doi:10.1126/science.abd5680; doi:10.1126/science.abf1698
在氨基酸中，半胱氨酸作为一种亲核的金属配体以及氧化还原反应和自由基反应的参与者，具有高度的活性。这些特性使半胱氨酸作为前生命化学（prebiotic chemistry）的成分很有吸引力，但是作为肽前体的α-氨基腈（α-aminonitrile）的传统Strecker合成不能产生游离半胱氨酸。Foden等人发现，游离胺的简单酰化可阻止半胱氨酸腈（cysteine nitrile）的降解，并能从乙酰脱氢丙氨酸腈和硫化物供体合成这种半胱氨酸前体。当与其他蛋白原α-氨基腈结合时，乙酰半胱氨酸或其衍生物硫醇在水中催化高效的肽连接。（生物谷 Bioon.com）
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