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2020年11月Cell期刊不得不看的亮点研究

  1. COVID-19
  2. SARS-CoV-2
  3. 染色体
  4. 线粒体缺陷

来源:本站原创 2020-11-30 23:42

2020年11月30日讯/生物谷BIOON/---2020年11月份即将结束了,11月份Cell期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。1.Cell:线粒体缺陷是导致太空旅行中许多健康问题的关键因素doi:10.1016/j.cell.2020.11.002为了让空间探索取得成功,必须了解并设法解决在长时间离开地球的宇航员身上观察到的
2020年11月30日讯/生物谷BIOON/---2020年11月份即将结束了,11月份Cell期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。

1.Cell:线粒体缺陷是导致太空旅行中许多健康问题的关键因素
doi:10.1016/j.cell.2020.11.002


为了让空间探索取得成功,必须了解并设法解决在长时间离开地球的宇航员身上观察到的健康问题的根本原因。这些问题包括骨骼和肌肉质量损失、免疫功能障碍以及心脏和肝脏问题。在一项新的研究中,利用从许多不同资源收集的数据,一个多学科研究团队报告了发现导致这种损害的共同因素:线粒体功能障碍。这些研究人员使用系统方法来研究影响生物功能的广泛改变。相关研究结果发表在2020年11月25日的Cell期刊上,论文标题为“Comprehensive Multi-omics Analysis Reveals Mitochondrial Stress as a Central Biological Hub for Spaceflight Impact”。
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.002。

论文通讯作者、生物信息学家Afshin Beheshti说,“我们首先询问是否有某种可以解释我们的观察结果的普遍机制发生在太空中的人体。我们一次又一次地发现,线粒体调节发生了一些事情,让一切都失灵了。”

2.Cell论文详解:新成像方法可同时对单个细胞中5种不同分子进行成像
doi:10.1016/j.cell.2020.10.035


在单个细胞内,成千上万个分子,如蛋白、离子和其他信号分子,共同发挥各种功能---吸收营养物、储存记忆和分化成特定的组织等等。解读这些分子及其所有的相互作用是一项艰巨的任务。在过去的20年里,科学家们已经开发出了荧光报告分子用来读取细胞内单个分子的动态。然而,通常一次只能观察到一两个这样的信号,这是因为显微镜无法区分许多荧光颜色。

在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院的研究人员如今开发出一种方法:通过测量整个细胞内随机的、不同位置的每个信号,一次可以对多达5种不同类型的分子进行成像。相关研究结果于2020年11月23日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Spatial Multiplexing of Fluorescent Reporters for Imaging Signaling Network Dynamics”。论文通讯作者、麻省理工学院的Edward Boyden教授说,这种方法可以让科学家们更多地了解控制大多数细胞功能的复杂信号网络。论文第一作者为麻省理工学院博士后研究员Changyang Linghu和研究生Shannon Johnson。

3.Cell:通过数学生物学控制基因表达,靶向攻击耐药性癌症
doi:10.1016/j.cell.2020.07.003


今年值得感谢的事情之一是,顽固、持续存在的问题似乎对科学家和数学家有着不可抗拒的吸引力。那些会让我们大多数人感到困惑的事情则是他们的日常研究课题。这也是科学家们在不断对抗癌症、病毒和其他疾病的过程中取得进展的原因之一。美国特拉华大学电气与计算机工程系副教授、数学生物学家Abhyudai Singh就是这样。Singh研究生化过程如何在活细胞内运行。具体来说,他开发的数学模型可以让我们深入了解细胞网络中复杂的、有时是隐藏的过程,以及当它们出错时会发生什么情况。

他的计算工作是与美国宾夕法尼亚大学生物工程系Arjun Raj教授领导的一个研究团队合作的重要组成部分。他们最新的研究成果发表在Cell期刊上,论文标题为“Memory Sequencing Reveals Heritable Single-Cell Gene Expression Programs Associated with Distinct Cellular Behaviors”。他们的发现展示了一种潜在的针对耐药性黑色素瘤细胞的新策略,这种策略可能对所有类型的耐药性癌症都有用。

这些研究人员研究了细胞表达它们的遗传性状的方式的波动,并对相关的基因进行“开启”和“关闭”。这个过程依赖于信使RNA(mRNA)分子,mRNA可将遗传密码转化为特定的蛋白。他们发现一个稀有细胞亚群携带了一种可以在多代细胞分裂中存活下来的生物“记忆”。Singh的模型显示了细胞的基因波动速度如何与细胞中的mRNA水平有关。了解这些水平,就可以允许他的模型计算出这些基因“开启”和“关闭”的速度。一旦你知道这些基因何时关闭---本质上是“忘记”它们对药物治疗产生的耐药性---你就可以针对性设计新的治疗方法和新的治疗计划,使得在癌细胞仍然对药物敏感的时刻进行治疗。

4.Cell论文详解!庄小威教授揭示人类染色体的三维结构
doi:10.1016/j.cell.2020.07.032


在高中课本中,人类的染色体被描绘成X形状,就像两个热狗卡在一起。但是,这些结构远非准确。Jun-Han Su说,“在90%的情形下,染色体并不是这样存在的。”

放大到足以看到染色质结构是困难的。然而,同时观察结构和功能则更加困难。如今,在一项新的研究中,哈佛大学的庄小威(XiaoweiZhuang)教授和她的研究团队报告了一种新的方法:对染色质的结构和功能一起成像,然后将一些可以连接的位点(“基因组位点”)连接起来,这样就可确定染色质的结构和功能中的一种如何影响另一种,以维持正常的功能或者导致疾病。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为“Genome-Scale Imaging of the 3D Organization and Transcriptional Activity of Chromatin”。
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.07.032。

利用这种新的高分辨率三维成像方法,庄小威团队开始从全部46条染色体的广角镜图像和每条染色体的一段特写图像中构建染色体图谱。为了对一些因太小而不能成像的东西进行成像,他们沿着每条DNA链捕捉可以连接的位点。通过将这些位点连接在一起,他们可以形全面的染色质结构图。

5.Cell:重磅!揭示反转子是细菌免疫系统的“门卫”,确保细菌在病毒感染后存活下来
doi:10.1016/j.cell.2020.09.065


在许多细菌物种中都发现了称为反转子(retron)的特殊杂合结构,这种结构一半是RNA,一半是单链DNA。自大约35年前被发现以来,科学家们已经在实验室中学会了如何使用反转子产生单链DNA,然而尽管对反转子进行了大量研究,但是没有人知道它们在细菌中的功能。

在一项新的研究中,来自以色列魏茨曼科学研究所的研究人员破解了这个长期以来的谜团:反转子是细菌免疫系统的“门卫”,可确保细菌菌落在遭受病毒感染后得以生存。除了揭示细菌用来保护自己免受病毒感染的新策略---这种策略与植物免疫系统所采用的策略惊人地相似---之外,这项研究还揭示了许多新的反转子,在将来,这些反转子可能会加入到基因组编辑工具包中。相关研究结果于2020年11月5日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense”。

6.Cell:详解一例神奇的病例!一名女性白血病患者感染新冠病毒后至少70天仍在脱落传染性病毒颗粒
doi:10.1016/j.cell.2020.10.049


大多数感染SARS-CoV-2冠状病毒的人似乎会在8天左右的时间里活跃地脱落传染性病毒,但人与人之间的差异性很大。了解人们能在多长时间内保持活跃感染是很重要的,这是因为它提供了关于一种仍然没有很好地理解的疾病和病毒的新细节,这有助指导公共卫生决策。在一项新的研究中,来自美国国家卫生院(NIH)、马歇尔大学和英国牛津大学等研究机构的研究人员报告了一个不寻常的案例:一名患有白血病和具有低抗体计数的女性感染这种冠状病毒至少105天,保持传染性至少70天,然而她在整个过程中一直没有症状。相关研究结果于2020年11月4日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Case Study: Prolonged infectious SARS-CoV-2 shedding from an asymptomatic immunocompromised cancer patient”。

论文共同通讯作者、美国国家过敏与传染病研究所(NIAID,为NIH的一个下属机构)病毒学家Vincent Munster说,“在我们开始这项研究的时候,我们对病毒脱落的持续时间确实了解不多。随着这种病毒的持续传播,更多患有一系列免疫抑制性疾病的人将会被感染,了解SARS-CoV-2在这些人群中的表现非常重要。”

7.Cell:经过先天免疫训练的中性粒细胞可对抗癌症
doi:10.1016/j.cell.2020.09.058


诸如免疫检查点抑制剂药物之类的免疫疗法为癌症的治疗带来了巨大的改变。据大多数临床医生和科学家的理解,这些药物作用于所谓的适应性免疫系统,即应对身体特定威胁的T细胞和B细胞。

在一项新的研究中,来自德国德累斯顿工业大学、德国癌症研究中心、英国爱丁堡大学和约克大学等研究机构的研究人员发现更为普遍地对身体入侵者作出反应的先天免疫系统可能是免疫疗法成功的一个重要但被忽视的组成部分。他们证实用β-葡聚糖(β-glucan,一种从真菌中提取的化合物)“训练”先天免疫系统,激发了先天免疫细胞的产生,特别是中性粒细胞,这些细胞在动物模型中经激活后可预防或攻击肿瘤。相关研究结果发表在2020年10月29日的Cell期刊上, 论文标题为“Innate Immune Training of Granulopoiesis Promotes Anti-tumor Activity”。

论文共同高级作者、宾夕法尼亚大学牙医学院的George Hajishengallis说,“免疫疗法的重点是放在适应性免疫上,就像免疫检查点抑制剂抑制癌细胞和T细胞之间的相互作用一样。先天性免疫细胞,或者说髓系细胞(myeloid cell,也称为髓样细胞),并没有被认为如此重要。然而我们的研究表明,髓系细胞可能在调节肿瘤行为方面发挥关键作用。”

8.Cell:基于纳米生物学技术的新型癌症免疫疗法或有望彻底根治癌症
doi:10.1016/j.cell.2020.09.059


日前,一篇刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自西奈山医院等机构的科学家们通过研究在新型癌症免疫疗法开发上取得了重大进展,文章中,研究人员通过对天然分子进行生物工程化修饰所产生纳米生物微型材料与治疗性组分进行配对,随后训练机体的先天性免疫系统来消灭肿瘤细胞。

研究者表示,这种纳米生物学免疫疗法能靶向作用骨髓(部分免疫系统形成的场所),同时还能激活机体训练有素的免疫力,这一过程就能重编程骨髓祖细胞使其产生训练后的先天性免疫细胞,从而抑制癌症的进展,癌细胞通常会在机体免疫抑制性细胞的帮助下来保护自身免于宿主免疫系统的杀灭。研究者认为,受过训练的免疫力能被安全且成功地用作癌症疗法,同时他们在包括黑色素瘤小鼠模型等动物模型中进行了检测,目前正在积极向临床试验方向推进。

免疫疗法是标准癌症治疗手段的一部分,其能够为宿主免疫系统暴露癌症所在,但这种疗法存在一定的局限性,比如免疫检查点抑制剂疗法,其就仅对一部分患者有效,而且会产生严重的治疗副作用。这项研究中,研究者开发了一种新型的抗癌疗法,他们表示,纳米生物学免疫疗法所训练的机体免疫力或能作为一种独立的抗癌疗法,且并不会产生多种副作用,同时其还能与检查点抑制剂药物联合使用。

9.Cell:揭示小胶质细胞促进大脑中的癌细胞生长机制
doi:10.1016/j.cell.2020.09.064


科学家们长期以来一直认为,大脑会保护自己免受攻击性免疫反应的影响,以抑制炎症。然而,在一项新的研究中,来自美国诺特丹大学的研究人员发现,当癌细胞试图扩散到大脑时,这种进化控制可能会起反作用。相关研究结果于2020年10月27日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“CNS-Native Myeloid Cells Drive Immune Suppression in the Brain Metastatic Niche through Cxcl10”。
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.09.064。

在这项新的研究中,这些作者发现一类对免疫力很重要的细胞,即髓系细胞(myeloid cell,也译为髓样细胞),可以抑制免疫反应---这有可能让乳腺癌细胞转移到大脑中并在那里形成继发性肿瘤细胞。

论文通讯作者、诺特丹大学生物科学系副教授Siyuan Zhang说,“我们想了解大脑免疫环境是如何对肿瘤做出反应的,毕竟在那里有这么多不同的细胞,有这么多的变化。传统的观点认为,这篇论文所描述的这种过程会是抗肿瘤的,但在我们的研究中,经过大量的实验,我们发现它促进癌细胞转移。”

10.Cell:揭示章鱼吸盘上的化学触觉受体作用机制
doi:10.1016/j.cell.2020.09.008


几个世纪以来,章鱼一直吸引着人类的想象力。它们有八个吸盘覆盖的腕足,它们的外观本身就很独特,而它们在觅食时能用这些吸盘来触摸和品尝食物,更让它们与众不同。

事实上,数十年来,科学家们一直想知道章鱼的这些腕足---更具体地说,它们身上的吸盘---是如何发挥作用的,这促使人们对它们的生物力学特性进行了大量的实验。但是,很少有人研究过在分子水平上发生了什么。在一项新的研究中,来自美国哈佛大学的研究人员窥见了章鱼腕足中的神经系统(它的运作基本上独立于章鱼的中枢大脑)是如何管理这一壮举的。相关研究结果发表在2020年10月29日的Cell期刊上, 论文标题为“Molecular Basis of Chemotactile Sensation in Octopus”。

这些研究人员在吸盘内的第一层细胞中发现了一个新的传感蛋白家族,这些传感蛋白已经适应了对不能很好地溶解在水中的分子作出反应和检测。这项研究表明这些称为化学触觉受体(chemotactile receptor)的传感蛋白利用这些分子来帮助章鱼弄清它所接触的东西,以及所接触的物体是否是猎物。

论文通讯作者、哈佛大学分子与细胞生物学助理教授Nicholas Bellono说,“我们认为,鉴于这些分子不能很好地溶解,它们可能会在章鱼的猎物和[它们触摸的任何东西]的表面上被发现。因此,当章鱼触摸到螃蟹而不是岩石时,它的腕足知道,‘好吧,我正在触摸螃蟹[这是因为]我知道不仅有触摸,而且还有这种味道。’”(生物谷 Bioon.com)

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