2021年6月25日Science期刊精华

2021年6月30日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年6月25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.Science：中美科学家揭示耶尔森菌感染诱导宿主细胞焦亡机制
doi:10.1126/science.abg0269

致病菌采用了多种策略来破坏宿主的先天免疫信号以促进其感染。以前的研究显示，耶尔森菌效应蛋白YopJ靶向并抑制TAK1（transforming growth factor-β–activated kinase 1, 转化生长因子-β活化激酶1）以阻止促炎性细胞因子的产生。为了反击，宿主细胞通过启动RIPK1（receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1, 受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1）依赖性的caspase-8引导的gasdermin D（GSDMD）裂解而触发细胞焦亡（pyroptosis）。然而，RIPK1-caspase-8-GSDMD轴在耶尔森菌感染期间如何被指导仍然是未知的。

在一项新的研究中，来自中国科学院、中国科学院大学、美国波士顿儿童医院和哈佛医学院的研究人员通过无偏见的CRISPR筛选发现了溶酶体膜驻留的Rag-Ragulator复合物在耶尔森菌感染触发的细胞焦亡中的关键和意外作用。相关研究结果发表在2021年6月25日的Science期刊上，论文标题为“The lysosomal Rag-Ragulator complex licenses RIPK1– and caspase-8–mediated pyroptosis by Yersinia”。

在TLR和TNFR连接时，Rag-Ragulator作为一个平台，激活FADD RIPK1 caspase-8复合物，以触发焦亡。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abg0269。

这些作者发现，Rag-Ragulator复合物成分的缺失使得宿主细胞不能应对耶尔森菌感染诱导的细胞焦亡，这表明Rag-Ragulator复合物在caspase-8介导的细胞焦亡中发挥着重要作用。此外，他们发现，在感染致病性耶尔森菌或其模拟物（脂多糖加TAK1抑制剂）后，含有FADD-RIPK1-caspase-8的复合物通过Rag-Ragulator复合物被招募到溶酶体膜，这一过程取决于Rag GTP酶的活性和Rag-Ragulator的溶酶体结合，但不取决于Ragulator激活的mTORC1（mechanistic target of rapamycin complex 1）。

这项研究揭示了Rag-Ragulator在耶尔森氏菌感染期间由TAK1抑制诱导的细胞焦亡中的关键作用。Rag-Ragulator在caspase-8介导的细胞焦亡中的新作用证实了它作为监测环境线索的中心枢纽的关键功能，这不仅决定细胞是否增殖，也可以决定细胞是否存活。

2.Science：泛素化对于热休克后细胞活性的恢复至关重要
doi:10.1126/science.abc3593; doi:10.1126/science.abj2400

为了应对许多类型的应激，真核细胞启动了一种适应性的和可逆的反应，包括下调关键的细胞活动，同时将细胞质中的mRNA封存到称为应激颗粒（stress granule）的结构中。伴随着这些应激反应的是泛素化的全局性增加，传统上人们认为这种情形是由于需要降解错误折叠或受损的蛋白质。然而，人们还没有详细表征泛素组（ubiquitinome）如何在应激反应中被重塑。此外，目前还不清楚应激依赖性的泛素化是否在更大的应激反应中发挥了更复杂的作用，而不仅仅是其已知的靶向危险蛋白使其遭受蛋白酶体降解的保护功能。

为了探索泛素化在应激反应中的作用，来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员在一项新的研究中，使用串联泛素结合实体（tandem ubiquitin binding entity, TUBE）蛋白质组学研究了体外培养的哺乳动物细胞（包括人类诱导多能干细胞（ipsC）衍生的神经元）对五种不同类型的应激反应中发生的泛素化变化。这种意料之外的泛素化模式的发现，促使这些作者通过使用diGly泛素残余物分析和串联质谱标签定量蛋白质组学，并结合额外的总蛋白质组和转录组分析，详细分析了热休克特异性诱导的泛素化模式。从这种新定义的“热休克泛素组（heat shock ubiquitinome）”中得到的新见解可指导随后对这种翻译后修饰在细胞对热休克反应中的功能重要性的调查。相关研究结果发表在2021年6月25日的Science期刊上，论文标题为“Ubiquitination is essential for recovery of cellular activities after heat shock”。

这五种不同类型的应激都诱发了独特的泛素化模式。人类人胚胎肾293T细胞中的热休克泛素组是由在应激过程中下调细胞活动（如翻译和核质运输）的特定蛋白质的泛素化定义的，这种模式在U2OS细胞、原代小鼠神经元和人类ipsC衍生的神经元中相似。热休克泛素组也富集于应激颗粒的蛋白质成分中。令人惊讶的是，这种应激诱导的泛素化对于应激颗粒的形成和细胞通路的关闭是非必要的；相反，一旦从应激中恢复过来，热休克诱导的泛素化是p97/含缬氨酸蛋白（VCP）介导的应激颗粒分解和恢复包括核质运输和翻译在内的正常细胞活动的先决条件。许多泛素化事件是针对一种或另一种应激的。例如，泛素化对热应激诱导的应激颗粒的分解是必需的，但对氧化（亚砷酸盐）应激诱导的应激颗粒的分解是不需要的。

3.Science：G3BP1泛素化以特定环境的方式介导应激颗粒的分解
doi:10.1126/science.abf6548; doi:10.1126/science.abj2400

应激颗粒是由RNA和蛋白质组成的动态结构，在细胞质中产生以应对各种应激。这些结构通过液-液相分离形成，通常在初始应激（initiating stress）得到缓解后迅速分解。当蛋白质-蛋白质、蛋白质-RNA和RNA-RNA相互作用的总和突破了一个特定的阈值，即渗滤阈值（percolation threshold）时，应激颗粒就会聚集。当超过这个阈值时，单个的蛋白质和RNA分子形成一个跨越系统的网络，将自己从环境中分离出来，形成独特的颗粒。当这种相互作用的网络低于渗滤阈值时，应激颗粒就会分解。对于应激颗粒来说，G3BP1和G3BP2是为建立应激颗粒组装的渗滤阈值提供最大贡献的蛋白质。

尽管在理解应激颗粒组装的分子基础方面已经取得了很大的进展，但对支配其消除的机制却知之甚少。鉴于许多导致神经变性的突变都会导致应激颗粒的清除障碍，这一过程就显得特别有意义。在一篇伴随的报告中发现，当热休克诱导应激颗粒聚集时，G3BP1被泛素化，而当细胞暴露于其他类型的诱导应激颗粒产生的应激因素时，G3BP1没有发生泛素化。这一发现让来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员在一项新的研究中对应激颗粒的分解机制进行了调查。相关研究结果发表在2021年6月25日的Science期刊上，论文标题为“Ubiquitination of G3BP1 mediates stress granule disassembly in a context-specific manner”。

这些作者发现，在体外培养的人类细胞中，应激颗粒的消除是通过两种可能的途径之一完成的：自噬不依赖性解体（autophagy-independent disassembly）或自噬依赖性降解（autophagy-dependent degradation）。应激颗粒的命运取决于它们保持组装的时间。持续性的应激颗粒，如那些因慢性应激或疾病突变产生的应激颗粒通过自噬依赖性降解被消除。相反，短命的应激颗粒则以一种不依赖于自噬的方式发生快速解体，从而允许应激颗粒的成分循环利用。

此外，应激颗粒分解的机制取决于初始应激的性质。这些作者确定了热应激诱导的应激颗粒分解的分子机制，并发现这种泛素依赖的机制是热休克所特有的，而不是其他类型的应激所特有的。在对热休克的反应中，G3BP1的多泛素化使FAF2结合，FAF2是一种与内质网（ER）相关的泛素依赖性分离酶p97/VCP的衔接蛋白。随后G3BP1被VCP从应激颗粒中提取出来，导致应激颗粒解体。VCP的致病突变损害了这种解体机制。

4.Science：揭示MeCP2蛋白结合羟甲基化的CA重复序列，保护CA重复序列免受核小体入侵
doi:10.1126/science.abd5581; doi:10.1126/science.abj5027

雷特综合征（Rett syndrome）是一种严重的神经发育障碍，主要是由基因MeCP2（methyl-CpG-binding protein 2, 甲基CpG结合蛋白2）突变引起。最初，MeCP2被认为是一种重要的脑蛋白，它通过它的甲基结合结构域（MBD）与甲基化的CpG（mCG）结合，起到转录抑制的作用。然而，在早期大脑发育过程中，MeCP2的产后积累与全基因组范围内羟甲基化胞嘧啶（hmC）和甲基化CpA（mCA）的高水平积累同时发生，这表明MeCP2也可能识别并结合含有这些修饰核苷酸的DNA序列。MeCP2同时识别mCA、hmC和mCG的能力导致了关于它在转录调控中的功能的相互矛盾的结论，因为这些胞嘧啶修饰与转录的抑制（mCA和mCG）或激活（hmC）有关。明确确定MeCP2起作用的靶序列将有助于澄清这一问题。

CA重复序列（CAn）占小鼠基因组的约1%，属于微卫星家族。它们广泛分布于整个基因组，并被证明会影响附近基因的转录。法国研究人员的最近数据显示，CAn在多种细胞类型中发生甲基化（mCAn）或羟甲基化（hmCAn）。在寻找能特异性识别和结合这些CA重复序列的蛋白时，他们发现MeCP2可特异性读取CA重复序列。

基于此，他们在一项新的研究中，猜测CAn的甲基化状态对MeCP2的识别和结合至关重要，可能是通过识别CA重复序列中具有不同亲和力的修饰核苷酸，这与它在转录调节中的神经元功能有关。相关研究结果发表在2021年6月25日的Science期刊上，论文标题为“MeCP2 is a microsatellite binding protein that protects CA repeats from nucleosome invasion”。

雷特综合征蛋白MeCP2是一种调控染色质结构的微卫星CA重复序列结合蛋白。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abd5581。

这些作者发现，在MBD家族中，MeCP2是唯一能特异性识别和结合CA重复序列的蛋白质，其亲和力比mCG和mCA强得多。MeCP2以链特异性的方式选择性地识别CA重复序列，并且需要至少五个连续的CA二核苷酸才能最佳地与DNA结合。虽然MeCP2能在体外与修饰的和未修饰的CA重复序列结合，但它对羟甲基化的CA重复序列表现出令人印象深刻的选择性，这些羟甲基化的CA重复序列是DNA（胞嘧啶-5）-甲基转移酶3A修饰CA重复序列而产生的。这种修饰的胞嘧啶只有在位于CA重复序列内时，才会成为MeCP2在这种重复序列周围聚集和扩散的成核点，而这又与核小体排斥有关。此外，MeCP2的缺失导致核纤层相关结构域（lamina-associated domain, LAD）内的核小体密度广泛增加以及位于LAD外面的富含CA重复序列的基因的转录失调。

这些作者还通过解析出MeCP2与hmCAn结合在一起时的晶体结构，剖析了MeCP2识别羟甲基化CA重复序列的分子基础。这种羟甲基化CA重复序列形成了一种明确确定的DNA形状，其几何形状有很大的改变，包括一个加宽的主槽和负卷参数，精确地位于修饰位点。他们发现，羟甲基化CA重复序列的分子识别是通过Arg133发生的，Arg133是MeCP2的一个关键氨基酸残基，该位点的突变可导致雷特综合征。

5.Science：戴口罩有效限制了SARS-CoV-2传播
doi:10.1126/science.abg6296

“不要忘记戴口罩”---尽管现在大多数人都遵循这个建议，但专业人士对戴口罩的有效性表达了不同的意见。在一项新的研究中，来自德国、中国、美国和沙特阿拉伯的研究人员如今使用观察数据和模型计算来解答这个问题。该研究显示，在哪些条件下，口罩以何种方式实际降低了个人和人群平均感染SARS-CoV-2的风险，并有助于缓解这种冠状病毒大流行。在大多数环境和情况下，即使是戴简单的外科口罩也能有效减少SARS-CoV-2的传播和COVID-19的再生数（reproduction number）。然而，在空气中病毒浓度可能很高的环境中，如医疗环境和密集的室内空间，应使用过滤效率更高的口罩（N95/FFP2），并与其他防护措施相结合，如加强通风。相关研究结果于2021年5月20在线发表在Science期刊上，论文标题为“Face masks effectively limit the probability of SARS-CoV-2 transmission”。

这些作者利用观察数据和一种新型的空气传播病毒暴露定量模型，阐明了戴口罩的预防效果如何取决于空气中病毒浓度的特征性规律。对于SARS-CoV-2的空气传播，他们发现通常只有一小部分呼出的呼吸颗粒含有病毒。大多数环境和接触者处于病毒有限的条件下，在这些条件下，戴口罩，包括简单的外科口罩，对防止COVID-19的传播有很高的功效。这项新的研究提供了对戴口罩功效的详细和新的机制理解，这解释了为什么戴口罩的人群比例较高的地区能更好地控制大流行。

然而，在富含病毒、感染概率高的室内环境中，需要更先进的口罩（N95/FFP2）和其他防护设备来防止空气传播。戴口罩的功效对空气中病毒浓度的强烈依赖性突出了将戴口罩与其他保护措施（如通风和社交距离）相结合以保持低感染概率的重要性。

高效口罩与其他保护措施的结合对医院、医疗中心和其他室内环境尤为重要，因为高危患者可能遇到高浓度的病毒。戴口罩仍将是预防SARS-Cov-2感染的重要保护措施，即使是接种疫苗的人，特别是当接种疫苗提供的保护随着时间的推移而减少时。

6.Science：mRNA疫苗接种可增强SARS-CoV-2感染引起的中和抗体抵抗病毒变体的能力
doi:10.1126/science.abg9175; doi:10.1126/science.abj2258

对SARS-CoV-2再感染的感染后免疫保护并不完全了解。如果一波又一波破坏了自然免疫保护的新变种出现，这将是毁灭性的。Stamatatos等人调查了以前被感染的人在接种针对原始Wuhan-Hu-1变体开发的基于mRNA的疫苗4至8个月后的免疫反应性。在接种疫苗之前，感染后的血清对病毒变体的抗体中和反应是可变的和弱的。疫苗接种使感染后血清对Wuhan-Hu-1和其他毒株的中和能力提高了约1000倍，对变种B.1.351的血清中和能力也有所提高。虽然对这种变种的反应相对较弱，但仍显示出特有的记忆反应。因此，接种Wuhan-Hu-1变体疫苗可能会对以后感染变种病毒的保护性反应提供宝贵的促进作用。

7.Science：既往的SARS-CoV-2感染可在首次接种疫苗后挽救B和T细胞对病毒变体的反应
doi:10.1126/science.abh1282; doi:10.1126/science.abj2258

在SARS-CoV-2疫苗的临床试验中，没有对感染该病毒后幸存的人进行测试。COVID-19大流行宣布一年后，对以前的感染者进行疫苗接种成为现实。Reynolds等人在接种了Pfizer/BioNTech COVID-19疫苗（一种mRNA疫苗）的英国医护人员队列中解决了这一知识空白，其中一半的参与者在COVID-19大流行初期经历过自然病毒感染。基因分型表明，对疫苗和自然感染的免疫反应的异质性是由遗传因素引起的。接种疫苗后，之前未接触SARS-CoV-2的人产生了与自然感染者类似的抗体反应，但T细胞反应则更为有限，有时甚至没有。然而，感染后接种疫苗的个体的抗体和记忆反应得到了极大的提高，以至于单一疫苗剂量就有可能保护其免受更具侵略性的B.1.1.7变体的侵害。这种mRNA疫苗可能具有佐剂作用，使反应偏向于产生抗体。

8.两篇Science：发现了以前未知的Nesher Ramla Homo古人类群体
doi:10.1126/science.abh3169; doi:10.1126/science.abh3020; doi:10.1126/science.abj3077

最近的新信息大大完善了我们对早期人类及其近亲的起源、分布和进化的理解。在这一趋势的基础上，Hershkovitz等人发现了一个以前未知的称为Nesher Ramla Homo的古人类群体的证据。这些作者对以色列一个遗址的14万到12万年前的遗骸化石进行了全面的定性和定量分析，表明存在一个以前未被承认的古人类群体，代表了欧洲、西南亚和非洲最后幸存的中更新世智人种群。在一篇配套的论文中，Zaidner等人介绍了与这些化石相关的辐射年龄、石器组合、动物组合以及其他行为和环境数据。这些证据表明，这些古人类已经完全掌握了直到最近才与智人或尼安德特人相关的技术。Nesher Ramla Homo是一类高效的大型和小型猎物的猎人，使用木材作为燃料，烹饪或烤肉，并保持火种。这些发现为旧石器时代中期不同人类血统之间的文化互动提供了考古学上的支持，表明旧石器时代中期智人和智人之间的混杂在这个时期已经发生。

9.Science：蛋白MBD5和MBD6通过SILENZIO让DNA甲基化与基因沉默相关联
doi:10.1126/science.abg6130

DNA甲基化是一种保守的表观遗传标记，在许多不同的有机体内需要进行基因沉默。然而，这种甲基标记是如何能够使基因沉默的，在很大程度上仍然是未知的。Ichino等人发现了两种名为MBD5和MBD6的拟南芥蛋白，它们通过直接识别甲基化而被招募到DNA。这两种甲基读取蛋白将C类J结构域蛋白SILENZIO招募到染色质上，以沉默甲基化的基因和转座子。SILENZIO可能通过它与热休克伴侣蛋白的相互作用发挥作用。（生物谷 Bioon.com）