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2020年7月10日Science期刊精华

  1. COVID-19
  2. HEM1
  3. SARS-CoV-2
  4. 毒素
  5. 海鞘
  6. 类器官
  7. 群体免疫
  8. 认知地图

来源:本站原创 2020-07-16 23:38

2020年7月16日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年7月10日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。1.Science:在胚胎发生期间,细胞间接触区域决定着细胞命运doi:10.1126/science.aar5663作为一类海洋无脊椎动物,海鞘动物(Ascidians)显示了一种极端形式的胚胎可重复性:在单个
2020年7月16日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年7月10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:在胚胎发生期间,细胞间接触区域决定着细胞命运
doi:10.1126/science.aar5663


作为一类海洋无脊椎动物,海鞘动物(Ascidians)显示了一种极端形式的胚胎可重复性:在单个胚胎中可以发现同源细胞,早期的胚胎细胞谱系被认为是不变的。胚胎的几何形状甚至在4亿年前分歧开的物种之间也是保守的,尽管它们的基因组非常不同。由于早期胚胎 发育的进化保守性和缓冲遗传趋异的能力,海鞘成为研究细胞可重复性机制的一种有吸引力的模型系统。

在一项新的研究中,为了定量确定海鞘动物Phallusia mammillata的胚胎重现性,来自法国、美国和德国的研究人员首先建立了一个高分辨率的胚胎细胞谱系、细胞形状和细胞相互作用的图谱。他们利用多视角光片显微镜每2分钟对10个活胚胎进行成像,直到神经胚期( neurula stage)结束。相关研究结果发表在2020年7月10日的Science期刊上,论文标题为“Contact area–dependent cell communication and the morphological invariance of ascidian embryogenesis”。

为了系统地测量一系列的细胞时间和空间特征的发育变化,他们开发了一个强大的、可扩展的自适应分割和跟踪胚胎细胞程序(ASTEC),它与高通量多视角光片成像数据集兼容。他们将这些特征与细胞命运决定相关联,而细胞命运决定在海鞘动物中主要是由差异性的姐 妹细胞诱导控制的。受之前研究工作---表明信号细胞(signaling cell)的接触区域控制着海鞘的神经诱导---的启发,他们将他们的几何结构描述与信号基因表达图谱整合在一起。这种整合使得他们能够通过计算和实验方法测试一个假设:接触面积依赖性的细胞通信 对胚胎几何结构产生限制。

这些研究人员发现,一直到神经胚期,Phallusia mammillata胚胎发育时没有细胞生长、程序性细胞死亡或相邻细胞交换。除了细胞位置、细胞周期持续时间和细胞谱系之外,他们还观察到细胞排列的高度重现性。在所有10个研究的胚胎中,75%的细胞至少共享了80%的 相邻细胞。此外,同源细胞之间的接触区域在不同胚胎中的变化不到20%。在机制上,他们发现了细胞排列控制和不对称细胞分裂之间存在紧密联系,不对称细胞分裂会产生不同命运的姐妹细胞。

2.Science:定量确定不同的干预措施对COVID-19病例数量的影响
doi:10.1126/science.abb789


在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克动力学与自组织研究所和哥廷根大学的研究人员如今成功地分析了与过去的遏制措施有关的德国COVID-19病例数量,并得出了未来几周的情况。他们的计算机模型还可以为其他国家采取干预措施的有效性提供新的见解。相关研 究结果于2020年5月15日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Inferring change points in the spread of COVID-19 reveals the effectiveness of interventions”。

目前,许多人都在关注最近几周内遏制疫情的干预措施效果如何,以及未来几周事态将如何发展。马克斯-普朗克动力学与自组织研究所的科学家们一直在研究这些问题。他们从3月中旬开始,就与哥廷根大学的科学家们一起,对德国的新冠病毒疫情过程进行了模拟。在 他们的模型计算中,这些研究人员将3月份逐渐增加的公共生活限制与COVID-19病例数的发展联系起来。特别是,他们研究了3月份的三套干预措施的影响:3月8日左右取消大型公共活动,3月16日关闭教育机构和许多商店,3月22日大范围的禁止接触。

为此,这些研究人员将COVID-19新感染的时间过程数据与流行病学动力学模型相结合,分析了迄今为止的疫情发展过程,并对未来的情景进行了研究。根据计算机模型,一揽子遏制措施最初减缓了COVID-19的传播速度,最终阻止了可怕的指数式增长。论文通讯作者、马 克斯-普朗克动力学与自组织研究所小组负责人Viola Priesemann说,“我们的分析清楚地显示了各种干预措施的效果,这些干预措施最终共同导致了强烈的趋势逆转。因此,我们的模型计算向我们展示了与干预措施密切相关的人们行为变化的整体影响。”

3.Science:法国仅有4.4%的人感染了SARS-CoV-2病毒,远低于群体免疫所需达到的水平
doi:10.1126/science.abc3517


在一项新的研究中,来自法国、英国和美国的研究人员发现法国仅有4.4%的人感染了SARS-CoV-2病毒,这一比例远远低于群体免疫(herd immunity)所需的比例。相关研究结果于2020年5月13日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Estimating the burden of SARS-CoV-2 in France”。在这篇论文中,他们描述了他们对法国医院和监测数据的研究以及由此取得的研究结果。

随着COVID-19大流行病继续在全球范围内蔓延,许多国家已经开始努力解决何时放松为了减缓COVID-19传播而采取的封锁限制的问题。实施这类限制措施是为了“拉平疫情增长曲线”,以防止医院和其他医疗机构超负荷运转。但是这类限制措施导致了经济问题--企业倒 闭、裁员和销售放缓,从而让许多国家陷入了经济衰退。鉴于医学家们提醒道,疫苗甚至有效治疗这种疾病的药物可能要等一年或更久的时间,因此世界各国领导人面临着要求现在就取消限制的压力,而且许多领导人已经软化了态度。5月11日,法国取消了许多限制,允 许人们重返工作岗位,尽管采取了新的规定,比如社交距离(social distancing)等。

在包括法国在内的国家开始取消限制的同时,医学科学家们也开始发声,指出如果过快取消限制可能带来的问题。他们指出,在没有疫苗的情况下,摆脱大流行的唯一途径是通过群体免疫,即有足够多的人携带抗体,病毒就会自行销毁(假设携带抗体的人确实具有免疫 能力)。大多数科学家都认为,当大约65%到75%的人群被感染时,就会出现群体免疫。在这项新的研究中,这些研究人员发现,法国离群体免疫还差得很远,因此,随着限制措施的放松,很可能面临着第二波感染。

4.Science重大突破!开发可以预测药物通透性潜力的大脑类器官
doi:10.1126/science.aaz5626; doi:10.1126/science.abd0269


人脑沐浴在一种叫做脑脊液(CSF)的支持性液体中,脑脊液提供营养,是大脑正常运转所必需的。由于缺乏实验手段,人们对人脑脊液的组成和它是如何形成的了解甚少。剑桥大学MRC分子生物学实验室LMB细胞生物学部门的Madeline Lancaster小组现在已经开发出一种新 的脑类器,它可以产生脑脊液,并且有潜力预测药物是否可以进入大脑。

脑脊液是由大脑深处的脉络膜丛(ChP)产生和分泌的。ChP还过滤血液,作为一个屏障,以防止在血液中运输的大多数物质进入大脑,同时选择性地允许某些小分子进入。为了研究人类ChP的发展和功能,包括脑脊液是如何形成的,Madeline的小组开发了这个组织的一个新 的类器官模型。

研究小组发现,这种液体含有已知的脑脊液生物标记物,他们能够观察脑脊液成分随时间的变化,以及导致脑脊液成分动态变化的不同细胞类型。重要的是,他们在ChP中发现了一种以前未识别的细胞类型:肌上皮细胞。这些细胞可能负责产生涉及到CSF分泌的重要的机 械力。

ChP类器官也被发现形成一个紧密的屏障,对小分子表现出同样的选择性,就像在大脑中看到的ChP一样。例如,他们阻止了小分子多巴胺的进入,但允许其前体L-Dopa的运输。这证明了模型关于它代表的组织的准确性,这意味着ChP类器官可以预测新药物的渗透性。为了 证明这一点,研究小组研究了一种最近在第一阶段临床试验中失败的药物--BIA-10-2474,并报告说,类器官可以预测药物会不适当地积累并导致神经毒性。

5.Science重大突破!运动使肝脏产生抗衰老蛋白质!运动的个体的血液可让大脑更年轻!
doi:10.1126/science.aaw2622; doi:10.1126/science.abc8830


众所周知,锻炼可以使思维更敏锐:锻炼身体的人和老鼠在认知测试中表现更好,经常锻炼的老年人患痴呆症的风险更低。现在,在一项惊人的发现中,研究人员报告说,经常锻炼的老鼠的血液可以使久坐不动的老鼠的大脑活跃起来。相关研究成果近日发表在Science上 ,文章题目为"Blood factors transfer beneficial effects of exercise on neurogenesis and cognition to the aged brain"。

这种作用可以追溯到血液中的一种特殊的肝蛋白,它可以为那些很少离开椅子或床的年老或虚弱的人提供一种药物,这种药物可以使大脑从运动中受益。"你的大脑会仅仅是因为你的血液中的某些东西而认为你锻炼了吗?"领导这项啮齿类动物研究的加州大学旧金山分校 (UCSF)的衰老研究员Saul Villeda问道。

这项研究源于Villeda的实验室和其他实验室的一些研究,这些研究表明,年轻老鼠的血液可以使年老老鼠的大脑和肌肉恢复活力。一些研究小组声称已经找到了能够解释这种"年轻血液"益处的特殊蛋白质。Villeda小组的研究生Alana Horowitz和博士后Xuelai Fan想知 道运动--不仅仅是年轻的身体--是否也能通过血液带来类似的好处。

6.Science:改造曼巴眼镜蛇毒素MT7
doi:10.1126/science.aax2517


开发针对G蛋白偶联受体(GPCR)家族中特定亚型的药物是一项重大挑战。Maeda等人研究了一种蛇毒毒素与毒蕈碱乙酰胆碱受体(MAChR)结合的特异性基础,其中MAChR介导中枢和副交感神经系统的许多功能。他们从结构上揭示为何曼巴眼镜蛇毒液中的毒素MT7对受体 M1AChR具有特异性,也解释了它如何抑制下游信号传导。基于这种结构,他们对MT7进行改造。使之另一种受体M2AChR而不是M1ChR具有选择性。这种毒素可能为开发特异性GPCR调节剂提供了一个有希望的支架。

7.两篇Science揭示蝙蝠基于认知地图的导航
doi:10.1126/science.aax6904; doi:10.1126/science.aay3354; doi:10.1126/science.abd1213


认知地图(cognitive map)的存在对于我们在已知区域内导航的能力是至关重要的,这是因为它有助于利用空间知识推导出新的路线。然而,认知地图是否存在于非人类动物中一直存在争论,这主要是因为在实验室之外很难证明认知地图的限定成分。在针对埃及果蝠的 两项研究中,Harten等人和Toledo等人共同表明,这种物种的导航策略符合使用其环境认知地图的要求,这就证实了这种技能存在于在非人类动物中。

8.Science:浮游植物浓度的变化推动了北冰洋初级产量的增加
doi:10.1126/science.aay8380; doi:10.1126/science.abd1231


近几十年来,随着北冰洋地区的变暖和海冰的消失,北冰洋的浮游植物数量一直在增加。这种增长的推测原因是开放水域面积的扩大和生长季节的延长,至少到现在为止是这样。Lewis等人表明,尽管这些因素可能在之前推动了这种生产力趋势,但在过去的十年中,浮游 植物由于浓度增加而使得它们的初级产量增加了一半以上。这一发现意味着有新的营养物质涌入该区域,这提示着北冰洋未来可能会变得更有生产力,并输出更多的碳。

9.Science:探究脊椎动物的牙齿生长
doi:10.1126/science.aaz9431


最早的脊椎动物是没有下巴的,很像现代的盲鳗。人们对这些形式的脊椎动物如何过渡到像它们的大多数后代(包括人类)一样拥有下巴,一直很感兴趣。我们对这一过程的理解大多集中在牙齿相对于下巴的替换上。以前的理论认为,牙齿的生长发生在舌侧,或者像现 代鱼类那样从内向外生长。Vaškaninová等人的研究表明,脊椎动物的牙齿生长可能具有共同的祖先。

10.Science:在遗传性免疫失调疾病中,HEM1缺乏会破坏mTORC2和F-肌动蛋白控制
doi:10.1126/science.aay5663


WAVE调节复合物(WRC)是一种调节肌动蛋白细胞骨架形成的多单元复合物。虽然其他肌动蛋白调节蛋白也能调节人类免疫反应,但WRC的确切作用尚未确定。Cook等人研究了来自4个无关家庭的5名患者,他们携带了一个编码WRC成分HEM1的基因的错义变异。这些患者表现为反复感染和较差的抗体反应,同时伴随着增强的过敏性和自身免疫性疾病。研究发现,HEM1是调节T细胞中皮质肌动蛋白和颗粒释放所必需的,并且还与一种关键代谢信号复合物相互作用,从而导致疾病表型。通过将这些相互作用与免疫功能联系起来,这项研究提出了未来免疫疗法的潜在靶标。 (生物谷 Bioon.com)

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