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2020年9月4日Science期刊精华

来源:本站原创 2020-09-17 23:56

2020年9月17日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年9月4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:发现保守的再生反应性增强子竟影响脊椎动物的再生能力
doi:10.1126/science.aaz3090


在一项新的研究中,来自美国斯托瓦斯医学研究所、霍华德-休斯医学研究所和斯坦福大学的研究人员发现保守的与两种鱼类的尾部再生有关的再生反应性增强子(regeneration-responsive enhancer)。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“Changes in regeneration-responsive enhancers shape regenerative capacities in vertebrates”。在这篇论文中,他们描述了他们对两种鱼类的遗传研究,以及他们了解到的保守的再生反应性增强子在让鱼类再生尾巴部分中发挥的作用。

正如这些研究人员所指出的那样,一些物种能够再生失去的身体部分。例如,蜥蜴可以重新长出失去的尾巴,而许多其他动物,包括大多数哺乳动物,则不能再生出受损的身体部位。尽管进行了大量研究,但科学家们一直无法解释这一点。在这项新的研究中,他们发现了他们认为的一个重要线索---保守的再生反应性增强子。

在研究这两种鱼类物种的DNA时,这些研究人员能够分离出一种增强子,他们将其命名为再生反应性增强子,它可影响一种叫做抑制素βA(inhibin beta A)的基因的活性,这表明它可能在允许或阻止再生方面发挥作用。他们还在开罗棘鼠(Cairo spiny mice)中发现了同样的增强子,它们能够再生耳部组织,但在家鼠中却没有发现这样的增强子,这是因为家鼠不能再生耳部。

2.Science:揭示病情较重的COVID-19患者存在三种不同的免疫反应
doi:10.1126/science.abc8511


在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发现针对SARS-CoV-2感染的三种不同的免疫反应,这可能有助于预测重症COVID-19患者的疾病轨迹,并可能最终为如何最好地治疗他们提供信息。相关研究结果于2020年7月15日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Deep immune profiling of COVID-19 patients reveals distinct immunotypes with therapeutic implications”。

论文共同通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院系统药理学与转化治疗学系主任E. John Wherry博士说,“对于住院的COVID-19患者,免疫系统的反应方式并不只有一种。有很多异质性,我们将其归纳为我们所说的三种‘免疫型(immunotype)’。我们希望我们可能真地能够根据临床数据预测,或者至少推断出患者具有的不同免疫模式。这将使我们能够开始考虑让患者参加不同类型的临床试验。”

3.Science:揭示重症COVID-19患者出现免疫系统瘫痪
doi:10.1126/science.abc6261


在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学、埃默里大学和中国香港大学、香港医院管理局的研究人员发现在病情严重的COVID-19患者中,应当对体内病毒或细菌的迹象立即做出反应的“第一反应者” 免疫细胞反应迟钝。相关研究结果于2020年8月11日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Systems biological assessment of immunity to mild versus severe COVID-19 infection in humans”。

有些人因COVID-19而真正生病,而有些人却没有。没有人知道为什么。如今,在这项研究中,这些作者发现了免疫学上的偏差和失误似乎可以区分重度和轻度的COVID-19病例之间的差异。

这种差异可能源于我们进化上古老的先天免疫系统如何应对SARS-CoV-2,即导致COVID-19的冠状病毒。从果蝇到人类的所有生物中都有先天免疫系统,它能迅速感知病毒和其他病原体。一旦它感知到,它就会立即对它们发起一种不加区分的攻击,并调动更精确靶向的但行动缓慢的“神枪手”细胞,它们属于人体病原体防御力量的另一个分支---适应性免疫系统。

论文通讯作者、斯坦福大学医学院病理学教授、微生物学与免疫学教授Bali Pulendran博士说,“这些发现揭示了免疫系统如何在冠状病毒感染期间出错而导致严重的疾病,并指出了潜在的治疗靶标。”论文第一作者为斯坦福大学博士后学者Prabhu Arnunachalam博士、Florian Wimmers博士以及香港大学公共卫生实验室科学助理教授Chris Ka Pun Mok博士和Mahen Perera博士。

4.Science:从结构上揭示新冠病毒蛋白Nsp1关闭宿主蛋白合成机制
doi:10.1126/science.abc8665


在一项新的研究中,来自德国慕尼黑大学和乌尔姆大学医学中心的研究人员确定了大流行性冠状病毒SARS-CoV-2如何抑制受感染细胞中的蛋白合成,并且发现它有效地解除了人体先天免疫系统的武装。相关研究结果于2020年7月17日在线发表在Science期刊上,论文标题 为“Structural basis for translational shutdown and immune evasion by the Nsp1 protein of SARS-CoV-2”。

新型冠状病毒SARS-CoV-2所编码的非结构蛋白1(Nsp1)对宿主细胞具有破坏性的作用。事实上,Nsp1是这种病毒用来确保自身在人类宿主中复制和传播的核心武器之一。近20年前,与SARS-CoV-2存在亲缘关系的SARS-CoV冠状病毒疫情爆发后,Nsp1就已被确认为一种致病 因子,在当时它被发现能抑制受感染细胞的蛋白合成。如今,在这项新的研究中,这些研究人员发现了是什么让Nsp1如此强效。在这篇论文中,他们详细描述了这种蛋白的作用模式。

5.Science:新研究追踪在巴西流行的SARS-CoV-2毒株的传播率和起源
doi:10.1126/science.abd2161


在一项新的研究中,来自巴西、英国、法国和比利时的研究人员进行了一项研究,旨在追踪目前在巴西流通的主要SARS-CoV-2毒株的传播率和起源。相关研究结果于2020年7月23日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Evolution and epidemic spread of SARS-CoV-2 in Brazil”。

这些研究人员指出,由于当地领导人的努力,最初为减缓这种病毒在巴西的传播所做的努力似乎是有效的---但随着这种病毒向该国其他地区的传播,COVID-19疫情也在加快发展。为了了解更多关于这种病毒的信息,以及为何它能够如此迅速地传播,他们使用了多种工具 。第一种工具可分析巴西全国各地描述的感染流动性、感染率和死亡方面的数据。他们还包括未报告由 COVID-19引起但可能是由它引起的死亡病例---大多数仅被标记为严重急性呼吸道感染。在这项研究的第一部分中,他们利用这些数据进行模型模拟。这些模型模拟结 果显示,关闭疫情热点地区的商店和学校可以减缓这种病毒的传播。但是若忽视它,则不会实现这种延缓。

6.Science:利用经过基因改造的人ACE受体作为诱饵引诱新冠病毒,阻断感染
doi:10.1126/science.abc0870; doi:10.1126/science.abe0010


在一项新的研究中,来自美国伊利诺伊大学香槟分校等研究机构的研究人员指出利用诱饵受体(decoy receptor)---一种经过改造的自由漂浮的受体蛋白---引诱SARS-CoV-2,这样这种诱饵受体就可结合这种病毒并阻止感染。相关研究结果于2020年8月4日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2”。论文通讯作者为伊利诺伊大学香槟分校的的生物化学教授Erik Procko博士。

要感染人类细胞,病毒必须首先与细胞表面的受体蛋白结合。SARS-CoV-2是导致COVID-19的冠状病毒,它与一种名为ACE2的受体结合。ACE2在调节血压、血容量和炎症方面发挥着多种作用。它存在于全身组织中,特别是在肺部、心脏、动脉、肾脏和肠道中。科学家们推测,与COVID-19相关的一系列症状可能源于这种冠状病毒与ACE2结合并使得后者无法执行它的正常功能。

Procko说,“给予基于ACE2的诱饵受体可能不仅可以中和感染,而且还可能具有拯救失去的ACE2活性和直接治疗COVID-19方面的额外好处。”

7.Science:揭示细胞再回收中心—自噬体生物合成的关键步骤
doi:10.1126/science.aaz7714


细胞自噬(autophagy)是其在压力状况下或资源有限时分离并再循环细胞组分的一种必要细胞过程,在此过程中,诸如错误折叠的蛋白质和损伤的细胞器等“货物”会被称之为自噬体(autophagosome)的一种双膜结合室所捕获并进行靶向降解,那么这些所谓的自噬体是如何在细胞中形成的呢?近日,一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中,来自维也纳大学的科学家们通过研究重建了自噬体形成的第一步,他们发现,这种装载Atg9蛋白的小型囊泡结构能充当自噬体形成的种子。

子实体首先会在细胞中形成杯状膜结构,随后就会吞噬指定的细胞物质并进行降解,这些膜的形成能被蛋白质复合体机器所催化,研究者Sascha Martens解释道,如今我们发现了参与自噬体形成的多种因子,但截止到目前为止我们并不清楚这些因子是如何聚集在一起启动这些膜的形成的。其中一个因素就是Atg9蛋白,其重要性显而易见,但研究者并不清楚其所扮演的关键角色,Atg9存在于胞外小囊泡中,研究者指出,其能形成一种平台,以便自噬及其能够组装形成自噬体,Atg9囊泡在细胞中非常丰富,这就意味着当自噬体被需要时其就能很快被招募过来。

8.Science:基底前脑中的谷氨酸能神经元调节睡眠稳态介质腺苷机制
doi:10.1126/science.abb0556


大脑中不同的神经活动模式控制着睡眠-觉醒周期。然而,这种活动如何有助于睡眠稳态,在很大程度上仍然是未知数。基底前脑中的腺苷是睡眠稳态的重要生理介质。Peng等人利用一种新开发的指标,监测了小鼠基底前脑中的腺苷浓度。它的浓度与觉醒状态和REM睡眠有明显的相关性。腺苷的活动依赖性释放也可以在光遗传刺激基底前脑谷氨酸能神经元而非胆碱能神经元后引起。这些发现为了解觉醒期间神经元活动如何通过释放睡眠诱导因子促进睡眠压力提供了新的见解。

9.Science:解析出人48S翻译起始复合物的三维结构
doi:10.1126/science.aba4904


真核生物的翻译是一个动态和精心安排的过程,涉及许多参与者。43S前起始复合物(preinitiation complex, PIC)包括40S核糖体亚基;启动因子,包括已知起关键作用的eIF3复合物;以及用于翻译起始的转移RNA(tRNA)。PIC在信使RNA(mRNA)5′端被招募到帽结合复合物eIF4F上,形成沿mRNA扫描起始密码子的48S复合物。Brito Querido等人利用低温电镜确定了重组的人类48S复合物的结构。他们发现eIF4F在核糖体出口位点附近与eIF3结合。这个定位表明下游mRNA很可能穿过40S亚基来找到起始密码子。

10.Science:新工具能够设计小分子结合蛋白
doi:10.1126/science.abb8330; doi:10.1126/science.abd4791


蛋白设计可以从第一原理计算出蛋白折叠。然而,设计具有功能性的新蛋白仍然具有挑战性,部分原因是设计结合相互作用需要同时优化蛋白序列和蛋白质-配体构象。Polizzi和DeGrado从头开始设计了结合小分子药物的蛋白。他们引入了一种新的称为vdM(van der Mer)的结构元素,它可跟踪化学基团相对于接触残基的骨架的取向。通过假设蛋白利用类似于蛋白内包装的相互作用与配体结合,他们从蛋白数据库(Protein Data Bank)中的一大堆结构中确定了统计学上优选的vdM。通过在计算中加入加权vdM,他们设计了6种新的蛋白,它们中的两种可结合药物阿哌沙班(apixaban)。药物-蛋白的X射线晶体结构证实了所设计的模型。

11.Science:预测温度变暖对野生果蝇群体的影响
doi:10.1126/science.aba9287; doi:10.1126/science.abe0320


随着气候变暖越来越明显,影响越来越大,人们越来越希望预测它对物种的长期影响。传统上,这是在实验室观察的基础上通过推断致死极限来实现的。然而,在现实世界中,有机体并不会经历一个单一的高温,然后恢复到舒适的温度,而是在炎热的季节里经历一系列的高温。Rezende等人在一个动态模型中核算了这些累积效应,准确地预测了野生果蝇群体的经验模式,表明温度变暖的累积效应可以包含在未来的估计中。

12.Science:探究硅的陆地生物地球化学循环
doi:10.1126/science.abc0393; doi:10.1126/science.abd9425


硅是植物组织中的重要元素,有助于结构性防御食草动物和其他应激。然而,人们对硅的陆地生物地球化学循环了解甚少,特别是地球化学和生物机制在其调节中的相对重要性。de Tombeur等人在澳大利亚西部的土壤和植被的200万年年代序列中研究了这个问题。随着时间的增长,这些地点逐渐变得更加风化和贫瘠,这表明随着生态系统的发展,硅循环从地球化学控制转向生物控制。他们发现,在生态系统发展过程中,叶面硅浓度不断增加,即使岩石衍生硅在年代更为久远的土壤中被耗尽,也是如此。相比之下,其他主要岩源养分在植物中的浓度则呈现下降趋势。因此,生物硅循环使得植物即使在土壤极度贫瘠的条件下也能保持浓度。(生物谷 Bioon.com)

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