2020年10月9日Science期刊精华
来源：本站原创 2020-10-20 22:19
2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年10月9日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。1.Science：重大进展！在体外重建HIV复制和整合过程，为开发靶向HIV衣壳的药物奠定基础doi:10.1126/science.abc8420在一项新的研究中，来自美国犹他大学医学院和弗吉尼亚大学的研究
2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年10月9日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science：重大进展！在体外重建HIV复制和整合过程，为开发靶向HIV衣壳的药物奠定基础
doi:10.1126/science.abc8420
在一项新的研究中，来自美国犹他大学医学院和弗吉尼亚大学的研究人员在试管中重现了导致获得性免疫缺陷综合征（AIDS，俗称艾滋病）的HIV（人类免疫缺陷病毒）感染的最初步骤，实现了几十年来的梦想。这样做使得人们能够近距离观察HIV，并能够确定这种病毒在人类宿主体内复制所需的基本成分。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“Reconstitution and visualization of HIV-1 capsid-dependent replication and integration in vitro”。
就HIV的所有危险性而言，这种病毒的外表却很简单。HIV类似于一个圆形的冰淇淋甜筒，它的外壳将它的遗传物质封装在里面。此前，人们一直认为，这个称为衣壳（capsid）的外壳的主要作用是保护它的珍贵货物（即前面提及的遗传物质）。但是，这项新的研究显示，HIV衣壳在感染过程中也发挥着积极作用。
在试管中进行感染的初始步骤，使得这些研究人员能够以以前不可能的方式精确地操纵HIV。他们发现，当他们使用遗传方法和生化方法破坏HIV衣壳的稳定性时，这种病毒无法有效复制它的遗传物质。这是首次直接证明HIV衣壳不仅仅是起着包装的作用，而且也是HIV感染过程本身的一个重要组成部分。
2.Science：揭示ABL激酶的动态构象变化，为开发新一代癌症靶向药物奠定基础
doi:10.1126/science.abc2754
在一项新的研究中，来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员可视化观察了之前未知的ABL激酶的结构，从而为设计针对成年和儿童癌症患者的靶向疗法提供新的见解。这项研究将推进对癌症靶向药物产生的耐药性的理解。相关研究结果于2020年10月1日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Conformational states dynamically populated by a kinase determine its function”。
这一成就的核心是美国最强大的核磁共振（NMR）光谱仪，该光谱仪于2019年安装在圣犹大儿童研究医院。就像显微镜让科学家们能够窥视细胞内部一样，NMR光谱仪让人们能够可视化观察以前看不见的或者说无法检测到的分子结构，而这些结构是无法用其他技术观察到的。
论文共同通讯作者、圣犹大儿童研究医院结构生物学系主任Charalampos Babis Kalodimos博士说，“这是第一次捕捉到蛋白激酶如此短暂的构象，考虑到人类有超过500种激酶，这真正展示了还有很多未知领域需要探索。人们对ABL激酶及其耐药机制已经研究了20年，但有了这项技术，我们如今处于改善靶向治疗的新起点。”
3.Science：重大突破！一类新型抑制剂可高效阻止神经变性，有望治疗一系列神经退行性疾病
doi:10.1126/science.aay3302; doi:10.1126/science.abe2791
在一项新的研究中，来自德国海德堡大学的研究人员发现了一种位于神经连接（即突触）处的通常会激活一种保护性遗传程序的特殊受体当位于突触外时如何导致神经细胞死亡。这种在神经退行性过程方面的重要发现使得他们对治疗药物产生了全新的认识。在对小鼠模型的实验中，他们发现了一类新的保护神经细胞的高效抑制剂。正如Hilmar Bading教授指出的那样，这类新型药物首次在对抗目前无法治疗的神经系统疾病方面开辟了前景。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“Coupling of NMDA receptors and TRPM4 guides discovery of unconventional neuroprotectants”。
Bading教授和他的团队着重关注是这种称为N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）受体的受体。这种受体是一种可被生化信使分子---神经递质谷氨酸---激活的离子通道蛋白。它允许钙流入细胞。钙信号在突触中启动可塑性过程，但也会传送到细胞核中，在那里激活一种保护性遗传程序。位于神经细胞连接处的可被谷氨酸激活的NMDA受体在大脑中具有关键功能，有助于学习和记忆过程以及神经保护。但是，这种受体也存在于突触外。这些位于突触外的NMDA受体构成了威胁，这是因为它们的激活会导致细胞死亡。然而，正常情况下，高效的细胞谷氨酸摄取系统可以确保这种受体不被激活，从而确保神经细胞不受损伤。
这种情况在疾病的存在下会发生巨大的变化。例如，如果在中风发作后，大脑的部分区域没有得到足够的氧气供应，循环中断就会使得这种谷氨酸摄取系统无效。突触外的谷氨酸水平增加，从而激活突触外的NMDA受体。其结果是神经细胞损伤和死亡，并伴随着脑功能受到限制。突触外谷氨酸水平增加不仅发生在大脑循环紊乱期间。Bading教授解释说，“有证据表明突触外NMDA受体的毒性特性在一些神经退行性疾病中起着核心作用。”根据这位科学家的说法，这尤其适用于阿尔茨海默病和肌萎缩侧索硬化症，其结果是肌肉无力、肌肉萎缩以及视网膜退化，甚至可能在病毒或寄生虫感染后出现大脑损伤。
4.Science：DNA片段重复和倒位导致雌性鼹鼠同时产生功能性的卵巢和睾丸组织
doi:10.1126/science.aaz2582
鼹鼠的生活环境极端恶劣。作为深入地洞的哺乳动物，它们的前爪多了一根手指，肌肉特别强壮。更重要的是，雌性鼹鼠在保留生育能力的同时，也具有双性表型。作为哺乳动物的典型特征，雌性鼹鼠有两条X染色体，但同时发育出功能性的卵巢和睾丸组织。在雌性鼹鼠中，这种两种组织类型都结合在一种称为卵睾体（ovotestis）的器官中，这是这种哺乳动物的一种独一无二的特征。雌性鼹鼠的睾丸组织不产生精子，但会产生大量的性激素睾丸酮，也就是说雌性鼹鼠的睾丸酮含量与雄性鼹鼠相似。据推测，这种天然的“兴奋剂”使得雌性鼹鼠具有侵略性和发达的肌肉，这对于它们在必须挖洞和争夺资源的地下生活来说是一种优势。
如今，在一项新的研究中，来自德国多家研究机构的研究人员报告了导致鼹鼠这种特征性性发育的遗传特性。根据这项研究，主要是基因组结构的变化导致了对基因活性的控制发生改变。除了导致睾丸发育的遗传程序外，这种变化还会激活导致雌性鼹鼠体内雄性激素分泌的酶。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“The mole genome reveals regulatory rearrangements associated with adaptive intersexuality”。论文通讯作者为马克斯-普朗克分子遗传学研究所的Stefan Mundlos教授和Darío G. Lupiáñez博士。论文第一作者为马克斯-普朗克分子遗传学研究所的Francisca M. Real。
5.Science：我国科学家揭示植物干细胞免受各种病毒感染机制
doi:10.1126/science.abb7360
自20世纪50年代以来，人们就知道，位于植物顶端的分生组织，即茎尖分生组织（shoot apical meristem, SAM），具有非凡的能力：即使植物的其他部分被病毒彻底感染，它们也能在产生特定的子细胞时保持无病毒状态。这种情况不仅仅是对一种或甚至几种病毒，而是对各种各样的病毒都是如此。
在一项新的研究中，来自中国科学技术大学、广州大学、四川大学和德国海德堡大学的研究人员对这种不可思议的能力提出了新的见解。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells”。论文通讯作者为中国科学技术大学的Zhaoxia Tian和Zhong Zhao。
这些研究人员将黄瓜花叶病毒（cucumber mosaic virus, CMV）接种到阿拉伯芥（thale cress）植物上，并观察发生了什么。当黄瓜花叶病毒向SAM扩散时，他们注意到这种病毒在到达一个表达WUSCHEL的区域（下称WUSCHEL表达区域）之前就停止了。通过仔细观察调节蛋白WUSCHEL在这个区域的分布，他们发现这种病毒在接种后试图站稳脚跟的地方出现了更多的WUSCHEL。作为一种极其重要的蛋白，WUSCHEL在植物胚胎发育的早期阶段，在决定干细胞命运的过程中起着关键的调节作用，同时也负责监督SAM，使得它们维持在未分化的状态，并确定它们会产生什么样的子细胞。
他们随后将黄瓜花叶病毒直接接种到阿拉伯芥的干细胞中及其正下方，发现这种病毒只在后一个区域传播。Zhao说，“一种称为地塞米松（dexamethasone）的化学物可以诱导我们测试的植物产生WUSCHEL蛋白。因此，接下来，我们给阿拉伯芥接种更多的黄瓜花叶病毒，然后对其中的一些植物进行地塞米松处理，还有一些植物未接受这种处理。”在未接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中，大约89%的植物感染了这种病毒，但在接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中，90%的植物并未受到这种病毒入侵。
6.Science：揭示为何季节性流感疫苗接种只能在一年内保持有效
doi:10.1126/science.aaz8432
在一项新的研究中，来自美国埃默里大学等研究机构的研究人员针对为何接种季节性流感疫苗后免疫力的提升仅持续几个月而不是几年的时间提出了新的见解。相关研究结果于2020年8月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Influenza vaccine–induced human bone marrow plasma cells decline within a year after vaccination”。论文通讯作者为埃默里大学埃默里疫苗中心主任Rafi Ahmed博士。
产生抗体的免疫细胞（抗体产生细胞，也称为抗体分泌细胞，亦即后文中的浆细胞）的大本营是骨髓。接种季节性流感疫苗确实会增加骨髓中流感特异性的抗体产生细胞的数量。然而，这些作者发现，大部分新产生的细胞会在一年内消失。
在这项研究中，53名健康志愿者同意在季节性流感疫苗接种之前、在疫苗接种一个月后提供骨髓，并在大约一年后进行随访。接种疫苗后一个月，流感特异性细胞群体的比例增加了（从平均0.8%增加到1.9%）。然而几个月后的随访发现，这个数字已经下降到基线水平。 寻找新的疫苗特异性抗体分泌细胞需要分析这些细胞的DNA和探究它们制造的抗体，然后追踪这些细胞在血液和骨髓中的丰度。对于大多数新产生的浆细胞谱系来说，它们中的70%到99%在一年后都会消失。
一些好消息是，特别是对于参与疫苗研究的人来说，血液中抗体分泌细胞的水平与骨髓中的长期反应相关。因此，疫苗研究人员可以继续通过寻找血液中的抗体分泌细胞来监测免疫反应。
7.Science：揭示基因CIITA诱导人细胞抵抗埃博拉病毒和SARS样冠状病毒感染机制
doi:10.1126/science.abb3753
在一项新的研究中，来自美国弗吉尼亚梅森大学贝纳罗亚研究所、凯斯西储大学、波士顿大学医学院和MRIGlobal公司的研究人员发现了一种新的细胞保护途径，该途径靶向几种不同大流行病毒中的共同弱点。他们发现这种途径可以保护细胞免受埃博拉病毒和诸如SARS-CoV-2之类的冠状病毒感染。这些新发现使得人们更好地理解参与抵抗病毒感染的细胞机制，从而为治疗未来病毒性传染病提供参考。相关研究结果于2020年8月27日在线发表在Science期刊上，论文标题为“MHC class II transactivator CIITA induces cell resistance to Ebola virus and SARS-like coronaviruses”。
这项研究阐明了所发现的两个基因的全新作用，以及抑制病毒融合和进入人体细胞的独特方法，这使得我们离下一代抗病毒疗法更近了一步。这些研究人员利用转座子介导的基因激活筛选方法，寻找可以阻止埃博拉病毒感染的新基因。
这种新的筛选策略可作为发现针对其他危险病原体的抵抗机制的蓝本。利用这种策略，这些研究人员发现了基因CIITA（MHC class II transactivator，MHCII类反式激活蛋白）通过激活第二个基因CD74的表达，诱导人细胞系产生抵抗力。作为CD74的一种形式，p41破坏了称为组织蛋白酶（Cathepsin）的细胞蛋白酶对埃博拉病毒蛋白外壳上的蛋白的加工。这可以阻止这种病毒进入细胞和感染。p41还会阻断包括SARS-CoV-2在内的冠状病毒的组织蛋白酶依赖性进入途径。
8.Science：针对刺突蛋白的新发现揭示了新冠病毒感染人细胞的能力
doi:10.1126/science.abd5223
在SARS-CoV-2感染初期，这种病毒利用它的表面上的刺突蛋白（S蛋白）附着到人体细胞上。S蛋白是疫苗研发的核心，这是因为它能触发人体免疫反应。在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克生物物理学研究所（MPI）、欧洲分子生物学实验室（EMBL）、保罗-埃里希研究院（Paul-Ehrlich-Institut，PEI）和法兰克福歌德大学等研究机构的研究人员着重关注这种病毒的表面结构，以获得可用于开发疫苗和治疗感染患者的有效疗法的新见解。相关研究结果于2020年8月18日在线发表在Science期刊上，论文标题为“In situ structural analysis of SARS-CoV-2 spike reveals flexibility mediated by three hinges”。
这些作者结合低温电子断层扫描（cryo-electron tomography, cryo-ET）、子断层扫描图平均化（subtomogram averaging）和分子动力学模拟，在近原子分辨率下分析了S蛋白在它的自然环境中、完整病毒颗粒上的分子结构。利用EMBL最先进的低温电镜成像设备，他们生成了大约1000个SARS-CoV-2病毒的266幅低温电子断层扫描图，每个病毒表面平均携带40个S蛋白刺突。子断层扫描图平均化和图像处理，再结合分子动力学模拟，最终提供了关于这些S蛋白刺突的重要和新的结构信息。
这些结果令人吃惊：他们的数据显示，S蛋白的球状部分，包含受体结合区域和与靶细胞融合所需的区域，而且这个球状部分连接到一个柔性的茎区域。论文共同通讯作者、EMBL小组负责人、MPI主任Martin Beck解释道，“S蛋白刺突的上部球状部分具有用于疫苗开发的重组蛋白很好重现的结构。然而，我们关于茎区域将S蛋白的球状部分固定在病毒表面上的发现是新的。”
9.Science：呼吸道粘膜的中性粒细胞炎症易引起RSV感染
doi:10.1126/science.aba9301; doi:10.1126/science.abe3685
为什么有些人在任何一年中都会患感冒，而另一些人则不会，人们对此知之甚少。Habibi等人让志愿者接触呼吸道合胞病毒（RSV）---它导致普通感冒的病原体之一，然后在随后的2周内对他们进行跟踪调查。区别感染者和未感染者的主要因素是，前者在暴露于RSV之前出现了气道中性粒细胞活化的迹象。相反，受保护的个体在这种病毒接种后不久就表现出白细胞介素-17（IL-17）信号的增强。同样，用中性粒细胞化学吸引剂预处理的小鼠更容易受到RSV感染和患上CD8+ T细胞驱动的疾病。调节细胞因子活性的中性粒细胞蛋白酶可能解释了这种差异，并可能为RSV和其他呼吸道感染提供治疗靶标。
10.Science：随着新生态群落的出现，物种灭绝的现象越来越多
doi:10.1126/science.abb3996; doi:10.1126/science.abe4727
在人类世（Anthropocene），人类正在改变生态系统，造成物种灭绝，并导致物种重新分布。在我们促进这些变化的同时，我们正在创造一系列新的物种。这样的 “新群落”形成并不是我们这个时代所特有的，与过去事件相关的多样性和灭绝模式可以阐明当前群落重组的影响。Pandolfi等人研究了过去6600万年的海洋浮游生物群落，发现新群落的出现会更进一步低导致新物种出现和现有物种灭绝。虽然群落变化是对环境变化的自然生物反应，但目前的变化速度可能会导致即将发生的快速影响。
11.Science：对单颗粒低温电镜加以改进
doi:10.1126/science.abb7927; doi:10.1126/science.abd8035
单颗粒低温电镜（cryo-EM）已经成为结构生物学家的首选技术。虽然数据处理和重建方法已经得到改进，但样品制备和数据收集方面的创新对于可靠地实现高分辨率重建，同时减少重建每个结构所需的时间至关重要。Naydenova等人解决了电子束引起的颗粒移动问题，这是信息损失的主要来源：他们设计了一个金质样品支架，防止颗粒悬浮在其中的极薄冰层发生弯曲。这种可忽略不计的颗粒移动允许外推到“零暴露”结构因子，从而显示出通常在低温电镜结构中丢失的特征。每单位分辨率所需的颗粒数量要少得多，这大大加快了结构测定的速度，特别是在高分辨率下。
12.Science：海马体θ振荡中编码的未来和过去行为的交替序列
doi:10.1126/science.abb4151
神经网络显示出将前向排序的活动模式转化为反向排序的追溯序列的能力。这种转变的机制仍然未知。Wang等人发现，在主动导航过程中，大鼠海马体CA1位置细胞集群内在地组织起来，在单个θ振荡中产生独立的前向排序序列和反向排序序列。这一发现可能为正在进行的行为过程中的回顾性评估和存储提供了神经回路水平上的基础。θ相位序列队列出现在少数位置细胞中，其中的许多细胞在θ振荡中表现出两个优先的放电相位，并在随后的休息期间优先参与反向重放。这些发现揭示了基于θ的海马体编码的一个意想不到的方面，并提供了一种支持反向排序序列表达的生物学机制。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science：重大进展！在体外重建HIV复制和整合过程，为开发靶向HIV衣壳的药物奠定基础
doi:10.1126/science.abc8420
在一项新的研究中，来自美国犹他大学医学院和弗吉尼亚大学的研究人员在试管中重现了导致获得性免疫缺陷综合征（AIDS，俗称艾滋病）的HIV（人类免疫缺陷病毒）感染的最初步骤，实现了几十年来的梦想。这样做使得人们能够近距离观察HIV，并能够确定这种病毒在人类宿主体内复制所需的基本成分。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“Reconstitution and visualization of HIV-1 capsid-dependent replication and integration in vitro”。
就HIV的所有危险性而言，这种病毒的外表却很简单。HIV类似于一个圆形的冰淇淋甜筒，它的外壳将它的遗传物质封装在里面。此前，人们一直认为，这个称为衣壳（capsid）的外壳的主要作用是保护它的珍贵货物（即前面提及的遗传物质）。但是，这项新的研究显示，HIV衣壳在感染过程中也发挥着积极作用。
在试管中进行感染的初始步骤，使得这些研究人员能够以以前不可能的方式精确地操纵HIV。他们发现，当他们使用遗传方法和生化方法破坏HIV衣壳的稳定性时，这种病毒无法有效复制它的遗传物质。这是首次直接证明HIV衣壳不仅仅是起着包装的作用，而且也是HIV感染过程本身的一个重要组成部分。
2.Science：揭示ABL激酶的动态构象变化，为开发新一代癌症靶向药物奠定基础
doi:10.1126/science.abc2754
在一项新的研究中，来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员可视化观察了之前未知的ABL激酶的结构，从而为设计针对成年和儿童癌症患者的靶向疗法提供新的见解。这项研究将推进对癌症靶向药物产生的耐药性的理解。相关研究结果于2020年10月1日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Conformational states dynamically populated by a kinase determine its function”。
这一成就的核心是美国最强大的核磁共振（NMR）光谱仪，该光谱仪于2019年安装在圣犹大儿童研究医院。就像显微镜让科学家们能够窥视细胞内部一样，NMR光谱仪让人们能够可视化观察以前看不见的或者说无法检测到的分子结构，而这些结构是无法用其他技术观察到的。
论文共同通讯作者、圣犹大儿童研究医院结构生物学系主任Charalampos Babis Kalodimos博士说，“这是第一次捕捉到蛋白激酶如此短暂的构象，考虑到人类有超过500种激酶，这真正展示了还有很多未知领域需要探索。人们对ABL激酶及其耐药机制已经研究了20年，但有了这项技术，我们如今处于改善靶向治疗的新起点。”
3.Science：重大突破！一类新型抑制剂可高效阻止神经变性，有望治疗一系列神经退行性疾病
doi:10.1126/science.aay3302; doi:10.1126/science.abe2791
在一项新的研究中，来自德国海德堡大学的研究人员发现了一种位于神经连接（即突触）处的通常会激活一种保护性遗传程序的特殊受体当位于突触外时如何导致神经细胞死亡。这种在神经退行性过程方面的重要发现使得他们对治疗药物产生了全新的认识。在对小鼠模型的实验中，他们发现了一类新的保护神经细胞的高效抑制剂。正如Hilmar Bading教授指出的那样，这类新型药物首次在对抗目前无法治疗的神经系统疾病方面开辟了前景。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“Coupling of NMDA receptors and TRPM4 guides discovery of unconventional neuroprotectants”。
Bading教授和他的团队着重关注是这种称为N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）受体的受体。这种受体是一种可被生化信使分子---神经递质谷氨酸---激活的离子通道蛋白。它允许钙流入细胞。钙信号在突触中启动可塑性过程，但也会传送到细胞核中，在那里激活一种保护性遗传程序。位于神经细胞连接处的可被谷氨酸激活的NMDA受体在大脑中具有关键功能，有助于学习和记忆过程以及神经保护。但是，这种受体也存在于突触外。这些位于突触外的NMDA受体构成了威胁，这是因为它们的激活会导致细胞死亡。然而，正常情况下，高效的细胞谷氨酸摄取系统可以确保这种受体不被激活，从而确保神经细胞不受损伤。
这种情况在疾病的存在下会发生巨大的变化。例如，如果在中风发作后，大脑的部分区域没有得到足够的氧气供应，循环中断就会使得这种谷氨酸摄取系统无效。突触外的谷氨酸水平增加，从而激活突触外的NMDA受体。其结果是神经细胞损伤和死亡，并伴随着脑功能受到限制。突触外谷氨酸水平增加不仅发生在大脑循环紊乱期间。Bading教授解释说，“有证据表明突触外NMDA受体的毒性特性在一些神经退行性疾病中起着核心作用。”根据这位科学家的说法，这尤其适用于阿尔茨海默病和肌萎缩侧索硬化症，其结果是肌肉无力、肌肉萎缩以及视网膜退化，甚至可能在病毒或寄生虫感染后出现大脑损伤。
4.Science：DNA片段重复和倒位导致雌性鼹鼠同时产生功能性的卵巢和睾丸组织
doi:10.1126/science.aaz2582
鼹鼠的生活环境极端恶劣。作为深入地洞的哺乳动物，它们的前爪多了一根手指，肌肉特别强壮。更重要的是，雌性鼹鼠在保留生育能力的同时，也具有双性表型。作为哺乳动物的典型特征，雌性鼹鼠有两条X染色体，但同时发育出功能性的卵巢和睾丸组织。在雌性鼹鼠中，这种两种组织类型都结合在一种称为卵睾体（ovotestis）的器官中，这是这种哺乳动物的一种独一无二的特征。雌性鼹鼠的睾丸组织不产生精子，但会产生大量的性激素睾丸酮，也就是说雌性鼹鼠的睾丸酮含量与雄性鼹鼠相似。据推测，这种天然的“兴奋剂”使得雌性鼹鼠具有侵略性和发达的肌肉，这对于它们在必须挖洞和争夺资源的地下生活来说是一种优势。
如今，在一项新的研究中，来自德国多家研究机构的研究人员报告了导致鼹鼠这种特征性性发育的遗传特性。根据这项研究，主要是基因组结构的变化导致了对基因活性的控制发生改变。除了导致睾丸发育的遗传程序外，这种变化还会激活导致雌性鼹鼠体内雄性激素分泌的酶。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“The mole genome reveals regulatory rearrangements associated with adaptive intersexuality”。论文通讯作者为马克斯-普朗克分子遗传学研究所的Stefan Mundlos教授和Darío G. Lupiáñez博士。论文第一作者为马克斯-普朗克分子遗传学研究所的Francisca M. Real。
5.Science：我国科学家揭示植物干细胞免受各种病毒感染机制
doi:10.1126/science.abb7360
自20世纪50年代以来，人们就知道，位于植物顶端的分生组织，即茎尖分生组织（shoot apical meristem, SAM），具有非凡的能力：即使植物的其他部分被病毒彻底感染，它们也能在产生特定的子细胞时保持无病毒状态。这种情况不仅仅是对一种或甚至几种病毒，而是对各种各样的病毒都是如此。
在一项新的研究中，来自中国科学技术大学、广州大学、四川大学和德国海德堡大学的研究人员对这种不可思议的能力提出了新的见解。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上，论文标题为“WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells”。论文通讯作者为中国科学技术大学的Zhaoxia Tian和Zhong Zhao。
这些研究人员将黄瓜花叶病毒（cucumber mosaic virus, CMV）接种到阿拉伯芥（thale cress）植物上，并观察发生了什么。当黄瓜花叶病毒向SAM扩散时，他们注意到这种病毒在到达一个表达WUSCHEL的区域（下称WUSCHEL表达区域）之前就停止了。通过仔细观察调节蛋白WUSCHEL在这个区域的分布，他们发现这种病毒在接种后试图站稳脚跟的地方出现了更多的WUSCHEL。作为一种极其重要的蛋白，WUSCHEL在植物胚胎发育的早期阶段，在决定干细胞命运的过程中起着关键的调节作用，同时也负责监督SAM，使得它们维持在未分化的状态，并确定它们会产生什么样的子细胞。
他们随后将黄瓜花叶病毒直接接种到阿拉伯芥的干细胞中及其正下方，发现这种病毒只在后一个区域传播。Zhao说，“一种称为地塞米松（dexamethasone）的化学物可以诱导我们测试的植物产生WUSCHEL蛋白。因此，接下来，我们给阿拉伯芥接种更多的黄瓜花叶病毒，然后对其中的一些植物进行地塞米松处理，还有一些植物未接受这种处理。”在未接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中，大约89%的植物感染了这种病毒，但在接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中，90%的植物并未受到这种病毒入侵。
6.Science：揭示为何季节性流感疫苗接种只能在一年内保持有效
doi:10.1126/science.aaz8432
在一项新的研究中，来自美国埃默里大学等研究机构的研究人员针对为何接种季节性流感疫苗后免疫力的提升仅持续几个月而不是几年的时间提出了新的见解。相关研究结果于2020年8月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Influenza vaccine–induced human bone marrow plasma cells decline within a year after vaccination”。论文通讯作者为埃默里大学埃默里疫苗中心主任Rafi Ahmed博士。
产生抗体的免疫细胞（抗体产生细胞，也称为抗体分泌细胞，亦即后文中的浆细胞）的大本营是骨髓。接种季节性流感疫苗确实会增加骨髓中流感特异性的抗体产生细胞的数量。然而，这些作者发现，大部分新产生的细胞会在一年内消失。
在这项研究中，53名健康志愿者同意在季节性流感疫苗接种之前、在疫苗接种一个月后提供骨髓，并在大约一年后进行随访。接种疫苗后一个月，流感特异性细胞群体的比例增加了（从平均0.8%增加到1.9%）。然而几个月后的随访发现，这个数字已经下降到基线水平。 寻找新的疫苗特异性抗体分泌细胞需要分析这些细胞的DNA和探究它们制造的抗体，然后追踪这些细胞在血液和骨髓中的丰度。对于大多数新产生的浆细胞谱系来说，它们中的70%到99%在一年后都会消失。
一些好消息是，特别是对于参与疫苗研究的人来说，血液中抗体分泌细胞的水平与骨髓中的长期反应相关。因此，疫苗研究人员可以继续通过寻找血液中的抗体分泌细胞来监测免疫反应。
7.Science：揭示基因CIITA诱导人细胞抵抗埃博拉病毒和SARS样冠状病毒感染机制
doi:10.1126/science.abb3753
在一项新的研究中，来自美国弗吉尼亚梅森大学贝纳罗亚研究所、凯斯西储大学、波士顿大学医学院和MRIGlobal公司的研究人员发现了一种新的细胞保护途径，该途径靶向几种不同大流行病毒中的共同弱点。他们发现这种途径可以保护细胞免受埃博拉病毒和诸如SARS-CoV-2之类的冠状病毒感染。这些新发现使得人们更好地理解参与抵抗病毒感染的细胞机制，从而为治疗未来病毒性传染病提供参考。相关研究结果于2020年8月27日在线发表在Science期刊上，论文标题为“MHC class II transactivator CIITA induces cell resistance to Ebola virus and SARS-like coronaviruses”。
这项研究阐明了所发现的两个基因的全新作用，以及抑制病毒融合和进入人体细胞的独特方法，这使得我们离下一代抗病毒疗法更近了一步。这些研究人员利用转座子介导的基因激活筛选方法，寻找可以阻止埃博拉病毒感染的新基因。
这种新的筛选策略可作为发现针对其他危险病原体的抵抗机制的蓝本。利用这种策略，这些研究人员发现了基因CIITA（MHC class II transactivator，MHCII类反式激活蛋白）通过激活第二个基因CD74的表达，诱导人细胞系产生抵抗力。作为CD74的一种形式，p41破坏了称为组织蛋白酶（Cathepsin）的细胞蛋白酶对埃博拉病毒蛋白外壳上的蛋白的加工。这可以阻止这种病毒进入细胞和感染。p41还会阻断包括SARS-CoV-2在内的冠状病毒的组织蛋白酶依赖性进入途径。
8.Science：针对刺突蛋白的新发现揭示了新冠病毒感染人细胞的能力
doi:10.1126/science.abd5223
在SARS-CoV-2感染初期，这种病毒利用它的表面上的刺突蛋白（S蛋白）附着到人体细胞上。S蛋白是疫苗研发的核心，这是因为它能触发人体免疫反应。在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克生物物理学研究所（MPI）、欧洲分子生物学实验室（EMBL）、保罗-埃里希研究院（Paul-Ehrlich-Institut，PEI）和法兰克福歌德大学等研究机构的研究人员着重关注这种病毒的表面结构，以获得可用于开发疫苗和治疗感染患者的有效疗法的新见解。相关研究结果于2020年8月18日在线发表在Science期刊上，论文标题为“In situ structural analysis of SARS-CoV-2 spike reveals flexibility mediated by three hinges”。
这些作者结合低温电子断层扫描（cryo-electron tomography, cryo-ET）、子断层扫描图平均化（subtomogram averaging）和分子动力学模拟，在近原子分辨率下分析了S蛋白在它的自然环境中、完整病毒颗粒上的分子结构。利用EMBL最先进的低温电镜成像设备，他们生成了大约1000个SARS-CoV-2病毒的266幅低温电子断层扫描图，每个病毒表面平均携带40个S蛋白刺突。子断层扫描图平均化和图像处理，再结合分子动力学模拟，最终提供了关于这些S蛋白刺突的重要和新的结构信息。
这些结果令人吃惊：他们的数据显示，S蛋白的球状部分，包含受体结合区域和与靶细胞融合所需的区域，而且这个球状部分连接到一个柔性的茎区域。论文共同通讯作者、EMBL小组负责人、MPI主任Martin Beck解释道，“S蛋白刺突的上部球状部分具有用于疫苗开发的重组蛋白很好重现的结构。然而，我们关于茎区域将S蛋白的球状部分固定在病毒表面上的发现是新的。”
9.Science：呼吸道粘膜的中性粒细胞炎症易引起RSV感染
doi:10.1126/science.aba9301; doi:10.1126/science.abe3685
为什么有些人在任何一年中都会患感冒，而另一些人则不会，人们对此知之甚少。Habibi等人让志愿者接触呼吸道合胞病毒（RSV）---它导致普通感冒的病原体之一，然后在随后的2周内对他们进行跟踪调查。区别感染者和未感染者的主要因素是，前者在暴露于RSV之前出现了气道中性粒细胞活化的迹象。相反，受保护的个体在这种病毒接种后不久就表现出白细胞介素-17（IL-17）信号的增强。同样，用中性粒细胞化学吸引剂预处理的小鼠更容易受到RSV感染和患上CD8+ T细胞驱动的疾病。调节细胞因子活性的中性粒细胞蛋白酶可能解释了这种差异，并可能为RSV和其他呼吸道感染提供治疗靶标。
10.Science：随着新生态群落的出现，物种灭绝的现象越来越多
doi:10.1126/science.abb3996; doi:10.1126/science.abe4727
在人类世（Anthropocene），人类正在改变生态系统，造成物种灭绝，并导致物种重新分布。在我们促进这些变化的同时，我们正在创造一系列新的物种。这样的 “新群落”形成并不是我们这个时代所特有的，与过去事件相关的多样性和灭绝模式可以阐明当前群落重组的影响。Pandolfi等人研究了过去6600万年的海洋浮游生物群落，发现新群落的出现会更进一步低导致新物种出现和现有物种灭绝。虽然群落变化是对环境变化的自然生物反应，但目前的变化速度可能会导致即将发生的快速影响。
11.Science：对单颗粒低温电镜加以改进
doi:10.1126/science.abb7927; doi:10.1126/science.abd8035
单颗粒低温电镜（cryo-EM）已经成为结构生物学家的首选技术。虽然数据处理和重建方法已经得到改进，但样品制备和数据收集方面的创新对于可靠地实现高分辨率重建，同时减少重建每个结构所需的时间至关重要。Naydenova等人解决了电子束引起的颗粒移动问题，这是信息损失的主要来源：他们设计了一个金质样品支架，防止颗粒悬浮在其中的极薄冰层发生弯曲。这种可忽略不计的颗粒移动允许外推到“零暴露”结构因子，从而显示出通常在低温电镜结构中丢失的特征。每单位分辨率所需的颗粒数量要少得多，这大大加快了结构测定的速度，特别是在高分辨率下。
12.Science：海马体θ振荡中编码的未来和过去行为的交替序列
doi:10.1126/science.abb4151
神经网络显示出将前向排序的活动模式转化为反向排序的追溯序列的能力。这种转变的机制仍然未知。Wang等人发现，在主动导航过程中，大鼠海马体CA1位置细胞集群内在地组织起来，在单个θ振荡中产生独立的前向排序序列和反向排序序列。这一发现可能为正在进行的行为过程中的回顾性评估和存储提供了神经回路水平上的基础。θ相位序列队列出现在少数位置细胞中，其中的许多细胞在θ振荡中表现出两个优先的放电相位，并在随后的休息期间优先参与反向重放。这些发现揭示了基于θ的海马体编码的一个意想不到的方面，并提供了一种支持反向排序序列表达的生物学机制。（生物谷 Bioon.com）
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