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2020年11月20日Science期刊精华

来源:本站原创 2020-11-24 20:03

2020年11月24日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年11月20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。

doi:10.1126/science.abb5390

在果蝇和线虫身上可以常规地进行遗传筛选。在人类中,存在着丰富的关于遗传病和疾病相关突变后果的知识,但对人类进行系统性分析是不可能的。如今,在一项新的研究中,来自奥地利维也纳生物中心(Vienna BioCenter)、维也纳大学和维也纳医科大学的研究人 员开发出一种突破性的技术,这种技术允许在人类组织中并行分析数百个基因。他们将这种新技术命名为CRISPR-LICHT。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“A human tissue screen identifies a regulator of ER secretion as a brain size determinant”。

论文共同第一作者、IMBA博士生Dominik Lindenhofer解释说,“这种技术是基于众所周知的在2020年10月获得诺贝尔奖的CRISPR-Cas9技术和双条码方法的结合。关键的技巧是使用向导RNA(gRNA),同时也使用一种基因条形码,即我们添加到用来培养类器官的细胞基因 组中的DNA片段。这让我们可以看到每个类器官的完整细胞谱系,而第二种条形码让我们可以计算每个起始细胞产生的细胞数量。这降低了噪音,因此我们可以确定每种gRNA对类器官生长过程中产生的细胞数量的影响。为了描述我们的方法,我们将之称为CRISPR-LICHT( CRIPSR-Lineage Tracing at Cellular resolution in Heterogenous Tissue,利用CRipsR在异质组织中进行细胞分辨率下的谱系追踪)。”

这些研究人员将CRISPR-LICHT应用于小头畸形(microcephaly),即一种以患者大脑尺寸缩小和严重智力障碍为典型特征的遗传性疾病。通过这种革命性的新技术,他们筛选出了所有疑似在这种疾病中发挥作用的基因。

doi:10.1126/science.abd3663

在过去十年中,寨卡病毒在世界各地传播,造成数百万人感染,其中一些感染与先天性畸形和神经系统疾病有关。在一项新的研究中,来自法国国家科学研究中心(CNRS)和巴斯德研究所等研究机构的研究人员将将目光转向了寨卡病毒的主要传播媒介:埃及伊蚊。在 5000年至1万年前,这种原产于非洲的蚊子物种产生了一种适应人类的亚种,该亚种在过去几个世纪里传播到其他大陆。鉴于这种入侵的亚种对人类血液的明显偏好性,它被认为已经成为黄热病病毒和登革热病毒等病毒的主要载体

通过实验手段比较全球不同地区的埃及伊蚊野生种群,这些研究人员发现,这种侵入性亚种在传播寨卡病毒方面非常有效,这不仅是因为它更频繁地与人类接触以获取血液,还因为它比非洲亚种更容易感染这种病毒。相关研究结果发表在2020年11月20日的Science期刊上 ,论文标题为“Enhanced Zika virus susceptibility of globally invasive Aedesaegypti populations”。

这些研究结果为非洲至今没有爆发大规模寨卡病毒疫情提供了解释。它们还对这种病毒的出现及其对公共卫生影响的区域和大陆差异提供了新的启示。

doi:10.1126/science.aba0864; doi:10.1126/science.abe8283

在一项新的研究中,来自新加坡科技研究局(A*STAR)、新加坡竹脚妇幼医院、杜克-新加坡国立大学医学院、新加坡国立大学、中国上海交通大学和美国杜克大学等研究机构的研究人员报告,母体可以在它们的后代在子宫内发育时将过敏传给后者。相关研究结果近期发 表在Science期刊上,论文标题为“Fetal mast cells mediate postnatal allergic responses dependent on maternal IgE”。

这项研究采用了符合新加坡国家实验动物研究咨询委员会(NACLAR)指南的动物模型,发现负责引发过敏反应的关键抗体--免疫球蛋白E(IgE)---可以穿过胎盘进入胎儿体内。当进入胎儿体内时,这种抗体会与胎儿肥大细胞结合,其中肥大细胞是一种免疫细胞,会释放 引发从流鼻涕到哮喘等过敏反应的化学物。出生后,新生小鼠在第一次接触过敏原时,会与它们的母体那样对相同类型的过敏原产生过敏反应,不同的是,成年小鼠需要两次接触过敏原才能产生过敏反应。实验室的研究还表明,母体IgE可以与人类胎儿肥大细胞结合,表 明它们可能以类似的方式穿过人类的胎盘。


doi:10.1126/science.aay8826

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、希腊雅典大学和雅典医疗中心的研究人员发现一种新的罕见的痴呆症遗传形式。这一发现也揭示了一种导致蛋白在大脑中堆积的新途径,这种新途径可能作为开发新疗法的靶标。大脑中的蛋白堆积会这种新 发现的疾病,以及相关的神经退行性疾病,比如阿尔茨海默病(AD)。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“Autosomal dominant VCP hypomorph mutation impairs disaggregation of PHF-tau”。

阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病,其特征是大脑某些部位中的tau蛋白堆积。这些研究人员在对一名去世的、患有未知神经退行性疾病的供者的人类脑组织样本进行检查后,发现大脑中的含缬酪肽蛋白(Valosin-containing protein, VCP)基因发生了新的突变,在 正在退化的大脑区域中出现了tau蛋白堆积,神经元中出现了空泡(vacuole)。他们将这种新发现的疾病命名为空泡tau蛋白病(Vacuolar Tauopathy, VT)---这是一种神经退行性疾病,它的特征是神经元空泡和tau蛋白聚集物的堆积。

论文通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院病理学与实验室医学助理教授Edward Lee博士说,“在细胞内,有蛋白聚集在一起,你需要一个过程能把它们分开,因为否则一切都会被堵塞了而无法发挥作用。VCP的作用就是发现聚集在一起的蛋白并将它们分开。我们认 为,突变损害了这种蛋白将蛋白聚集物拆开的正常能力。”

doi:10.1126/science.abb8598

如今,在一项新的研究中,来自圣母大学,约翰•霍普金斯大学,俄亥俄州立大学和佛罗里达大学的研究人员揭示了关键的基因网络,这些网络调节着确定神经元是否会在某些动物中再生。

在《Science》杂志上发表的这项研究中,研究人员绘制了具有视网膜神经元再生能力的动物基因图。例如,当斑马鱼的视网膜受损时,称为Müller胶质细胞的细胞会经历称为重编程的过程。在重新编程过程中,Müller胶质细胞将改变其基因表达,使其变得像祖细胞或在 生物体早期发育中的细胞。因此,这些现在的祖细胞样细胞可以成为修复受损视网膜所需的任何细胞。

像斑马鱼一样,人们也有Müller胶质细胞。但是,当人类视网膜受损时,Müller胶质细胞会发生胶质细胞增生,这一过程不允许它们重新编程。

6.Science:气候变化改变疾病风险
doi:10.1126/science.abb1702

气候变化似乎正在引发传染病模式和强度的变化。例如,当天气凉爽时,来自温暖气候的两栖类动物比来自凉爽地区的两栖动物遭受壶菌(chytrid fungus)感染的负担更大。Cohen等人对383项研究进行了全球荟萃分析,以检验这种“热错配”假说在宿主与病原体关系 中是否成立。这些作者将日期和地点数据与选择的宿主和病原体特征以及天气数据结合起来。在由此产生的模型中,在温暖气候下,真菌疾病风险在寒冷异常下急剧增加,而在寒冷气候下,细菌疾病流行率在温暖异常下急剧增加。预计气候变暖对蠕虫比其他寄生生物更 有利,而病毒感染与气候变化的关系不太明显。

7.Science:揭示轮状病毒通过ADP信号诱导细胞间钙波
doi:10.1126/science.abc3621; doi:10.1126/science.abf1914

轮状病毒在世界各地的儿童中引起严重的腹泻和呕吐,但对这种病毒感染如何引起这些疾病仍知之甚少。一个主要理论是,受到这种病毒感染的细胞分泌出旁分泌信号分子而使得上皮细胞失调。Chang-Graham等人发现,轮状病毒感染的细胞会触发细胞间信号转导,表现 为细胞间钙波。这种信号是轮状病毒感染的细胞反复释放5’-二磷酸腺苷的结果。这种释放激活了附近未感染细胞上的受体,从而产生了钙信号。这些细胞间的钙波激活氯化物和血清素的分泌,从而导致腹泻和呕吐。阻断这种旁分泌信号可能代表着抗腹泻药物治疗的一 种靶标。

8.Science:我国科学家解析出绿色硫细菌光合复合物的三维结构
doi:10.1126/science.abb6350

来自太阳的光以某种方式为当今地球上的大多数生命提供了能量。发生电荷分离的光合机构的核心,即反应中心(reaction center),被认为是在一个单一的时间内产生并分化的,产生了适应不同任务和环境的新型复合物。我国科学家如今提出了我们对反应中心演化的 理解中缺失的重要拼图:来自绿色硫细菌(green sulfur bacterium)的同源二聚体I型反应中心与捕光蛋白结合在一起时的低温电镜结构。观察到的辅因子和色素排列解释了这种反应中心的生化特征,并将有助于我们理解单一的反应中心祖先如何产生今天在反应中心中 观察到的一系列结构和功能。


9.Science:基于离子弛豫动力学构建出人工多模受体
doi:10.1126/science.aba5132; doi:10.1126/science.abe7366

我们皮肤中的一系列受体使得我们有可能在接触一个物体时进行感应,同时也使我们对该物体的温度有一个大致的感觉。在人造皮肤类材料中实现这一点一直是一个挑战,这是因为大多数感知触摸的方法本身对温度敏感。You等人研究了导电弹性体薄膜中的离子驰豫动力 学。他们发现,离子驰豫时间可以作为一个应变不敏感的内在变量来检测温度,而电容可以作为一个温度不敏感的外在变量来感知应变,从而将两者解耦,使得它们的信号互不干扰。

10.Science:开发出监测手指操作的纳米网压力传感器
doi:10.1126/science.abc9735; doi:10.1126/science.abe7366

测量手抓住物体所需的力,需要在指尖上放置传感器,但这些传感器会干扰或影响最终施加的力的大小。Lee等人开发了一种由一系列电纺材料构建的纳米网传感器。通过使用一种机器人测试仪,他们发现这种设备可以重复检测抓取物体时涉及的压力。他们还发现,这种 传感器可以连接到人类的手指上,而且这不会影响为抓取物体施加的力。

11.Science:一种来自海洋微生物的多环分子靶向攻击耐多药真菌
doi:10.1126/science.abd6919; doi:10.1126/science.abf1675

海洋细菌会产生大量的天然产物,这些产物往往具有不同寻常的化学结构和相应的反应性,有时会转化为有价值的生物功能。Zhang等人利用代谢组学筛选,着重关注来自海鞘的微生物组中的微生物菌株,其中这些微生物可产生高度多样性化学结构。然后,他们对这些分 子进行了筛选,以寻找抑制真菌的化合物。一种称为turbinmicin的多环分子对耐多药真菌病原体耳念珠菌(Candida auris)和烟曲霉(Aspergillusfumigatus)具有强大的抗真菌活性。初步的作用机制和小鼠毒性研究表明,这种分子通过真菌特异性途径发挥作用,而 且在治疗剂量下的耐受性良好。

12.Science:组织形貌控制着果蝇边缘细胞的迁移
doi:10.1126/science.aaz4741

对于包括正常的胚胎发育、成体稳态、肿瘤细胞传播和免疫的过程中,某些细胞必须从它们的起源位置转移。迁移的细胞在其微环境的物理特征中导航,然而,组织形貌对路径导航的重要性在体内大多是未知的。通过研究果蝇,Dai等人利用卵巢卵室内的边缘细胞来研究 路径选择。活体成像、遗传学、数学建模和模拟表明,组织微形貌(tissue microtopography)提供了一个能量上最有利的阻力最小的路径,而化学吸引剂提供了正交的引导信息,细胞-细胞粘附提供牵引力。针对细胞如何整合和优先考虑组织形貌、粘性和化学吸引剂线 索以在许多路径中选择一条路径,这些结果提供了新见解。(生物谷 Bioon.com)

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