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2020年12月11日Science期刊精华

来源:本站原创 2020-12-17 20:49

2020年12月17日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2020年12月11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:揭示小鼠胚胎的发育时钟和从头细胞极化机制
doi:10.1126/science.abd2703


植入前发育的过程中,顶-底细胞极性(apicobasal cell polarity)的建立是从全能性向多能性过渡的关键,从而诱导细胞向滋养外胚层(trophectoderm)分化。在小鼠胚胎中,这一事件被设定在8个细胞阶段发生,这一时间遵循一种内在的发育时钟,与胚胎大小或细胞周期进展无关。尽管顶端区域(apical domain)的形成非常重要,但在小鼠和人类胚胎中,建立细胞极化和对这一事件进行时间调控的分子机制在很大程度上仍然是未知的。

在不同的哺乳动物物种中,合子基因组激活(zygotic genome activation, ZGA)在进化上保守地发生在细胞极化建立之前。因此,在一项新的研究中,来自英国剑桥大学、美国加州理工学院和中国清华大学的研究人员假设合子转录调控细胞极化的时间。

为了验证这一点,这些作者使用了分析方法来改变合子转录本在细胞中的浓度,并评估这些变化对胚胎极化时间的影响。他们还对124种合子表达的转录本进行了RNA干扰(RNAi)筛选,以确定对细胞极化至关重要的合子转录本的分子身份。最后,他们结合前沿的成像方法与生物物理建模,以解释他们鉴定出的合子转录本如何调节细胞极化的从头建立。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“Developmental clock and mechanism of de novo polarization of the mouse embryo”。

2.Science:利用基因相互作用图谱确定蛋白复合物的整体结构
doi:10.1126/science.aaz4910; doi:10.1126/science.abf3863


如今,在一项新的研究中,来自美国格拉斯通研究所和加州大学旧金山分校的研究人员证实了一种大规模的系统性遗传方法确实可以获得可靠和详细的蛋白复合物结构信息。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“Genetic interaction mapping informs integrative structure determination of protein complexes”。

论文共同通讯作者、格拉斯通研究所高级研究员和加州大学旧金山分校定量生物科学研究所主任Nevan Krogan博士说,“我们的技术使我们能够从活细胞中收集大量的结构数据,从而反映出蛋白在其正常环境中的工作方式,而不是在人工实验室条件下的工作方式。这在以前是不可能达到如此规模的,它应该会大大加快确定蛋白复合物结构的过程,包括那些用传统方法难以解决的蛋白复合物结构。”

这种方法建立在Krogan开创的一种名为基因相互作用图谱(genetic interaction mapping)的技术之上。它在活细胞中筛选数以千计的基因突变组合,并且在相对较短的时间内,可以揭示基因的蛋白产物在常见的细胞过程中起作用。Krogan和他的团队提高了这些筛选的分辨能力,并成功地在酵母细胞中确定了两种蛋白复合物的结构模型,在细菌细胞中确定了一种蛋白复合物的结构模型。

3.Science:首次利用小鼠胚胎干细胞成功构建出胚胎躯干样结构
doi:10.1126/science.aba4937


在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克分子遗传学研究所等研究机构的研究人员在一种特殊凝胶中培养小鼠胚胎干细胞,成功地制造出一种称为胚胎躯干样结构(embryonic trunk-like structure, TLS)的结构。这些TLS结构能在五天内从细胞团块中发育出神经、骨骼、软骨和肌肉组织的前体。这可以让我们在未来更有效地探究药物的效果,而且这种研究的规模是在活体生物体内无法实现的。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“Mouse embryonic stem cells self-organize into trunk-like structures with neural tube and somites”。

这些TLS结构大约有一毫米大小,并拥有神经管,脊髓将从神经管中发育。此外,它们还有体节(somite),这些体节是骨骼、软骨和肌肉的前体。有些TLS结构甚至发育出肠道等内脏器官的前体。大约五天后,与正常发育的相似之处就结束了。

论文共同通讯作者、马克斯-普朗克分子遗传学研究所主任Bernhard G. Herrmann说,“这种胚胎发育模型开启了一个新的时代。这使我们能够直接、连续地观察小鼠的胚胎发生,并且有大量平行的样本--这在动物身上是不可能做到的。”

4.Science论文解读!开发出CiBER-seq新技术,可同时分析细胞中的多达100个基因
doi:10.1126/science.abb9662


CRISPR-Cas9可以很容易地敲除或调整单个基因,以确定其对有机体或细胞,甚至另一个基因的影响。但是,如果你能一次进行几千个实验,利用CRISPR逐个对基因组中的每一个基因进行调整,并快速看到每一个基因的影响呢,那会怎么样呢?

在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种简单的方法来做到这一点,它让任何人都可以对细胞(包括人类细胞)进行分析,并迅速确定基因组中所有调控特定基因表达的DNA序列。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“CiBER-seq dissects genetic networks by quantitative CRISPRi profiling of expression phenotypes”。

这种新技术,Ingolia称之为CiBER-seq(CRISPR interference with barcoded expression reporter sequencing),解决了这个问题,通过让数万个CRISPR实验合并在一起,同时完成这些实验。该技术摒弃了荧光,采用深度测序的方式,直接测量合并样本(pooled sample)中基因活性的增加或减少。深度测序采用高通量、长读的新一代测序技术,对合并样本中表达的所有基因进行测序和基本计数。

Ingolia说,“在合并的CiBER-seq实验中,在一天之内,我们可以找到几个不同靶基因的所有上游调控因子,而如果你要使用基于荧光的技术,每一个靶基因都需要你花费多天的测量时间。”

5.Science:新研究表明一种导致袋獾大量死亡的传播性癌症转变为一种地方性疾病
doi:10.1126/science.abb9772


在全球COVID-19危机中,有一些关于野生动物大流行病的好消息,这可能也有助于科学家们更好地了解其他新兴疾病的演变。

在一项新的研究中,来自美国华盛顿州立大学和加州大学伯克利分校等研究机构的研究人员发现了强有力的证据,表明一种导致袋獾(Tasmanian devil)种群大量死亡的传染性癌症可能不会给它们引来灭顶之灾。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“A transmissible cancer shifts from emergence to endemism in Tasmanian devils”。论文通讯作者为华盛顿州立大学生物学家Andrew Storfer博士。

Storfer及其研究团队首次采用通常用于追踪流感病毒和SARS-CoV-2等病毒的谱系动力学(phylodynamics)的基因组工具,来追踪袋獾面部肿瘤(Tasmanian devil facial tumor disease)。他们开创的方法为应用于其他遗传复杂的病原体打开了大门。

这项新的研究表明,袋獾的这种流行病正在从一种新兴的疾病转变为一种地方性疾病,这意味着这种疾病的传播速度正在放缓,以至于每只受感染的袋獾只感染另外一只或更少。

6.Science:某些蛋白凝聚物表现出时间依赖性材料特性
doi:10.1126/science.aaw4951; doi:10.1126/science.abe9745


在一项新的研究中,来自德国和奥地利多个研究机构的研究人员开发出一种描述某些蛋白凝聚物(protein condensate)的时间依赖性材料特性的方法。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“Protein condensates as aging Maxwell fluids”。美国卡耐基梅隆大学的Huaiying Zhang针对这项研究在同期Science期刊上发表了一篇标题为“The glassiness of hardening protein droplets”的观点类型文章,概述了这些研究人员在德国开展的研究工作。

正如这些研究人员所指出的那样,蛋白凝聚物是一种液体状物质,随着时间的推移,其性质会发生变化。他们还指出,几乎没有进行过研究,以更好地理解这种变化。在这项新的研究中,他们使用基于激光镊子的技术来更好地理解蛋白凝聚物随着时间的推移而发生的变化。

7.Science:干细胞样CD8+ T细胞介导过继细胞免疫治疗对人类癌症的免疫反应
doi:10.1126/science.abb9847


癌症免疫疗法,如免疫检查点阻断(ICB)、过继性T细胞疗法(adoptive T cell therapy, ACT)和嵌合抗原受体(CAR)细胞疗法,都依赖于强效抗肿瘤T细胞对癌细胞的靶向破坏。对基于肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocyte, TIL)的过继性T细胞治疗(TIL-ACT)和免疫检查点阻断的研究表明,抗肿瘤反应可以由通过识别人类白细胞抗原(HLA)分子上呈递的突变新抗原(mutated neoantigen)来靶向癌细胞的T细胞介导。在多项2期临床试验中,TIL-ACT已被证明能够介导某些患有转移性黑色素瘤和上皮癌的患者中出现的完全持久反应,其中上皮癌通常被认为是弱免疫原性的。

在一项新的研究中,来自美国国家卫生研究院、弗雷德里克国家实验室和荷兰癌症研究所的研究人员比较了可以区分对治疗有完全反应的患者[称为完全反应者,n = 24]和治疗后出现疾病进展的患者[称为无反应者,n = 30]的TIL-ACT输注产品的表型差异。这些回顾性的TIL-ACT输注产品来自于一组患有IV期转移性黑色素瘤并已接受了未根据肿瘤反应性选择的自体体外扩增的TIL细胞治疗的患者。此外,这组患者之前没有经历过可能影响T细胞表型的基因工程T细胞治疗或PD-1免疫检查点阻断等形式的免疫疗法。相关研究结果发表在2020年12月11日的Science期刊上,论文标题为“Stem-like CD8 T cells mediate response of adoptive cell immunotherapy against human cancer”。

在这项研究中,这些作者想要了解为什么一些癌症患者对TIL-ACT有反应,而另一些患者没有反应。通过对人类TIL-ACT细胞输注产品进行多维度分析,他们鉴定出一种与癌症完全消退和TIL持续存在相关的记忆祖细胞CD39阴性干细胞样表型(CD39-CD69-)和一种与TIL持续存在性较差相关的终末分化的CD39阳性状态(CD39+CD69+)。大多数抗肿瘤新抗原反应性TIL处于分化的CD39+状态。

8.Science:此前已经存在的抗体有助于保护儿童免受新冠病毒感染
doi:10.1126/science.abe1107


弗朗西斯·克里克研究所和伦敦大学学院的研究人员发现,在普通感冒冠状病毒感染期间由免疫系统产生的某些抗体也可以靶向SARS-CoV-2,并可能针对新病毒株赋予一定程度的保护。相关研究结果发表在《Science》杂志上。

对病毒感染作出反应后,免疫系统会产生抗体来对抗病毒。这些抗体在感染后会在血液中保留一段时间,如果再次感染,它们可以再次抵抗病毒。 在这项研究中,科学家们发现,尽管从未感染过这种病毒,但某些人,尤其是儿童,其血液中的抗体对SARS-CoV-2有反应。这些抗体可能是暴露于其他冠状病毒的结果,这些冠状病毒会引起普通感冒,并且与SARS-CoV-2具有结构相似性。

研究人员在开发针对COVID-19的高度敏感的抗体测试时发现了这一发现。为了了解他们的化验测试效果如何,他们将COVID-19患者的血液与未患该疾病的患者进行了比较。令人惊讶的是,他们发现一些未暴露于SARS-CoV-2的人血液中含有可识别该病毒的抗体。为了证实他们的发现,他们分析了2011年至2018年大流行之前收集的300多个血液样本。结果表明,几乎所有样品都具有与普通感冒冠状病毒反应的抗体。但是,一小部分成年供体(约十分之一)也具有与SARS-CoV-2交叉反应的抗体。值得注意的是,这种交叉反应性抗体在6至16岁儿童的血液样本中发现的频率更高。

9.Science:碳施肥效应下降
doi:10.1126/science.abb7772


气候科学中的一个不确定性来源是碳肥效应(carbon fertilization effect, CFE)将如何有助于减缓人为气候变化。Wang等人探讨了全球范围内CFE对植被光合作用的时间动态影响。近几十年来,CFE对植被光合作用的贡献率有所下降,这可能是由于氮、磷等植物营养物质的限制作用。碳循环模型没有充分考虑到这种下降趋势。因此,CFE对于长期缓解气候变化有一定的局限性,目前可能低估了未来的升温。

10.Science:近一半的季风干旱都是亚季节性的
doi:10.1126/science.aay6043


印度季风是数亿人的重要水源,当它不能提供正常的降雨量时,会造成巨大的人力、经济和生态代价。然而,季风干旱并不总是季节性的。Borah等人发现,近一半的季风干旱都是亚季节性的,其特点是季末降雨量急剧下降。此外,这种类型的亚季节性干旱似乎与北大西洋明显的寒冷异常有关,这提出了季风干旱可能更容易预测的可能性。

11.Science:多样性并不能驱动物种形成
doi:10.1126/science.aaz6970; doi:10.1126/science.abf0830


长期以来,环境在新物种起源中的作用一直备受争议。Harvey等人研究了热带地区东菲比霸鹟(suboscine bird)的进化史和物种多样性。与热带地区具有更高的物种形成速率(speciation rate)的预期相反,这些作者观察到,相对于热带地区而言,在恶劣的环境中会出现更高和更恒定的物种形成速率。因此,对于这类鸟类来说,在温带至北极地区的多样化,加上热带地区物种的迁移和保留,导致了它们较高的本地物种多样性水平。

12.Science:探究贫困和常见精神疾病之间的双向因果关系
doi10.1126/science.aay0214


来自美国麻省理工学院和哈佛大学的研究人员在Science期刊上发表了一篇标题为“Poverty, depression, and anxiety: Causal evidence and mechanisms”的综述文章,分析了贫困与不良心理健康之间的关系。他们指出,有研究表明,给有心理健康问题的贫困人群提供支持可以提高他们的生活水平,进而提高整个社会的生活水平。

此前的研究已表明,对于一些人来说,心理健康与贫困之间存在着联系。研究还表明,确定心理健康问题是否会导致贫困,或者反之,并不总是容易。无论是哪种情况,这些作者从一开始就想知道为什么生活在贫困中的人不成比例地患有焦虑和抑郁等精神疾病,并探讨政府和社会的干预是否可以改善这种情况。

这些作者还指出,焦虑和抑郁是世界范围内最常见的精神疾病形式,而且研究表明,富人和穷人都会患有这些疾病,不过最近的证据表明,穷人更有可能患有其中的一种或另一种。他们发表了他们的综述文章,强调了精神疾病和贫困之间存在双向因果关系的证据,并探讨精神卫生保健工作可能带来的好处。(生物谷 Bioon.com)

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