2021年11月19日Science期刊精华

2021年11月23日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年11月19日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

1.Science：揭示大脑的岛叶皮层利用身体信号来调节恐惧
doi:10.1126/science.abj8817

恐惧是生存的必要条件，但必须得到很好的调节，以避免有害的行为，如惊恐发作或过度的冒险行为。如今，在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克神经生物学研究所的研究人员在小鼠身上发现，大脑依靠身体的反馈来调节恐惧。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science期刊上，论文标题为“Fear balance is maintained by bodily feedback to the insular cortex in mice”。

在光遗传学抑制期间InsCtx的体内电生理单单位记录。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abj8817。

大脑的岛叶皮层（insular cortex）对发出危险信号的刺激作出强烈反应。然而，当身体因恐惧而僵住时，心跳会减慢，导致岛叶皮层活动减弱。处理这些对立的信号有助于岛叶皮层保持恐惧的平衡。因此，身体的反应被积极地用来调节情绪，远远超过了被动的情绪反应。

为了更多地了解这个基本过程，Gogolla团队检查了具有不同恐惧水平的小鼠的岛叶皮层的活动。在恐惧程度较低的小鼠中，一旦它们接触到引起恐惧的音调，岛叶皮层的活动就会增加。相反，高度恐惧的动物在听到这种音调时显示出岛叶皮层活动的减少。令人震惊的是，Klein观察到，一旦小鼠表现出恐惧诱发的僵住行为，它的心率就会下降，岛叶皮层的活动也会下降。高度恐惧的小鼠在听到这种音调时僵住的频率和时间都大大增加，这可以解释观察到的它们的岛叶皮层的失活。

为了测试心率和岛叶皮层活动之间的联系，Gogolla团队通过迷走神经干扰了身体和大脑之间的信息流动。有趣的是，当心脏和大脑之间的交流被中断时，岛叶皮层的活动保持稳定，在僵住期间没有减少。因此，这项新的研究表明，岛叶皮层需要来自身体的反馈，以将恐惧维持在一个适当的水平。此外，它还提供证据表明，僵住期间发生的身体变化是情绪调节的一个重要部分，而且僵住远不止是一种被动的情绪反应。

2.Science：揭示宿主免疫力驱动登革热病毒进化
doi:10.1126/science.abk0058

在一项新的研究中，来自美国国家过敏与传染病研究所和佛罗里达大学等研究机构的研究人员提供了证据，表明宿主免疫力驱动了登革热病毒的进化。他们回顾性地分析了泰国二十年来的登革热病毒基因变异，以及人口层面的感染和免疫措施。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science期刊上，论文标题为“Antigenic evolution of dengue viruses over 20 years”。

有四种类型的登革热病毒。自20世纪60年代初以来，所有四种登革热病毒都在泰国共同流行。这提供了一个研究这些登革热病毒如何相互竞争人类宿主的机会。论文第一作者、佛罗里达大学前博士后研究员Leah Katzelnick说，“我们想了解长期在一个地方流通的登革热病毒的生态和进化情况。”

这项新的研究使用了来自曼谷的1944份归档血液样本。这些样本是从已知的登革热患者身上保存下来的，它们代表了1994年至2014年间每年的所有四种登革热病毒毒株。该团队对2000多份登革热病毒样本进行了基因测序。

这些作者随后对代表每种毒株时间序列的一个较小的样本亚集进行了测试。由此，他们描述了这些毒株在不同时期相互之间的抗原关系（antigenic relationship）。抗原关系表征了对一种病毒的免疫反应对其他病毒的保护程度。

3.Science：揭示食蟹猴发育过程中的X染色体剂量补偿机制
doi:10.1126/science.abd8887

哺乳动物的性染色体是双态的，即X和Y染色体。雌性有两条X染色体，而雄性有一条X染色体和一条Y染色体。X染色体编码800多个基因；相比之下，Y染色体编码关键的雄性决定因子SRY，但一般来说它编码的基因数量较少。进化出的机制可确保X染色体和常染色体之间以及雌性和雄性之间的基因剂量平衡，即X染色体上调（XCU）和X染色体失活（XCI）。在小鼠中对XCI进行了深入研究，为染色体活动的表观遗传学调控提供了一种模式。长链非编码RNA Xist在激活X染色体上的一连串抑制事件中起着核心作用，包括组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）和组蛋白H2A赖氨酸119单泛素化（H2AK119u1），这些抑制事件在发育早期导致了XCI。然而，最近的研究发现了不同哺乳动物之间在XCI机制方面的关键分歧。在人类中，XIST对于实现XCI是不够的，而且XCI的机制仍然不清楚。

食蟹猴是与人类存在密切亲缘关系的灵长类动物。它们可以作为人类发育的适当模型，并提供有关剂量补偿机制进化的关键信息。在一项新的研究中，来自日本京都大学等研究机构的研究人员对食蟹猴早期发育和生殖细胞发育过程中的X染色体活动进行了全面表征。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science期刊上，论文标题为“The X chromosome dosage compensation program during the development of cynomolgus monkeys”。

猴子发育过程中X染色体活动的动态变化。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abd8887。

雌性食蟹猴的胚胎表达来自父系和母系X染色体的XIST。XIST以顺式方式包被着两条染色体，并诱导抑制性修饰H3K27me3和H2AK119u1。这发生在滋养外胚层（TE）和内细胞团（ICM）中，并伴随着X染色体压缩。然而，直到胚胎第9天（E9）的囊胚阶段，此类X染色体中的大部分仍然是活跃的，没有启动整条X染色体的XCI。在注定进入活跃状态的X染色体上，XIST被抑制，抑制性修饰被清除，而在注定进入非活跃状态的X染色体上，XIST的上调和抑制性修饰的富集继续进行，使整条X染色体浓缩而实现XCI。这些事件发生在胚胎谱系和胚胎外谱系中，XCI在围着床期较早地建立在滋养外胚层衍生的滋养层细胞周围（大约胚胎第11天，E11），XCI长时间地建立在植入后内细胞团衍生的羊膜、外胚层和下胚层（大约胚胎第15天, E15）。雄性食蟹猴的单条X染色体进行了同样的事件：XIST包被、H3K27me3和H2AK119u1富集和“压缩”，然后在围着床期进行XIST抑制和抑制性修饰擦除。

单细胞转录组分析显示，雄性食蟹猴逐渐实现XCU，而雌性食蟹猴则与XCI同时出现XCU，这两者在植入后1周时建立了X染色体：常染色体的剂量补偿。另一方面，雌性生殖细胞在没有抑制的情况下双等位基因地表达X连锁基因，或在它们特化后重新激活，抑制两条染色体上的XIST（E13-E17），然后擦除H3K27me3（E22-E28）。此后，它们获得了完全的双等位基因X连锁基因表达和XIST重新表达（E42）。

4.Science：揭示病毒RNA通过改变形状劫持宿主细胞机制
doi:10.1126/science.abe8526

在一项新的研究中，来自美国科罗拉多大学安舒茨医学分校的研究人员观察到一种来自雀麦花叶病毒的模拟tRNA的RNA分子如何形成复杂的三维结构，并能够改变它的形状以劫持宿主蛋白。通过使用低温电镜（cryo-EM）技术，这种让科学家们数十年来难以捉摸的过程的细节被揭示出来。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science期刊上，论文标题为“A viral RNA hijacks host machinery using dynamic conformational changes of a tRNA-like structure”。

图片来自Pixabay/CC0 Public Domain。

RNA分子形成复杂的三维形状，这种形状决定了分子的功能。一些病毒RNA可模拟tRNA的形状---一类在蛋白合成过程中向核糖体输送氨基酸的RNA---作为其劫持宿主细胞的整体策略的一部分。细胞中的tRNA分子呈现“L”形。论文第一作者、科罗拉多大学安舒茨医学分校博士后研究员Steve Bonilla博士说，“我们可视化观察了这种病毒RNA分子的结构，期望看到经典的‘L’形。相反，它形成了一个非常不同的形状，并以一种意想不到的方式与细胞蛋白相互作用，其中涉及到形状的变化。确定为什么会发生这种情况是下一步的研究工作。”

这些作者说道，除了首次观察这一过程外，这项新的研究还强调了低温电镜如今在使这一发现和类似发现成为可能方面所发挥的作用。低温电镜使用电子来观察微小的样本，而且这项新的研究展示了它如今如何能让科学家们研究在健康和疾病中发挥作用并发生动态变化的小型RNA分子的难以捉摸的结构。

5.Science：探究肯尼亚的COVID-19传播动态
doi:10.1126/science.abk0414

2021年6月，肯尼亚的官方记录显示，SARS-CoV-2的确诊死亡人数不到4000人，确诊病例18万人。这些数据往往反映了经济上处于有利地位的社会阶层，他们有能力购买智能手机，并有机会获得医疗照顾和测试。Brand等人开发了一种流行病学模型来估计COVID-19大流行病在肯尼亚的影响，这个国家的人口被分成两个社会经济阶层。这些作者预测，到2021年6月，75%的肯尼亚人口（约3900万人）已经暴露于这种病毒中。如果未来观察到第四波感染，它可能是由具有传播性增强或自然免疫逃逸的变体驱动的。

6.Science：印度德里一种新出现的SARS-CoV-2变体的基因组特征和流行病学
doi:10.1126/science.abj9932

2021年春天，印度德里经历了一波冠状病毒病例，尽管人口显示出高水平的免疫阳性，但医疗服务却不堪重负。Dhar等人整理了血清监测、定量聚合酶链式反应和基因组数据信息，发现在2020年和2021年期间，一波又一波的SARS-CoV-2变体在德里人口中传播。Alpha（B.1.1.7）变体在2021年3月占主导地位，在2021年4月和5月迅速被Delta（B.1.617.2）变体取代。Delta变体通过突变增强了复制、免疫逃逸和宿主受体亲和力，从而提高了传播性、再感染和突破疫苗接种，击败了它的前辈。

7.Science：揭示铜绿假单胞菌含铜抗生素合成机制
doi:10.1126/science.abj6749

细菌在生物过程中需要过渡金属离子，同时也必须保护自己免受过量金属的伤害，因为过量金属是有毒的。Patteson等人探讨了环境细菌铜绿假单胞菌如何使用一种五酶途径来合成一种小分子复合物--荧假胞菌素C（fluopsin C），该复合物由半胱氨酸构建而成并含有铜离子。这种生物合成涉及不寻常的将半胱氨酸转化为thiohydroximate的酶转化反应，在最终的天然产物中，两个thiohydroximate螯合了一个铜离子。荧假胞菌素C保护铜绿假单胞菌不受过量铜的影响，也作为一种广谱抗生素对抗其他细菌。（生物谷 Bioon.com）