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本周又有一期新的Science期刊（2018年8月17日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。
圖片來自Science期刊。
1.Science揭示相分離的神奇功能---讓免疫系統(tǒng)保持平衡
doi:10.1126/science.aat1022; doi:10.1126/science.aau6019
在細(xì)胞內(nèi)部，DNA緊密地堆積在細(xì)胞核中，剛性的蛋白保持復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)，一些分子有更簡(jiǎn)單的方法來建立秩序。它們能夠自我組裝，在擁擠的空間中找到彼此，并快速地凝聚成液滴（droplet），就水中的油那樣。
在一項(xiàng)新的研究中，由美國(guó)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）研究員Zhijian Chen領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)一種感知的酶的液滴會(huì)產(chǎn)生啟動(dòng)免疫反應(yīng)的信號(hào)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年8月17日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“DNA-induced liquid phase condensation of cGAS activates innate immune signaling”。
這些液滴的形成是一種被稱為相分離（phase separation）的現(xiàn)象。在過去的十年中，生物學(xué)家們已觀察到蛋白和RNA分子在試管中快速地將自組裝成液滴，并且在細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了液體狀液滴（liquid-like droplet）。 在美國(guó)德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心，Chen對(duì)液滴的研究有助于解釋了一個(gè)不同的難題：一種感知DNA的酶如何提醒免疫系統(tǒng)感染的存在。這種酶是環(huán)狀GMP-AMP合酶（cyclic GMP-AMP synthase, cGAS）。2012年，Chen實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)現(xiàn)它。
這種酶漂浮在細(xì)胞質(zhì)中，在遇到DNA時(shí)會(huì)被活化。鑒于細(xì)胞自身的基因位于細(xì)胞核和線粒體中，細(xì)胞質(zhì)中的DNA是一種表明出現(xiàn)問題（通常是病原體的存在）的信號(hào)。cGAS通過產(chǎn)生cGAMP作出反應(yīng)，而cGAMP作是一種信使分子，能夠召喚身體的道防線---先天性免疫系統(tǒng) ---來對(duì)抗可疑的威脅。
這種酶的行為的一些奇怪之處起初是很難解釋的。比如，為何長(zhǎng)片段DNA比短片段DNA更加有效地激活它？一條線索來自于密集的斑紋（concentrated speckle）：Chen和他的同事們已觀察到這種酶當(dāng)與DNA結(jié)合在一起時(shí)會(huì)在細(xì)胞內(nèi)形成這些密集的斑紋。他們認(rèn)為，這種酶 可能正在經(jīng)歷相分離。
果然，當(dāng)研究生Mingjian Du在試管中將cGAS和DNA混合在一起時(shí)，他觀察到了特征性的液體行為。這種酶當(dāng)與DNA結(jié)合在一起時(shí)會(huì)形成致密的液滴，而且這種酶分子從一個(gè)液滴擴(kuò)散到下一個(gè)液滴，偶爾兩個(gè)液滴會(huì)合并為一個(gè)。Chen說，“我們懷猜測(cè)這種情況可能會(huì)發(fā)生， 但當(dāng)你觀察到它以一種如此的方式發(fā)生時(shí)，這是非常引人注目的。”
Du的實(shí)驗(yàn)確定這種酶僅在DNA存在下形成液滴。Chen說，這些液滴對(duì)病原體感知是至關(guān)重要的---它們似乎充當(dāng)微反應(yīng)器的作用，將這種酶與產(chǎn)生免疫激活的信使分子所需的一切結(jié)合在一起。較長(zhǎng)的DNA片段比短DNA片段更能促進(jìn)液滴形成。
2.Science：自閉癥與卵細(xì)胞不能產(chǎn)生較大的蛋白存在關(guān)聯(lián)
doi:10.1126/science.aas9963; doi:10.1126/science.aau6450
我們的遺傳信息存儲(chǔ)在DNA分子中，而DNA分子被緊密地包裹在每個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核中。細(xì)胞將DNA轉(zhuǎn)錄為RNA，RNA隨后經(jīng)翻譯后產(chǎn)生蛋白。在大多數(shù)情況下，這些步驟---從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄和從RNA到蛋白的翻譯---快速地連續(xù)發(fā)生。然而，在一些高度特化的細(xì)胞（包括神經(jīng) 元和卵細(xì)胞）中，必須將先產(chǎn)生的RNA儲(chǔ)存起來以備將來使用。
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)卡內(nèi)基科學(xué)研究所的Ethan Greenblatt和Allan Spradling揭示出導(dǎo)致脆性X綜合征（fragile X syndrome）和潛在其他的自閉癥相關(guān)疾病的遺傳因素都源于細(xì)胞產(chǎn)生異常大的蛋白結(jié)構(gòu)的能力存在缺陷。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年8月17日的 Science期刊上，論文標(biāo)題為“Fragile X mental retardation 1 gene enhances the translation of large autism-related proteins”。
之前的研究已提出Fmr1阻止這些儲(chǔ)存的RNA分子過量產(chǎn)生新的蛋白。但是鑒于之前的很多研究是在腦細(xì)胞中開展的，對(duì)所獲得的研究結(jié)果加以分析是非常復(fù)雜的，因此Greenblatt和Spradling著手通過在一種更加簡(jiǎn)單的細(xì)胞類型---果蠅卵細(xì)胞---中研究Fmr1對(duì)蛋白制造過 程的影響來解決這個(gè)問題。他們發(fā)現(xiàn)缺乏Fmr1的卵細(xì)胞起初是*正常的，但是隨著時(shí)間的推移，它們要比儲(chǔ)存的含有正常Fmr1的卵細(xì)胞更快地丟失功能，這就讓人想起人卵巢衰竭綜合征。更為重要的是，當(dāng)受精時(shí)，這些缺乏Fmr1的卵細(xì)胞產(chǎn)生的后代具有嚴(yán)重的神經(jīng)系 統(tǒng)缺陷，這就讓人想起脆性X綜合征。
通過擴(kuò)展這些分析，Greenblatt和Spradling發(fā)現(xiàn)Fmr1發(fā)生突變的卵細(xì)胞減少數(shù)百種蛋白的產(chǎn)生，其中的許多蛋白，如果*缺失的話，則與自閉癥存在關(guān)聯(lián)。
這些受到影響的蛋白的一個(gè)共同特點(diǎn)是它們編碼了我們體內(nèi)的一些大的蛋白。即使在正常的卵細(xì)胞中，較大的蛋白（包括受到Fmr1影響的蛋白）也無法有效地產(chǎn)生，這反映了在RNA儲(chǔ)存的條件下將非常長(zhǎng)的蛋白鏈串聯(lián)在一起所面臨的挑戰(zhàn)。
3.Science：新研究破解Wnt信號(hào)特異性之謎
doi:10.1126/science.aat1178; doi:10.1126/science.aau6457
在一項(xiàng)新的研究中，在比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)研究員Benoit Vanhollebeke的領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員解決了與Wnt信號(hào)特異性相關(guān)的一個(gè)重要的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)謎團(tuán)。相關(guān)研究結(jié)果于2018年7月19日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“A molecular mechanism for Wnt ligand-specific signaling”。
Wnt是一種古老的信號(hào)通路，它的進(jìn)化似乎可追溯到多細(xì)胞動(dòng)物的出現(xiàn)。它在細(xì)胞間通信中起著關(guān)鍵作用，并控制著胚胎發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)的幾個(gè)方面。當(dāng)功能失調(diào)時(shí)，Wnt信號(hào)可能是許多疾?。ㄌ貏e是幾種癌癥）的起源。鑒于這個(gè)信號(hào)通路有10個(gè)受體和19個(gè)配體，而且這 些受體和配體相互識(shí)別，因此這個(gè)信號(hào)通路的復(fù)雜性似乎是令人眼花繚亂的。脊椎動(dòng)物細(xì)胞如何設(shè)法解釋它們遇到的許多Wnt信號(hào)并觸發(fā)足夠強(qiáng)的反應(yīng)？這種解釋機(jī)制正是這些研究人員剛剛發(fā)現(xiàn)的。
之前的研究結(jié)果已表明腦內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的兩種蛋白---Gpr124和Reck---是對(duì)Wnt7配體作出反應(yīng)的腦血管發(fā)育所必需的。這些研究人員接著研究Gpr124/Reck復(fù)合物的作用機(jī)制。利用遺傳實(shí)驗(yàn)、生物物理實(shí)驗(yàn)和斑馬魚實(shí)驗(yàn)，他們證實(shí)Gpr124/Reck復(fù)合物起著一種解碼模塊的 作用：Reck識(shí)別Wnt7配體，而Gpr124的存在是通過卷曲受體（Frizzled receptor）觸發(fā)Wnt7信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)所必需的。
這些發(fā)現(xiàn)將使得這些研究人員能夠更好地理解Wnt信號(hào)和對(duì)它的多種調(diào)節(jié)。這也使得考慮開發(fā)新的治療癌癥或神經(jīng)性血管疾病等疾病的方法成為可能。
4.Science：重大發(fā)現(xiàn)！mRNA的混合尾巴阻止它過早地遭受降解
doi:10.1126/science.aam5794
細(xì)胞通過控制信使RNA（mRNA）降解在任何給定的時(shí)間里控制特定蛋白的數(shù)量。鑒于mRNA的核苷酸尾巴在這個(gè)過程中起作用，在一項(xiàng)新的研究中，來自韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院（IBS）RNA研究中心的研究人員鑒定出由不同核苷酸組成的混合尾巴（mixed tail）如何保護(hù)mRNA在 更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)免受降解。這些發(fā)現(xiàn)可能為理解基因調(diào)節(jié)在健康和疾病狀態(tài)下的作用提供新的見解。相關(guān)研究結(jié)果于2018年7月19日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Mixed tailing by TENT4A and TENT4B shields mRNA from rapid deadenylation”。
直到近，mRNA尾巴被認(rèn)為僅是由數(shù)百個(gè)被稱作腺苷酸（A）的核苷酸組成的，因此通常被稱為poly（A）尾巴。特定的酶通過在poly（A）尾巴的末端添加和剪除核苷酸A來延長(zhǎng)和縮短這個(gè)尾巴：poly（A）聚合酶添加大約200個(gè)核苷酸A；脫腺苷化酶（deadenylase），比 如CNOT復(fù)合物，從poly（A）尾巴的末端移除核苷酸A，一段時(shí)間之后縮短這個(gè)尾巴的長(zhǎng)度。
2014年，IBS研究人員已發(fā)現(xiàn)mRNA尾巴并不限于核苷酸A。他們開發(fā)出一種高通量測(cè)序方法TAIL-seq，并利用這種方法在全基因組范圍內(nèi)準(zhǔn)確地測(cè)量poly（A）尾巴的長(zhǎng)度。他們發(fā)現(xiàn)除了核苷酸A之外，其他核苷酸，如鳥苷酸（G），尿苷酸（U）和胞苷酸（C），也會(huì)裝飾 mRNA尾巴。人們已在包括人類、小鼠、青蛙和魚類在內(nèi)的多種物種中報(bào)道了這個(gè)混合尾巴的存在。
在當(dāng)前的這項(xiàng)新的研究中，IBS研究人員發(fā)現(xiàn)一些將核苷酸A插入到mRNA尾巴的酶也能夠添加核苷酸G、U和C，從而產(chǎn)生一個(gè)混合尾巴。特別地，核苷酸轉(zhuǎn)移酶TENT4A/B在延長(zhǎng)mRNA尾巴時(shí)間歇性地添加核苷酸G。有趣的是，在細(xì)胞中，核苷酸G主要位于mRNA尾巴的末端，或者 位于倒數(shù)第二個(gè)位置。這能夠通過以下事實(shí)加以解釋：修剪poly（A）尾巴的酶在這個(gè)尾巴的末端遇到核苷酸G而不是A時(shí)停下來。換句話說，這些研究人員發(fā)現(xiàn)核苷酸G的添加可能會(huì)減慢這個(gè)尾巴的修剪速度，從而保護(hù)mRNA。
5.兩篇Science從經(jīng)過注釋的小麥基因組中獲得新的見解
doi:10.1126/science.aar6089; doi:10.1126/science.aar7191
小麥?zhǔn)鞘澜缟洗蟛糠值貐^(qū)的主要食物來源之一。然而，鑒于面包小麥的基因組是由三個(gè)亞基因組（subgenome）雜交融合而成的多倍體基因組，因此人們很難產(chǎn)生高質(zhì)量的參考序列。 利用近的測(cè)序技術(shù)進(jìn)展，小麥基因組測(cè)序聯(lián)盟（International Wheat Genome Sequencing Consortium）提供了一個(gè)帶注釋的參考基因組，并詳細(xì)分析了各個(gè)亞基因組中的基因含量和所有染色體的結(jié)構(gòu)組織。數(shù)量性狀作圖和基于CRISPR的基因組修飾的例子顯示了在農(nóng)業(yè)研究和育種中使用這個(gè)參考基因組的潛力。Ramírez-González等人利用這一努力 的成果，在發(fā)育和遭受應(yīng)激期間鑒定出組織特異性的偏向基因表達(dá)和共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。這些資源將加速我們對(duì)面包小麥遺傳基礎(chǔ)的理解。
6.Science：通過研究螞蟻群體的筑巢行為有望找到優(yōu)化交通流量的措施
doi:10.1126/science.aan3891
如果一次有太多的交通流通試圖進(jìn)入或者每個(gè)方向的交通流量之間存在競(jìng)爭(zhēng)，那么狹窄的通道很容易發(fā)生堵塞。Aguilar等人研究了螞蟻筑巢時(shí)觀察到的集體挖掘。由于工作量分配不均，當(dāng)螞蟻集體的一部分不活動(dòng)時(shí)，jia挖掘率就可實(shí)現(xiàn)。數(shù)值仿真和機(jī)器人螞蟻的行為 模擬螞蟻集體的行為。
7.Science：利用三維打印的聚酰胺膜進(jìn)行脫鹽
doi:10.1126/science.aar2122
用于水脫鹽的商業(yè)反滲透方法使用在油/水界面由聚酰胺聚合形成的膜。Chowdhury等人證實(shí)能夠用電噴霧技術(shù)制造出更薄更光滑的膜。通過使用高電壓，將兩種前體組分精細(xì)地噴涂到基底上并且一經(jīng)接觸，它們聚合在一起。由此形成的膜的組成能夠基于這兩個(gè)組分的比 例加以調(diào)節(jié)。在jia條件下，這種膜的脫鹽效果似乎比現(xiàn)有的商業(yè)反滲透膜更好。
8.Science：害蟲利用植物自身的鐵收集系統(tǒng)獲取鐵
doi:10.1126/science.aat4082; doi:10.1126/science.aau6017
植物需要鐵作為微量營(yíng)養(yǎng)元素，并通過分泌螯合劑從根圍（rhizosphere）中獲取。害蟲，如每年造成數(shù)百萬美元產(chǎn)量損失的西方玉米根蟲（western corn rootworm），也需要鐵。Hu等人證實(shí)西方玉米根蟲利用植物自身的鐵收集系統(tǒng)來檢測(cè)它的宿主并為自己奪取鐵。植物的產(chǎn)生苯并惡唑嗪酮類化合物（benzoxazinoid compound）不僅用來抵御防御許多昆蟲，而且作起著鐵螯合劑的作用。西方玉米根蟲的幼蟲不受苯并惡唑嗪酮類化合物的傷害；相反，這些幼蟲利用它們的存在作為食物就在附近的信號(hào)，并且利用它們的性質(zhì)起著鐵螯合劑的作用。（生物谷 ）
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