2018年5月11日Science期刊精華

本周又有一期新的Science期刊（2018年5月11日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來(lái)。

圖片來(lái)自Science期刊。

1.Science：新研究有望戰(zhàn)勝致命性的艱難梭菌胃腸道感染
doi:10.1126/science.aar1999

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)歐文分校和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了艱難梭菌毒素B（TcdB）如何識(shí)別人G蛋白偶聯(lián)受體Frizzled蛋白（FZD），即艱難梭菌用來(lái)入侵腸道細(xì)胞和導(dǎo)致致命性胃腸道感染的受體。這一發(fā)現(xiàn)可能為開(kāi)發(fā)針對(duì)艱難梭菌的新型抗毒素鋪平道路，而且也顯示出開(kāi)發(fā)新的抗癌藥物的潛力。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年5月11日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Structural basis for recognition of frizzled proteins by Clostridium difficile toxin B”。論文通信作者為加州大學(xué)歐文分校的Rongsheng Jin教授和哈佛醫(yī)學(xué)院的Min Dong博士。

在艱難梭菌感染中，TcdB靶向結(jié)腸上皮細(xì)胞并與FZD受體結(jié)合。這些研究人員發(fā)現(xiàn)在這個(gè)結(jié)合過(guò)程中，這種毒素將FZD中的某些脂質(zhì)分子鎖定，這會(huì)阻斷調(diào)節(jié)結(jié)腸干細(xì)胞更新和結(jié)腸上皮分化的關(guān)鍵Wnt信號(hào)傳導(dǎo)。

這些研究人員獲得的初步數(shù)據(jù)表明他們鑒定出的一種無(wú)毒的TcdB片段能夠顯著地抑制存在Wnt信號(hào)傳導(dǎo)失調(diào)的某些癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。針對(duì)這方面的申請(qǐng)已被提交。

2.我國(guó)科學(xué)家在Science期刊上發(fā)文，揭示孵育溫度決定爬行動(dòng)物性別的分子機(jī)制
doi:10.1126/science.aap8328; doi:10.1126/science.aat5993

與人類和大多數(shù)其他的哺乳動(dòng)物不同的是，許多海龜、蜥蜴和短吻鱷的性別不是由它們所遺傳的染色體決定的，而是由在敏感的發(fā)育階段期間的環(huán)境溫度決定的。比如，對(duì)常見(jiàn)的紅耳彩龜而言，它們的卵在32℃孵育時(shí)產(chǎn)生的后代都是雌性的，然而當(dāng)在26℃孵育時(shí)，這些卵產(chǎn)生雄性后代。這種現(xiàn)象在50多年前在爬行動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，但直到現(xiàn)在，其中的分子細(xì)節(jié)仍然是個(gè)謎。

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自中國(guó)浙江*學(xué)院、杭州市水產(chǎn)技術(shù)推廣站和美國(guó)杜克大學(xué)和的研究人員證實(shí)較低的孵育溫度激活紅耳彩龜?shù)奈闯墒煨云鞴伲ɑ蛘哒f(shuō)生殖腺）中的一個(gè)稱為Kdm6b的關(guān)鍵基因。它起著一種生物“開(kāi)啟”開(kāi)關(guān)的作用，激活其他的允許睪丸發(fā)育的基因。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年5月11日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species”。

這些研究人員利用浙江*學(xué)院開(kāi)發(fā)出的一種技術(shù)抑制紅耳彩龜性器官中的Kdm6b基因并觀察它如何影響它們的性發(fā)育。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)生長(zhǎng)中的海龜胚胎處于正常情形下產(chǎn)生雄性后代的孵育溫度時(shí)，沉默Kdm6b基因會(huì)讓它們產(chǎn)生雌性后代。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明由Kdm6b基因編碼的蛋白接著與一個(gè)稱為Dmrt1的基因組區(qū)域相互作用，而Dmrt1起著一個(gè)啟動(dòng)睪丸發(fā)育的主開(kāi)關(guān)的作用。他們發(fā)現(xiàn)Kdm6b通過(guò)修飾組蛋白激活Dmrt1主開(kāi)關(guān)。在細(xì)胞核內(nèi)，DNA纏繞在組蛋白上。

在很多物種中，組蛋白的尾部受到甲基修飾，從而使得DNA分子上的一些基因沒(méi)有活性。Kdm6b基因移除這些抑制性的甲基基團(tuán)和“松弛”這些組蛋白尾部，這會(huì)使得纏繞在組蛋白上的DNA更容易被訪問(wèn)和讀取，從而激活Dmrt1主開(kāi)關(guān)。

這些研究人員也在短吻鱷和松獅蜥等其他物種（它們的性別也依賴于孵育溫度）中發(fā)現(xiàn)Kdm6b基因活性發(fā)生與溫度相關(guān)的變化。這提示著類似的分子機(jī)制也在其他的爬行動(dòng)物中發(fā)揮作用。

3.Science：魚(yú)類的體重并不與它們的繁殖力成線性關(guān)系
doi:10.1126/science.aao6868

釣魚(yú)者捕獲一條大魚(yú)或兩條較小的魚(yú)---每條小魚(yú)是大魚(yú)重量的一半---有什么區(qū)別嗎？專家們認(rèn)為大魚(yú)和小魚(yú)投入相同比例的能量來(lái)產(chǎn)生魚(yú)卵。但是，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自澳大利亞莫納什大學(xué)和巴拿馬史密森熱帶研究所的研究人員證實(shí)較大的雌性魚(yú)在產(chǎn)生的魚(yú)卵數(shù)量和每個(gè)魚(yú)卵的大小上投入過(guò)多的能量。因此捕獲一條較大的魚(yú)要比捕獲多條較小的魚(yú)對(duì)魚(yú)類群體產(chǎn)生更大的影響。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年5月11日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Fish reproductive-energy output increases disproportionay with body size”。

在這項(xiàng)研究中，這些研究人員基于谷歌學(xué)者（Google Scholar）上有關(guān)野生魚(yú)類的發(fā)表文章和關(guān)于Robertson捕獲的一系列魚(yú)類產(chǎn)下的魚(yú)卵質(zhì)量的數(shù)據(jù)，調(diào)查了342種不同的海洋魚(yú)類產(chǎn)生的魚(yú)卵數(shù)量、魚(yú)卵體積和在產(chǎn)下魚(yú)卵上投入的能量。 

一條雌性魚(yú)一次產(chǎn)下魚(yú)卵的數(shù)量為1100萬(wàn)個(gè)到將近5800萬(wàn)個(gè)不等。每個(gè)魚(yú)卵的體積從一百分之一立方毫米到0.345立方厘米不等。

從日本到科西嘉島的世界各地捕撈的雌性魚(yú)產(chǎn)下魚(yú)卵時(shí)投入的能量為百分之七焦耳到將近三百焦耳不等。相比于較小的魚(yú)卵，較大的魚(yú)卵具有稍低一些的單位體積能量，但具有高得多的總體能量。這些研究人員并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種直線關(guān)系，即更大的重量意味著更多的魚(yú)卵產(chǎn)生，相反他們發(fā)現(xiàn)了一種冪函數(shù)關(guān)系：隨著體重的增加，投入繁殖的能量呈指數(shù)地增長(zhǎng)。

4.Science：揭示兩棲動(dòng)物真菌殺手很可能起源自東亞地區(qū)
doi:10.1126/science.aar1965; doi:10.1126/science.aat6411

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自38個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究人員收集了來(lái)自世界各地的蛙壺菌樣本。他們對(duì)這些蛙壺菌樣本的基因組進(jìn)行了測(cè)序，并將這些數(shù)據(jù)與之前的蛙壺菌研究中獲得的基因組相結(jié)合，zui終獲得234個(gè)蛙壺菌樣本。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年5月11日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Recent Asian origin of chytrid fungi causing global amphibian declines”。

這些研究人員分析了這些數(shù)據(jù)，研究了這些蛙壺菌樣本的基因組之間的差異。從這些樣本中，他們鑒定出這種真菌的四種主要的遺傳譜系（genetic lineage），其中的三種遺傳譜系分布于。第四種遺傳譜系僅在韓國(guó)當(dāng)?shù)氐那嗤苤邪l(fā)現(xiàn)到。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)相比于其他的任何一種遺傳譜系，來(lái)自韓國(guó)的這種遺傳譜系的蛙壺菌培養(yǎng)物含有更多的遺傳多樣性。對(duì)韓國(guó)蛙壺菌的深入分析結(jié)果表明疫情爆發(fā)的歷史并不存在于它們的基因組內(nèi)，這提示著韓國(guó)蛙壺菌菌株是這個(gè)地區(qū)土生土長(zhǎng)的，而且與所有現(xiàn)代蛙壺菌的祖先存在著zui為密切的親緣關(guān)系。

利用這些遺傳數(shù)據(jù)，這些研究人員估計(jì)了當(dāng)前大量殺死兩棲動(dòng)物的蛙壺菌殺傷菌株（killer strain of Bd）與它的zui近的共同祖先在進(jìn)化上分歧開(kāi)來(lái)的時(shí)間。他們的研究結(jié)果支持這樣的一種觀點(diǎn)：不像以前所認(rèn)為的那樣追溯到數(shù)千年前，這種疾病發(fā)生的區(qū)域在50～120年前大幅增加，這與這段時(shí)間的洲際貿(mào)易在快速擴(kuò)張相一致。他們?cè)趯櫸飽|方鈴蟾（Oriental fire-bellied toad）中發(fā)現(xiàn)了亞洲蛙壺菌菌株，這也強(qiáng)烈地支持這種觀點(diǎn)。

5.Science：科學(xué)家闡明機(jī)體細(xì)胞糖酵解與基因轉(zhuǎn)錄之間的神秘關(guān)聯(lián)
doi:10.1126/science.aan5780; doi:10.1126/science.aat6663

近日，一項(xiàng)刊登在雜志Science上的研究報(bào)告中，來(lái)自德克薩斯大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在脂肪細(xì)胞分化期間，NAD+的合成和消耗或能整合葡萄糖代謝和基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程；文章中，研究人員深入闡明了機(jī)體中的葡萄糖如何轉(zhuǎn)化成為脂肪，相關(guān)研究或?yàn)楹笃谘芯咳藛T開(kāi)發(fā)新型疾病療法提供了新的思路和方向。

此前研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，*腺嘌呤二核苷酸(NAD，Nicotinamide Adenine Dinucleotide)是一種在機(jī)體多種生理學(xué)和病理學(xué)過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色的重要分子，而其氧化形式，即NAD+或許也在代謝途徑中扮演著輔因子的角色，更重要的是，NAD+或許能被多種酶所消耗，一旦被消耗后，NAD+就會(huì)破碎成為*和ADP核糖，研究人員指出，NAD+必須被重新合成來(lái)維持正常的細(xì)胞功能，此前有研究人員就通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，低于正常水平的NAD+分子能夠改變機(jī)體代謝水平，在某些情況下會(huì)增加機(jī)體對(duì)疾病的易感性。

研究人員認(rèn)為，細(xì)胞代謝和基因調(diào)節(jié)或許和NAD+的合成直接相關(guān)，因此他們著手開(kāi)始進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)此進(jìn)行研究，通過(guò)進(jìn)一步研究后他們發(fā)現(xiàn)，在膜結(jié)合的細(xì)胞器中，有效劃分NAD+的合成及隨后的消耗或許能將葡萄糖代謝與生脂轉(zhuǎn)錄相結(jié)合，來(lái)作為脂肪形成分化過(guò)程中的關(guān)鍵一部分。zui后研究者Trefely表示，參與膜結(jié)合細(xì)胞器的代謝過(guò)程或許與參與小分子代謝的過(guò)程并不相同，比如NAD+，其能穿過(guò)細(xì)胞核核孔，促進(jìn)并維持機(jī)體的代謝平衡過(guò)程。

6.兩篇Science從結(jié)構(gòu)上揭示質(zhì)子驅(qū)動(dòng)ATP合酶機(jī)制
doi:10.1126/science.aas9699; doi:10.1126/science.aat4318; doi:10.1126/science.aat6275

三磷酸腺苷（ATP）合酶是將旋轉(zhuǎn)能量和化學(xué)能量進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的發(fā)電機(jī)。捕獲這些多亞基膜結(jié)合復(fù)合物的完整結(jié)構(gòu)已被它們天然地采用多種構(gòu)象的能力所阻礙。Anurag P. Srivastava等人利用蛋白質(zhì)工程將酵母線粒體ATP合酶凍存在單一構(gòu)象中，并獲得它與抑制劑寡霉素結(jié)合在一起時(shí)的結(jié)構(gòu)，其中寡霉素結(jié)合到它在線粒體膜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)c-環(huán)上。Alexander Hahn等人證實(shí)葉綠體ATP合酶含有由黑暗葉綠體中的氧化條件觸發(fā)的內(nèi)在抑制劑。這些ATP合酶的驅(qū)動(dòng)機(jī)制是非常類似的：質(zhì)子穿過(guò)一個(gè)通道進(jìn)入嵌入在膜內(nèi)的c-環(huán)，在那里它們驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)（rotor ring）幾乎*旋轉(zhuǎn)，隨后通過(guò)膜另一側(cè)上的另一個(gè)通道離開(kāi)。 

7.Science：編碼解釋著人類感知中普遍存在的泛化定律
doi:10.1126/science.aaq1118

決定一個(gè)新物體是另一個(gè)已知事物的實(shí)例還是一個(gè)不同事物的實(shí)例是一個(gè)容易解決的問(wèn)題。 在一系列領(lǐng)域中，人類表現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)映射已建立了泛化梯度（generalization gradient）與刺激間距離（interstimuli distance）之間的指數(shù)關(guān)系。Chris R. Sims如今證實(shí)這種關(guān)系能夠從*信息編碼成本的考慮中推導(dǎo)出來(lái)。

8.Science：揭示自然選擇、DNA重組和雜交進(jìn)化相互作用
doi:10.1126/science.aar3684

雜交是進(jìn)化中的一個(gè)重要力量。雜交對(duì)整個(gè)基因組中的影響仍未被人們了解。Molly Schumer等人利用精細(xì)的遺傳圖譜， 研究了劍尾魚(yú)的天然雜交群體的當(dāng)?shù)刈嫦?。每個(gè)劍尾魚(yú)親本物種都會(huì)為它們的后代基因組貢獻(xiàn)不同比例的遺傳物質(zhì)。來(lái)自“次要”（未充分代表的）的劍尾魚(yú)親本的基因出現(xiàn)在后代基因組中發(fā)生較高重組率的區(qū)域，并且在那里較少地存在潛在有害的基因。人類基因組中的尼安德特人祖先顯示出類似的模式。

9.Science：構(gòu)建出人類膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的解剖轉(zhuǎn)錄圖譜
doi:10.1126/science.aaf2666

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是人類腦癌中zui致命的形式。用于表征這種腫瘤類型的基因組改變和基因表達(dá)譜已被廣泛研究。Ralph B. Puchalski等人構(gòu)建出稱為Ivy Glioblastoma Atlas的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤圖譜。這種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤圖譜是一個(gè)免費(fèi)提供給研究界的在線資源。它代表著是生物信息學(xué)家和病理學(xué)家之間的合作努力，將膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的分子特征（如轉(zhuǎn)錄特征）映射到組織學(xué)上定義的腫瘤解剖區(qū)域。在這種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤圖譜中確定的關(guān)系連同臨床和基因組信息的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)可能為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的發(fā)病機(jī)制、診斷和治療提供新的見(jiàn)解。（生物谷）