2017年6月23日Science期刊精华
2017-06-28 11:10:27   来源：   评论：0 点击：

图片来自Science期刊。
2017年6月27日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2017年6月23日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

1.Science：首次从结构上揭示细菌细胞器如何组装
doi:10.1126/science.aan3289

在一项新的研究中，来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和密歇根州立大学等研究机构的研究人员提供有史以来一种完整的被称作细菌微区室（bacterial microcompartments, BMC）的细胞器的最为清晰的图片，从而揭示出这种细胞器的蛋白外壳（protein shell）在原子水平分辨率下的结构和组装过程。他们研究的这种细胞器的蛋白外壳来自一种生活在海洋中的粘细菌，即赭黄嗜盐囊菌（Haliangium ochraceum）。这种完整的细菌细胞器蛋白外壳的结构图有助提供用于抵抗致病菌或出于有益目的对细菌细胞器进行生物改造的重要信息。相关研究结果发表在2017年6月23日的Science期刊上，论文标题为“Assembly principles and structure of a 6.5-MDa bacterial microcompartment shell”。

这些细菌微区室的共同结构特点是位于这种微区室中心的酶被一种选择性通透蛋白外壳包裹着。一些突出的例子包括用于二氧化碳固定的羧酶体（carboxysome）和在很多致病性细菌中发现的分解代谢微区室。

这些研究人员注意到，这些细胞器的内含物决定着它们的特定功能，但是细菌微区室的蛋白外壳整体结构基本上都是一样的。这种微区室蛋白外壳提供一种选择性通透屏障，从而将在它的内部发生的反应与细胞的其余部分分隔开。这能够让多步骤反应更加高效地发生，阻止不想要的干扰，并且对这些密封的反应可能产生的有毒化合物进行限制。

这些研究人员能够展示5种不同的蛋白如何形成三种不同的形状：六边形、五边形和一对堆叠在一起的六边形，它们一起组装成一种二十面体外壳。

2.Science：挑战常规！局部的蛋白激酶A在激活期间仍然保持完整
doi:10.1126/science.aaj1669

在一项新的研究中，美国华盛顿大学医学院药物学系主任John D. Scott博士、华盛顿大学医学院药物学系研究员F. Donelson Smith博士及其同事们发现一种关键的细胞信号转导通路要比之前所认为的那样更多地限制在细胞的局部。通过这个至关重要的信号转导通路进行通信就好比是利用你的Snapchat账户进行社交网络通信。这就推翻了关于活细胞内的这种信号转导通路的长期看法。这些发现提出设计用于治疗癌症和其他的严重疾病的精确靶向药物的新方法。在治疗癌症、糖尿病、心脏病和其他的严重疾病时，让药物在细胞中的特定“位置”局部地发挥作用可能意味着更少的副作用。相关研究结果发表在2017年6月23日的Science期刊上，论文标题为“Local protein kinase A action proceeds through intact holoenzymes”。

电子显微镜技术和天然质谱法（native mass spectrometry）取得的进展能够让这些研究人员确定作为这种信号转导通路中的一个关键组分，锚定蛋白激酶A（anchored protein kinase A）在激活期间保持完整。这种激酶的部分片段是柔韧的，允许它收缩和伸长，而且这种激酶还具有松软的手臂，该手臂能够伸出去，寻找合适的靶标。

这种激酶的准确和局部激活有助确保一种正确的反应在合适的时间和合适的地点发生。不过，在这种激酶发挥它的作用的地方，空间是紧凑的。这种空间的距离事实上大约是细胞内两个蛋白的宽度。

3.Science：重大发现！大脑中的免疫细胞或和阿尔兹海默病等神经变性疾病发生直接相关
doi:10.1126/science.aal3222

近日，刊登在国际著名杂志Science上的一篇研究报告中，来自索尔克遗传实验室等机构的研究人员通过研究首次对组成大脑一线免疫防御机制—小神经胶质细胞的分子标记特性进行了描述，研究人员发现，小神经胶质细胞在多种神经变性疾病和精神疾病的发生上扮演着关键的角色，包括阿尔兹海默病、帕金森疾病、亨廷顿氏症、精神分裂症等。

研究者Rusty Gage表示，小神经胶质细胞是大脑中的一种免疫细胞，但目前我们并不清楚其在人类大脑中所发挥的功能；本文研究不仅将这种细胞同疾病联系了起来，而且对于我们后期理解小神经胶质细胞的生物学机制提供了一定的线索。此前研究人员认为，相比其它大脑细胞而言，和神经性疾病发生相关的基因在小神经胶质细胞中表达的水平较高。过去研究人员发现小神经胶质细胞和一系列人类疾病发生相关，而本文研究中研究人员阐明了这种关联的分子基础。

研究人员开始着手研究小神经胶质细胞的分子特性，他们通过联合研究收集了19名患者的大脑组织，所有患者都因癫痫症、脑部肿瘤或中风做过脑部手术，研究人员从未受疾病影响的组织中以及小鼠的大脑中分离得到小神经胶质细胞，并对其进行研究。

利用多种分子和生化测试技术，研究人员对小神经胶质细胞中开启和关闭的基因进行了研究，研究者发现，相比其它类型的巨噬细胞而言，小神经胶质细胞中存在着成百上千个高度表达的基因，而且这些基因表达的模式同其它类型的脑细胞并不相同；然而当这些细胞被培养后，小神经胶质细胞中的基因模式便开始发生改变，仅在6小时以内，就有超过两千个基因的表达水平下降了至少4倍。下一步研究人员将会分析是否小神经胶质细胞中的任何基因都会被正向调节，后期研究人员还需要进行大量研究工作来理解患者机体中小神经胶质细胞发生改变的分子机制，本文研究或为后期研究人员对小神经胶质细胞进行更好地培养，以及诱导干细胞分化成为小神经胶质细胞提供新的思路和希望。

4.Science：全程监控神经元分析大脑如何入睡和清醒
doi:10.1126/science.aam6851

维也纳分子病理学研究所的科学家们利用线虫来研究睡眠的基础内容，他们检测了大脑中的所有神经细胞在睡着和醒来的活动，在6月23日的Science上发表了开创性的成果。

睡眠是动物的一个普遍特征：每个神经系统似乎都有规律地经历并要求放松状态，在这种状态下大脑的活动发生了剧烈的变化。睡眠是至关重要的，正如我们在日常生活中所经历的那样，但科学家们仍在争论为什么会这样。

在维也纳分子病理学研究所，由神经生物学家Manuel Zimmer领导的团队用秀丽隐杆线虫研究了大脑如何清醒和睡眠之间转换。他们的研究结果表明，在疲劳的动物中，睡眠是一个只要强大的外部环境刺激不存在，大脑就能自发地建立自己的基本状态。

博士生Annika Nichols和Tomá？ Eichler建立了一个有趣的实验系统，用可变氧浓度作为一个开关。线虫生活在土壤中，在它们的自然栖息地，充足的微生物使氧气含量保持在低水平。研究人员发现，在这些条件下，如果它们感到疲劳的话，它们会感到很舒适，可以入睡。Nichols和Eichler发现，大气浓度氧含量的新鲜空气对睡着的动物是个警报，能使它们很快醒来。

Nichols继续记录当触发睡眠和清醒之间转换的大脑中所有神经元的活动。她发现，在睡眠中，大多数在清醒时活跃的神经细胞变得沉默。然而，一些特定类型的神经细胞保持警觉。这些类型之一，被称为RIS，先前的研究显示它通过分泌睡眠物质促进睡眠。Nichols的发现表明：在清醒的、有入睡倾向的动物中，RIS活性已经升高，暗示它是衡量大脑疲劳程度的指标。

当监测到睡眠时大脑的活动时，Nichols发现了一个有趣的发现：她的计算机分析表明，神经元网络活动自发地汇集到一个安静和稳定的状态。最初，研究人员认为RIS的细胞会迫使神经系统平静，就像一个指挥家让乐队在最后一个和弦后沉默。然而，新的数据表明RIS似乎更像是一个调解人，在所有参与者之间协议采取一致行动。这种情况的好处是，清醒和睡眠之间的急剧性变化可以通过巧妙地改变大脑的某些调节“旋钮”来触发。

尽管线虫大脑和人脑之间存在着许多差异，但这些结果为研究脑组织的基本原理提供了一个很有前途的模型。

5.Science：即便缺乏核小体，在非洲爪蟾蜍卵子提取物存在时有丝分裂染色体也能够组装
doi:10.1126/science.aam9702; doi:10.1126/science.aan8090

在染色体中的DNA压缩被认为起始于DNA缠绕在核小体的周围，但是这种核小体缠绕是有丝分裂染色体压缩所必需的吗？Keishi Shintomi等人将非洲爪蟾蜍卵子提取物与小鼠精子的细胞核结合在一起，发现染色体类似的结构能够在核小体几乎完全缺乏的情形下组装起来。这些“不存在核小体的”染色体是由富含凝缩蛋白（condensin）的不连续的轴和较差组装的染色质环组成的。这一发现挑战了教科书上描述的关于有丝分裂染色体组装的看法。

6.Science：辅助行走外骨骼的人工优化
doi:10.1126/science.aal5054; doi:10.1126/science.aan5367

外骨骼和活动假体的存在本应对人们的行动有一定的帮助作用。一个多世纪来，发明家和科学家们致力于开发提高人类运动能力的外骨骼和活动假体。但是至今为止，很少有成功的例子。对直觉和硬件的过度依赖可能对此负责。现有的辅助策略通常来自数学模型，生物力学观测和人形机器人。它们都简化了人机系统的重要方面。

近日，卡耐基梅隆大学的Steven H. Collins课题组在科学杂志发文。他们认为，在人类行为的基础上优化设备的特性能够使得设备的设计得到改进。该课题组开发了一种测量方法，能够识别最大限度减少步行过程中的人力成本的外骨骼援助模式。在一个脚踝上佩戴优化了扭矩模式的外骨骼后，代谢能量的消耗能够降低24.2±7.4％。该课题组发现，该方法对于多种模式适用，包括在一个或是两个脚踝上佩戴外骨骼，奔跑中，优化肌肉活动时。

找到一个良好的通用的帮助模式，根据个人的需求进行定制，并帮助用户学习和利用设备，有助于经济的改善。具有这些功能的优化方式能够显著提高设备性能。

7.Science：利用超快X射线光谱技术确定细胞色素c酶的Fe-S键能量学性质
doi:10.1126/science.aam6203; doi:10.1126/science.aan5587

细胞色素c酶具有两种不同的功能，这些功能依赖于甲硫氨酸残基的位置。当这个甲硫氨酸侧链中的硫元素（S）与这种酶的活性位点中的铁（Fe）螯合时，这种的电子转移能力得到优化；在其他情形下，它具有过氧化酶活性。Michael W. Mara等人利用超快X射线吸收光谱和发射光谱技术探究这个Fe-S键的能量学性质。通过利用光短暂地破坏这个键，和随后安排它重新形成的时间，他们确定周围的蛋白环境将键强度提高4千卡/摩尔，仅足以按照一种实际的速率在每个功能状态之间进行切换。

8.Science：鸟类蛋形状---类型、功能和进化
doi:10.1126/science.aaj1945; doi:10.1126/science.aan2517

尽管鸟类的蛋在形状上通常是卵形的，但是它们在对称性、圆形或高稳度的程度上存在着相当大的差异。已提出很多假设来解释是什么促进这种差异，很多人接受从生命史或筑巢方面进行过解释。Mary Caswell Stoddard等人从形态学、生物物理学和进化的角度研究了1400多种鸟类物种的将近5万个蛋，研究结果并不支持之前的假设。相反，他们的结果提示着对飞行适应的选择最可能导致这种差异。（生物谷 Bioon.com）

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