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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
在細胞內(nèi)部，DNA緊密地堆積在細胞核中，剛性的蛋白保持復(fù)雜的運輸系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)，一些分子有更簡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。
在一項新的研究中，由美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）研究員Zhijian Chen領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)一種感知的酶的液滴會產(chǎn)生啟動免疫反應(yīng)的信號。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，并且在細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了液體狀液滴（liquid-like droplet）。 在美國德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心，Chen對液滴的研究有助于解釋了一個不同的難題：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實驗室首先發(fā)現(xiàn)它。
這種酶漂浮在細胞質(zhì)中，在遇到DNA時會被活化。鑒于細胞自身的基因位于細胞核和線粒體中，細胞質(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。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與DNA結(jié)合在一起時會在細胞內(nèi)形成這些密集的斑紋。他們認為，這種酶 可能正在經(jīng)歷相分離。
果然，當研究生Mingjian Du在試管中將cGAS和DNA混合在一起時，他觀察到了特征性的液體行為。這種酶當與DNA結(jié)合在一起時會形成致密的液滴，而且這種酶分子從一個液滴擴散到下一個液滴，偶爾兩個液滴會合并為一個。Chen說，“我們懷猜測這種情況可能會發(fā)生， 但當你觀察到它以一種如此的方式發(fā)生時，這是非常引人注目的。”
Du的實驗確定這種酶僅在DNA存在下形成液滴。Chen說，這些液滴對病原體感知是至關(guān)重要的---它們似乎充當微反應(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。較長的DNA片段比短DNA片段更能促進液滴形成。
2.Science：自閉癥與卵細胞不能產(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在DNA分子中，而DNA分子被緊密地包裹在每個細胞的細胞核中。細胞將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胞（包括神經(jīng) 元和卵細胞）中，必須將先產(chǎn)生的RNA儲存起來以備將來使用。
在一項新的研究中，來自美國卡內(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胞中開展的，對所獲得的研究結(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單的細胞類型---果蠅卵細胞---中研究Fmr1對蛋白制造過 程的影響來解決這個問題。他們發(fā)現(xiàn)缺乏Fmr1的卵細胞起初是*正常的，但是隨著時間的推移，它們要比儲存的含有正常Fmr1的卵細胞更快地丟失功能，這就讓人想起人卵巢衰竭綜合征。更為重要的是，當受精時，這些缺乏Fmr1的卵細胞產(chǎn)生的后代具有嚴重的神經(jīng)系 統(tǒng)缺陷，這就讓人想起脆性X綜合征。
通過擴展這些分析，Greenblatt和Spradling發(fā)現(xiàn)Fmr1發(fā)生突變的卵細胞減少數(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共同特點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儲存的條件下將非常長的蛋白鏈串聯(lián)在一起所面臨的挑戰(zhàn)。
3.Science：新研究破解Wnt信號特異性之謎
doi:10.1126/science.aat1178; doi:10.1126/science.aau6457
在一項新的研究中，在比利時布魯塞爾自由大學(xué)研究員Benoit Vanhollebeke的領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員解決了與Wnt信號特異性相關(guān)的一個重要的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)謎團。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，論文標題為“A molecular mechanism for Wnt ligand-specific signaling”。
Wnt是一種古老的信號通路，它的進化似乎可追溯到多細胞動物的出現(xiàn)。它在細胞間通信中起著關(guān)鍵作用，并控制著胚胎發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)的幾個方面。當功能失調(diào)時，Wnt信號可能是許多疾?。ㄌ貏e是幾種癌癥）的起源。鑒于這個信號通路有10個受體和19個配體，而且這 些受體和配體相互識別，因此這個信號通路的復(fù)雜性似乎是令人眼花繚亂的。脊椎動物細胞如何設(shè)法解釋它們遇到的許多Wnt信號并觸發(fā)足夠強的反應(yīng)？這種解釋機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)皮細胞表達的兩種蛋白---Gpr124和Reck---是對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)合物的作用機制。利用遺傳實驗、生物物理實驗和斑馬魚實驗，他們證實Gpr124/Reck復(fù)合物起著一種解碼模塊的 作用：Reck識別Wnt7配體，而Gpr124的存在是通過卷曲受體（Frizzled receptor）觸發(fā)Wnt7信號轉(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信號和對它的多種調(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
細胞通過控制信使RNA（mRNA）降解在任何給定的時間里控制特定蛋白的數(shù)量。鑒于mRNA的核苷酸尾巴在這個過程中起作用，在一項新的研究中，來自韓國基礎(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mRNA在 更長的時間內(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，論文標題為“Mixed tailing by TENT4A and TENT4B shields mRNA from rapid deadenylation”。
直到近，mRNA尾巴被認為僅是由數(shù)百個被稱作腺苷酸（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來延長和縮短這個尾巴：poly（A）聚合酶添加大約200個核苷酸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，一段時間之后縮短這個尾巴的長度。
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)出一種高通量測序方法TAIL-seq，并利用這種方法在全基因組范圍內(nèi)準確地測量poly（A）尾巴的長度。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)的多種物種中報道了這個混合尾巴的存在。
在當前的這項新的研究中，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)生一個混合尾巴。特別地，核苷酸轉(zhuǎn)移酶TENT4A/B在延長mRNA尾巴時間歇性地添加核苷酸G。有趣的是，在細胞中，核苷酸G主要位于mRNA尾巴的末端，或者 位于倒數(shù)第二個位置。這能夠通過以下事實加以解釋：修剪poly（A）尾巴的酶在這個尾巴的末端遇到核苷酸G而不是A時停下來。換句話說，這些研究人員發(fā)現(xiàn)核苷酸G的添加可能會減慢這個尾巴的修剪速度，從而保護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
小麥是世界上大部分地區(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。 利用近的測序技術(shù)進展，小麥基因組測序聯(lián)盟（International Wheat Genome Sequencing Consortium）提供了一個帶注釋的參考基因組，并詳細分析了各個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和共表達網(wǎng)絡(luò)。這些資源將加速我們對面包小麥遺傳基礎(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入或者每個方向的交通流量之間存在競爭，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觀察到的集體挖掘。由于工作量分配不均，當螞蟻集體的一部分不活動時，jia挖掘率就可實現(xiàn)。數(shù)值仿真和機器人螞蟻的行為 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等人證實西方玉米根蟲利用植物自身的鐵收集系統(tǒng)來檢測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，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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