2011年9月29日《自然》杂志精选

封面故事: 一个GPCR跨膜信号作用复合物的结构被确定

一个细胞对荷尔蒙和神经传输物质的反应的绝大部分以及视觉、嗅觉和味觉等，都是由“G-蛋白耦合受体” (GPCRs)调控的。这使得GPCRs潜在成为人体中最重要的一组药物目标。GPCRs深深嵌入在细胞膜中，与细胞膜交叉7次，所以，正如在最近一篇 News Feature (go.nature.com/ftQNX4)文章中所介绍的那样，要确定这些复合物的结构特别具有挑战性。现在，人们等待已久的一个GPCR跨膜信号作用复合物的X-射线晶体结构已被Brian Kobilka的研究组确定，其论文的最终版本发表在本期Nature上。所发表的结构是与Gs（腺苷酸环化酶的刺激性G蛋白）形成复合物的“β2肾上腺素能受体”的一个“被激动剂占据的单体”的结构。另一篇与其相伴的论文介绍了利用“肽酰胺氢-氘交换质谱”对这一信号作用复合物的蛋白动态所做的探测研究。

发动蛋白的结构和功能

发动蛋白是一种GTP酶，在“成笼蛋白”调控的“内吞”过程中催化囊泡断裂。两项彼此相关的研究工作介绍了包括GTP酶域、成束信号作用元素、茎部和Pleckstrin同源域在内的发动蛋白-1的晶体结构。与发动蛋白相关的蛋白是膜结构的普遍调控因子，这些结构有助于了解发动蛋白-1的自组装以及膜断裂事件等的机制。

SUMO1 l的水平与心脏衰竭有关

SERCA2a是一个在激发-收缩耦合过程中负责钙重新摄取的ATP酶。SERCA2a的水平和活性在心脏衰竭中降低，而将SERCA2a输送到发生衰竭的心脏中去的一种基因疗法正在临床试验中进行验证。现在，Roger Hajjar及其同事发现，SUMOylation是保持SERCA2a的稳定性和活性所必需的，而SUMO1的水平在衰竭中的心脏中降低。所谓 SUMOylation，是指附着SUMO蛋白（即“小泛素样修饰蛋白”）的过程。他们还在一个小鼠心脏衰竭模型中发现，SUMO1的基因输送可以将心脏功能恢复到SERCA2a的输送所能达到的同样程度，这说明SUMO1是治疗心脏衰竭的一个潜在治疗候选对象。

Tet3对受精卵的重新编程

一个合子（受精卵）中的父方基因组，在雄性和雌性原核融合之前经历活跃的DNA去甲基化，这一过程与5-甲基胞嘧啶(5mC)被氧化成5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)的过程同时发生。在这项研究中，Gu等人培育出了缺少双加氧酶Tet3的催化活性的基因剔除小鼠。在缺失Tet3的合子中，父方基因组中 5mC向5hmC的转化未能出现，而且5mC的水平保持不变。另外，父方Oct4和Nanog基因的去甲基化也受阻。因此，Tet3-调控的5mC氧化有助于合子父方基因组中的去甲基化和基因激发。

NLR家族凋亡抑制蛋白的特异性作用

炎性体（即inflammasomes，它们是先天免疫中所涉及的多蛋白复合物）通过激发caspase-1蛋白酶诱导针对致病微生物的免疫反应。现在，两个小组报告，被称为NAIPs（NLR家族的凋亡抑制蛋白）的细胞内受体（以前被认为在识别微生物蛋白中有辅助作用）事实上在该过程中起中心作用。Eric Kofoed 和 Russell Vance以及Feng Shao和同事发现，NLR家族的不同成员与不同的细菌配体相结合，包括细菌鞭毛蛋白和一个保守的细菌性Type III分泌系统杆蛋白。

“矮造父变星”上的“星震”

有时称为“矮造父变星”的Delta Scuti (δSct)星，其亮度会因氦离子化的变化而变化。研究人员预测，表面对流应会发生在δSct星上，造成与在太阳上所观察到的相似的“星震”振荡，但此前一直没有可能对其进行观察。现在Antoci等人报告，他们在δSct星HD 187547上检测到了与太阳相似的振荡，表明表面对流能够在比太阳大两倍的恒星上高效地发生。

固体量子寄存器

固体中的电子和核自旋，是可扩展量子信息处理的有吸引力的候选对象，但“单次检测”（即single-shot detection，这种检测使纠错和远距离传输等进一步的关键步骤成为可能）此前只对“孤立量子位”做到过。现在，Robledo等人演示了基于金刚石中一个“氮-空穴中心”的电子自旋所实现的对一个量子寄存器的高保真制备和“单次读出”。他们利用这一读出数据将多达三个附近的核自旋量子位投射到了一个明确的状态之上。

由厄尔尼诺事件造成的植物生产力的变化

对全球尺度的植物碳吸收或总初级生产力(GPP)进行量化一直有困难，因为没有在大于叶子水平之上的尺度上所进行的直接测量结果。对从散布在全球的取样点所获得的、有关大气CO2氧同位素组成(18O/16O)的近30年时间的未发表的记录所做的一项分析，提供了一个不依赖于模拟研究的估计GPP的手段。分析所获数据显示了由厄尔尼诺气候事件驱动的、以前没有被识别出来的年际波动。这个效应通过热带水文循环从热带传播到高纬度地区。从厄尔尼诺事件的恢复是迅速的，说明CO2的周转时间要短于人们普遍所假设的数值，而对全球GPP的最好估计值为每年150-175 pg (一个pg相当于1000万亿克)，不是目前所估计的120pg。

从恐龙到鸟类的脚趾演化

鸟类今天几乎普遍被认为是恐龙的后代，但始终存在一个问题。恐龙的三个脚趾通常被认为对应于先祖四足动物的第1、第2和第3个脚趾，而鸟类的脚趾则似乎对应于第2、第3和第4个脚趾。解决这个问题的一个办法是提出这样一个假设：一个“同源框架变化”(homeotic frame shift)在演化过程中改变了各脚趾的身份。现在，Gunter Wagner及其同事所做工作为这一假设提供了证据：他们通过转录组学研究发现，小鸡腿上的第1趾与其翅膀上的第2趾有相同的转录组。换句话说，翅膀上的第1趾在演化中发生了同源变化。然而，所有其他趾的身份仍不是很清楚。

第一个爬行动物基因组被测序

第一个非禽类爬行动物的基因组已被测序，它就是北美绿色安乐蜥（Anolis carolinensis）的基因组。安乐蜥是研究适应性辐射和趋同进化的一个新兴模型生物。它的基因组包括一个与已知脊椎动物性染色体都不同源的以前不知道的X-染色体，同时还包括一些微染色体，它们与鸟类的微染色体有共同祖先、但却没有其不寻常特点。

在宇宙尺度上对广义相对论的验证

在宇宙这样大的尺度上来验证广义相对论，对于现代宇宙学来说仍是一个根本性挑战，因为宇宙学的理论框架是由引力限定的，而关于引力的当前模型就是广义相对论。现在，Wojtak等人发现，广义相对论的一个经典验证（从一个引力势阱向外传播的光子所体验到的引力红移），提供了独立于宇宙学来在几百万秒差距的尺度上验证引力的一个直接手段。他们对来自星团中各星系的光发生的引力红移所做的观测，在99%的置信度水平上与广义相对论的预测是一致的，但与设计用来避开暗物质存在的其他模型是不一致的。