盘点：2016年6月3日Science期刊精华
2016-06-06 佚名 生物谷
1. Science：重大突破！首次揭示细胞核ATP产生机制细胞核中的DNA被包装成染色质，能够阻止接触到它所携带的遗传信息。为处理应激条件和高水平DNA损伤而进行的基因表达全局重编程需要松绑DNA和染色质蛋白之间的相互作用。对染色质蛋白进行修饰需要消耗大量能量。为了满足这些特殊需求，细胞需要额外的能量，因此它需要激活一种新的途径来获得更多的ATP。在一项新的研究中，来自西班牙巴塞罗那科学技术
细胞核中的DNA被包装成染色质，能够阻止接触到它所携带的遗传信息。为处理应激条件和高水平DNA损伤而进行的基因表达全局重编程需要松绑DNA和染色质蛋白之间的相互作用。对染色质蛋白进行修饰需要消耗大量能量。为了满足这些特殊需求，细胞需要额外的能量，因此它需要激活一种新的途径来获得更多的ATP。
在一项新的研究中，来自西班牙巴塞罗那科学技术研究所基因组调节中心（Centre for Genomic Regulation, CRG）、庞培法布拉大学和罗维拉-威尔吉利大学等机构的研究人员首次描述细胞核中的一种新的途径产生用于染色质重塑和基因表达重编程的能量。他们也鉴定出参与这一过程每个步骤的酶的功能，以及这种酶在对应激信号作出反应时是如何被激活的。他们的结果将有助人们理解染色质重塑机制，以及染色质重塑与DNA损伤和癌症之间的关系。相关研究结果发表在2016年6月3日那期Science期刊上，论文标题为“ADP-ribose–derived nuclear ATP synthesis by NUDIX5 is required for chromatin remodeling”。
研究人员发现作为染色质解压缩和DNA损伤修复中的主要作用物之一，聚腺苷二磷酸核糖（poly-ADP-ribose, PAR）是细胞核ATP合成的基石。腺苷二磷酸核糖（ADP-ribose）中的腺苷二磷酸（ADP）组分被细胞核中的酶NUDIX5用来产生ATP。阻断NUDIX5活性就会阻止染色质重塑、基因表达重编程和细胞对应激或DNA损伤的适应。（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aad9335）
基因之间的序列长期以来被视为“垃圾DNA”，我们如今知道它们也发挥着至关重要的功能。这些DNA区域发生的突变能够严重地对人类发育造成损害，而且可能在生命后期导致严重疾病。然而，在此之前，调节性DNA序列一直很难发现。如今，在一项新的研究中，德国慕尼黑理工大学计算生物学教授Julien Gagneur团队和德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授Patrick Cramer团队如今开发出一种方法可以用于发现活跃的可控制基因活性的调节性DNA序列。相关研究结果发表在2016年6月3日那期Science期刊上，论文标题为“TT-seq maps the human transient transcriptome”。
如今，在这项新的研究中，Patrick Cramer团队的Björn Schwalb和Margaux Michel，以及Julien Gagneur团队的Benedikt Zacher成功地开发出一种高度灵敏的方法来捕获和鉴定每种非常短命的RNA分子，该方法被称作瞬时转录组测序（transient transcriptome sequencing, TT-Seq）。为了捕获这些RNA分子，研究人员采取了一种技巧：它们给细胞提供一种在几分钟内起着锚定物作用的分子。随后，在实验期间，这些细胞将这种锚定分子整合到它们制造出的每个RNA分子上。在这种锚定分子的作用下，研究人员最终能够从细胞中分离出短命的RNA分子，对它们进行研究。
Cramer解释道，“我们利用TT-Seq方法捕获到的这些RNA分子能够反映某个时间点上细胞内所有有活性的DNA区域---基因以及之前很难找到的位于基因之间的调节性DNA序列。” Gagneur补充道，“利用TT-Seq方法，我们如今拥有一种合适的工具来更多地了解基因在不同类型细胞中如何受到控制和基因调节程序如何工作。”
在很多情形下，研究人员对哪些基因在某种疾病发挥作用心中有数，但是却不知道哪些分子开关参与其中。研究人员正希望能够利用这种新方法揭示在疾病出现或发展期间发挥作用的关键机制。（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aad9841）
在一项新的研究中，来自美国波士顿儿童医院和中国北京生命科学研究所等机构的研究人员报道在受损组织中天然发现的脂质化学分子能够诱导一种意想不到的免疫反应，诱导免疫细胞（即树突细胞）进入一种“高度活跃”状态，而这种高度活跃状态能够高效地召集抵抗感染的T细胞。这些发现可能能够改善疫苗而让它们变得更加有效。相关研究结果于2016年4月21日在线发表在Science期刊上，论文标题为“An endogenous caspase-11 ligand elicits interleukin-1 release from living dendritic cells”。论文通信作者为来自波士顿儿童医院的Jonathan Kagan博士。
在这项研究中，研究人员当使用这种被称作oxPAPC的化学物时小鼠产生的适应性免疫反应增强了5倍。他们认为oxPAPC或者一种相关的合成化合物可能能够被用来帮助人们对众多不同的感染产生免疫力。Kagan说，“我们认为这可能是一种通用方法来增加对任何一种疫苗产生的免疫反应。”
Kagan说，“我们鉴定出一种自然发生的分子（编者注：即oxPAPC）能够让树突细胞进入一种强化的‘高度活跃’的激活状态。这些高度活跃的树突细胞存活较长时间，是我们知道的最好的T细胞激活剂，因此这可能是疫苗开发中的一种非常有用的工具。”（Science, 03 Jun 2016, doi: 10.1126/science.aaf3036; doi:10.1126/science.aag0366）
近日，来自格莱斯顿研究所（Gladstone Institutes）的科学家们利用一种组合性化学物成功将皮肤细胞转化成为心脏细胞和大脑细胞，此前对细胞重编程的工作都需要向细胞中添加额外的基因；近日刊登在国际杂志Science和Cell Stem Cell上的两篇研究论文中，研究人员就利用混合的化学物逐渐诱导皮肤细胞改变成为器官特异性的干细胞样细胞，最终发育成为心脏和大脑细胞，而这项研究发现或许就提供了一种有效可靠的方法来对细胞进行重编程并且避免相应问题的发生。
研究者Ding表示，这种方法或可帮助我们为患者制造新型细胞来治疗疾病，我们希望有一天可以利用本文中的方法来治疗诸如心脏病和帕金森等人类疾病。
刊登在Science上的研究论文中，研究人员利用9种化合物的混合制剂将人类皮肤细胞进行改变使其成为跳动的心脏细胞，经过反复试验，研究者通过将细胞改变成为类似多潜能干细胞的状态，最终发现了开启转化过程的最佳化合物组合模式，随后就可以在特殊的器官中诱导皮肤细胞产生多种不同类型的细胞。（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aaf1502; Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2016.03.020）
5. Science：Polycomb和COMPASS蛋白家族对基因表达的表观遗传平衡控制
在多细胞动物（metazoan）中，对基因表达进行表观遗传调节在建立细胞多样性中发挥着至关重要的作用，而且它的调节失控能够导致病理状况。尽管转录因子是执行基因表达程序所不可或缺的，但是它们单独时并不会发挥功能，它们需要招募许多染色质修饰蛋白和染色质重塑蛋白。作为染色质动态调节的一个典型例子是PRC1和PRC2复合体中的聚硫蛋白（Polycomb group，PcG)和COMPASS蛋白家族中的三空腔结构蛋白（Trithorax group, TrxG）的性质平衡，而这些蛋白经常在很多种人类疾病中发生高度突变。在这篇综述中，研究人员将讨论关于PcG和COMPASS蛋白家族的性质的最新发现，以及这些发现所提供的在生理和病理条件下对转录的表观遗传控制的深入认识。（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aad9780）
6. Science：人工水解光合作用系统高效地还原二氧化碳
光合作用利用太阳光固定来自空气中的CO2。光合作用的工业模拟物试图将二氧化碳直接转化为生物量、燃料或者其他的有用产物。为了改善之前的人工光合作用设计，研究人员将氢气氧化菌Raistonia eutropha与一种钴磷水解催化剂结合在一起。这种生物相容性的自我修复的电极克服了之前设计中的毒性挑战，因而允许它在有氧条件下操作。当与太阳能光电池结合时，太阳能到化学能的转化率比天然的光合作用高出将近一个数量级。（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aaf5039）
7. Science：塑胶微粒改变了欧洲鲈鱼的孵化、生长和捕食
一项新的研究显示，在接触了高浓度塑胶颗粒后，欧洲鲈鱼的孵化受到抑制，生长速度减慢，幼鱼进食偏好改变，而且，欧洲鲈鱼对捕食威胁提示也无法做出回应。这些结果表明，塑胶微粒通过化学和物理作用影响了幼鱼的行为和发育。由于现代社会大量使用塑胶，因此塑胶垃圾日益积累，它们最后常常进入水道。许多这类碎片是以塑胶微颗粒形式存在的；这些微颗粒在各个维度上都不到5毫米，它们或是被制成这样或是从较大块碎片崩解而成。尽管有数百则研究证明了全球塑胶微粒污染，但它们中很少对其如何影响动物种群数、社群和生态系统进行了调查。Chelsea M. Rochman在一则相关的《视角》中说："这种模式并非独特。对许多环境化学污染物来说，普遍污染已记录在案，但其对生态的影响则鲜为人知。"塑胶微粒如何影响水中生物的卵子、胚胎和幼体的机制尤其晦暗不明，而水生生物特别容易受到水中污染物的影响。
Oona M. Lönnstedt和Peter Eklöv为了对这一问题有更多的了解，他们从波罗的海中收集了欧洲鲈鱼的胚胎和幼鱼。在实验室水族箱中，他们让这些样本接触不同浓度的聚苯乙烯塑胶微粒，包括接触可比拟自然界所见的非常高浓度的塑胶微粒。在各种结果中包括，他们看到胚胎接触塑胶微粒会令孵化成功率降低约15%。更重要的是，接触塑胶微粒的2周大幼鱼逃避被捕食的能力大大下降，从而导致其存活率降低。同时，在最高浓度塑胶微粒环境中长大的鲈鱼比一般浓度中长大的鲈鱼显著要小。通过确定可能最具危害性的塑胶微粒类型及通过确认最敏感的种群、物种和生态系统，像这样的研究或能指导减少塑胶微粒进入海洋的努力。Rochman写道："在掌握这些数据后，具体工作者可将其精力转向预防措施，避免进行免昂贵的恢复和重建需要。"（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aad8828; doi:10.1126/science.aaf8697）
8. Science：远古的狼两次与人为友吗？
一项新的研究描述了某个远古狗的基因组，它提供了有关人类最好的朋友——狗的群体和驯化信息。狼如何变成我们如今的伴侣——狗的历史一直存在争议，这些争议涉及狗进化的次数及狗是在哪里进化的。某些基因研究得出结论：狗的驯化可能只有一次，但在科学界就这一进化是否发生在欧洲、中亚或东亚还有分歧。那么，人类最好的朋友起源于何时何方呢？为了得到更多的了解，Laurent Frantz分析了59个线粒体DNA序列——它们来自生活在1万4000年前至3000年前的远古欧洲狗，他们也分析了一条生活在约4800年前的远古纽格兰奇（属爱尔兰）狗的全部基因组序列，并将这些基因组数据与数百条不同品种现代狗的全基因组序列进行了比较。他们的分析揭示了现代东亚狗和西部欧亚狗间的一个深刻隔裂，它发生在已知的欧洲和东亚狗第一次出现的数千年之后。尽管研究人员无法排除早期传输至欧洲之后欧亚狗有着单一来源的可能性，但他们注意到，生活在两个中亚区域间的狗的考古学证据缺乏，这提示狗可能在欧亚西部和东亚分别进化了两次。作者们说，某些狗的品种——如格陵兰的雪橇狗或西伯利亚哈斯奇似乎拥有来自欧亚西部和东亚狗世系的混合血统。（Science, 03 Jun 2016, doi:10.1126/science.aaf3161）
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