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本周又有一期新的Science期刊（2018年6月8日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。本期的亮點是我國科學(xué)家再接再厲，在本期Science期刊上同時發(fā)表5篇論文，這5篇論文的標(biāo)題分別為“Pulmonary neuroendocrine cells amplify allergic asthma responses”、“A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption”、“Structure of the maize photosystem I supercomplex with light-harvesting complexes I and II”、“Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes”和“A selfish genetic element confers non-Mendelian inheritance in rice”。
圖片來自Science期刊。
1.Science：揭示肺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞擴(kuò)大過敏性哮喘反應(yīng)機(jī)制
doi:10.1126/science.aan8546
肺部具有較大的表面面積，能夠檢測吸入空氣中的信號并對它們作出反應(yīng)。肺部和環(huán)境之間的異常相互作用導(dǎo)致許多疾病，如哮喘。體外數(shù)據(jù)表明肺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞（pulmonary neuroendocrine cell, PNEC）是一類罕見的氣道上皮細(xì)胞，可起著化學(xué)傳感器的作用。一旦在體外培養(yǎng)中受到刺激，它們會釋放出富含神經(jīng)肽、胺類化合物和神經(jīng)遞質(zhì)的致密核心囊泡。這些生物活性分子能夠引發(fā)免疫反應(yīng)和生理反應(yīng)。近開展的一項體內(nèi)研究揭示出PNEC正常地形成被稱作神經(jīng)上皮小體（neuroepithelial body）的自聚集單元是限制初始肺部（naïve lung）中的免疫細(xì)胞數(shù)量所*的。然而，人們并不清楚PNEC是否能夠在體內(nèi)將外源性氣道信號（如過敏原）轉(zhuǎn)化為下游級聯(lián)反應(yīng)。
為了檢驗PNEC在肺部中起著化學(xué)傳感器作用的假設(shè)，來自美國加州大學(xué)圣地亞哥分校、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、加州大學(xué)舊金山分校、華盛頓大學(xué)和中國上海交通大學(xué)的研究人員通過讓氣道上皮細(xì)胞中的Ascl1失活培育出缺乏PNEC的小鼠突變體。他們遵照現(xiàn)存的哮喘模型規(guī)定，讓這些小鼠突變體接觸卵清蛋白或屋塵螨。他們測試這些小鼠突變體是否顯示出與對照小鼠不同的哮喘反應(yīng)，并通過鑒定PNEC的分子效應(yīng)物和細(xì)胞靶標(biāo)闡明了它們的作用機(jī)制。作為對這些在小鼠中的功能測試的補(bǔ)充，他們還研究了人類哮喘患者的PNEC是否會出現(xiàn)病理變化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月8日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Pulmonary neuroendocrine cells amplify allergic asthma responses”。
盡管在基線時是正常的，但是在遭受過敏原激發(fā)（allergen challenge）后，相比于對照小鼠，這些Ascl1發(fā)生突變的小鼠（即小鼠突變體）表現(xiàn)出嚴(yán)重下降的杯狀細(xì)胞增生（goblet cell hyperplasia）和免疫細(xì)胞數(shù)量。在研究可能產(chǎn)生的分子效應(yīng)物時，這些研究人員發(fā)現(xiàn)在遭受過敏原激發(fā)后，相對于對照小鼠，PNEC產(chǎn)生的幾種產(chǎn)物在這些小鼠突變體中下降了，這些產(chǎn)物包括降鈣素基因相關(guān)肽（CGRP）和γ-氨基丁酸（GABA）。在探究可能存在的細(xì)胞靶標(biāo)時，他們發(fā)現(xiàn)與PNEC相類似的是，2型先天性淋巴細(xì)胞（ILC2）在氣道分叉處富集。作為PNEC產(chǎn)生的一種產(chǎn)物，CGRP刺激體外培養(yǎng)的ILC2產(chǎn)生白細(xì)胞介素-5（IL-5）。相反，讓ILC2中的CGRP受體基因Calcr1失活會抑制對過敏原作出的免疫反應(yīng)。與CGRP不同的是，GABA并不導(dǎo)致ILC2分泌的細(xì)胞因子增加。相反，讓GABA生物發(fā)生失活導(dǎo)致在遭受過敏原激發(fā)后發(fā)生的杯狀細(xì)胞增生存在缺陷，這提示著GABA是氣道上皮中發(fā)生的這種反應(yīng)所必需的。此外，在遭受過敏原激發(fā)后，給這些發(fā)生Ascl1突變的小鼠注入CGRP和GABA的混合物可恢復(fù)免疫細(xì)胞增加和杯狀細(xì)胞增生，這就表明這兩種產(chǎn)物是PNEC在體內(nèi)的主要分子效應(yīng)物。與這些來自小鼠的研究結(jié)果相一致的是，這些研究人員發(fā)現(xiàn)在人類哮喘患者中，PNEC的數(shù)量和它們形成的自聚集單元大小都增加了，這可能是這些患者對過敏原作出更強(qiáng)免疫反應(yīng)的原因。
這些研究結(jié)果證實盡管PNEC是氣道中一個罕見的細(xì)胞群體，但是它們在將氣道中的過敏原信號放大為粘膜2型免疫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。具體而言，PNEC通過它們產(chǎn)生的產(chǎn)物GABA刺激氣道上皮粘液產(chǎn)生。與此同時，PNEC通過它們產(chǎn)生的另一種產(chǎn)物CGRP刺激ILC2產(chǎn)生細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子接著招募下游的免疫細(xì)胞。PNEC和ILC2在富集氣道顆粒的氣道分叉處形成神經(jīng)免疫模塊。這些研究結(jié)果表明PNEC-ILC2軸的功能是檢測氣道中的輸入信號，如過敏原，并將這些輸入信號放大為肺部中的輸出信號，如過敏性哮喘反應(yīng)。
2.Science：重大進(jìn)展！血液測試可預(yù)測孕婦早產(chǎn)
doi:10.1126/science.aar3819
在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、阿拉巴馬大學(xué)和丹麥國家血清研究所的研究人員開發(fā)出一種針對孕婦的新型血液測試方法，該方法能夠檢測她們的胎兒是否會早產(chǎn)，檢測準(zhǔn)確性為75％～80％。這種技術(shù)也可用于估計胎兒的胎齡（gestational age）或母親的預(yù)產(chǎn)期（due date），而且估計結(jié)果與超聲波檢查一樣可靠，但要比后者便宜。這種測試方法可能有助減少與早產(chǎn)相關(guān)的問題。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月8日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Noninvasive blood tests for fetal development predict gestational age and preterm delivery”。論文通信作者為斯坦福大學(xué)生物工程與應(yīng)用物理學(xué)教授Stephen Quake博士和斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院客座教授Mads Melbye博士。論文作者為前斯坦福大學(xué)博士后學(xué)者Thuy Ngo博士和斯坦福大學(xué)研究生Mira Moufarrej。
這種測試方法通過評估母體血液中的無細(xì)胞RNA（cell-free RNA）水平來測量母體、胎盤和胎兒基因的活性。這些研究人員使用妊娠期間收集的血液樣品，以便鑒定出哪些基因提供關(guān)于胎齡和早產(chǎn)風(fēng)險的可靠信號。
這種胎齡測試方法是通過研究一組31名丹麥婦女在整個懷孕期間每周提供的血液開發(fā)出來的。這些女性都是足月妊娠。這些研究人員利用來自其中的21名女性的血液樣品構(gòu)建出一種統(tǒng)計模型，這種模型鑒定出9種由胎盤產(chǎn)生的可預(yù)測胎齡的無細(xì)胞RNA，并利用剩下的10名女性的血液樣品來驗證這種模型。這種模型給出的胎齡估計值在大約45%的時間里是準(zhǔn)確的，這與懷孕頭三個月的超聲波檢查的胎齡估計結(jié)果（準(zhǔn)確率為48%）相當(dāng)。
為了弄清楚如何預(yù)測早產(chǎn)，這些研究人員使用了來自38名有早產(chǎn)風(fēng)險的美國女性的血液樣品，其中這些女性之前已發(fā)生過早期子宮收縮或早產(chǎn)。這些女性在她們懷孕第二個三個月或末三個月期間提供了血液樣品。在這組女性中，13名女性早產(chǎn)，其余的25名女性足月分娩。這些研究人員發(fā)現(xiàn)來自母體和胎盤的7個基因產(chǎn)生的無細(xì)胞RNA水平能夠預(yù)測哪些妊娠會提前結(jié)束。
Moufarrej說，“大多數(shù)是母體基因。我們認(rèn)為正是母體發(fā)出一種信號表明她準(zhǔn)備分娩了”，并指出這些預(yù)測早產(chǎn)的基因不同于那些提供胎齡相關(guān)信息的基因。
這些研究人員需要在更大的孕婦群體中驗證這種新的測試方法，然后才能讓它廣泛地使用。 Quake指出，2008年他的團(tuán)隊開發(fā)出的檢測唐氏綜合征的血液測試方法（PNAS, 21 October 2008, doi:10.1073/pnas.0808319105）如今每年在300萬多名孕婦中使用。
3.Science：我國科學(xué)家鑒定出有助調(diào)節(jié)血液膽固醇水平的LIMA1基因突變
doi:10.1126/science.aao6575
在一項新的研究中，來自中國科學(xué)院大學(xué)、武漢大學(xué)、新疆醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院、上?？萍即髮W(xué)和中科院上海生命科學(xué)研究院的研究人員鑒定出一種至少部分地負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)血液中的膽固醇水平的基因突變。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月8日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption”。在這篇論文中，這些研究人員描述了他們?nèi)绾巫粉櫨幋a參與這個過程的一個關(guān)鍵蛋白的基因發(fā)生的突變。
這項研究著重分析一個家庭的基因，這個家庭除了一個成員之外都具有異常低的血液LDL-C水平。這些研究人員能夠分離出一種特定的基因突變，這種突變使得這個成員與這個家庭的其他成員與眾不同：LIMA1基因突變。基于這一結(jié)果，他們隨后對來自我國哈薩克族的508人---已知這些人具有低水平的血液LDL-C---進(jìn)行基因測試。他們著重分析的這個家庭也來自我國哈薩克族。對這些數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明那些具有較低血液LDL-C水平的人也攜帶這種相同的基因突變，而那些沒有攜帶這種突變的人具有正常的血液LDL-C水平。更加密切的研究發(fā)現(xiàn)這種基因突變負(fù)責(zé)產(chǎn)生一種他們稱之為LIMA1的蛋白。這些研究人員推測，這種蛋白是LDL-C的一種調(diào)節(jié)劑。
為了更多地了解關(guān)于LIMA1的信息，這些研究人員利用小鼠進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種蛋白似乎在小腸中表達(dá)。他們還提出能夠合成出這種蛋白，這可能導(dǎo)致人們開發(fā)出降低人體內(nèi)的膽固醇水平的藥物，并且有望降低患上心血管疾病的風(fēng)險。
4.Science：我國科學(xué)家解析出與兩個捕光復(fù)合物結(jié)合在一起的植物光系統(tǒng)I結(jié)構(gòu)
doi:10.1126/science.aat1156
陰天或遮陰的樹木會引起光線波動，這種光線波動能夠?qū)е轮参锕庀到y(tǒng)I和II（PSI和PSII）中的能量流動失去平衡。Xiaowei Pan等人解析出與兩個捕光復(fù)合物（LHC）結(jié)合在一起的PSI結(jié)構(gòu)。一個LHC與PSI永jiu性地結(jié)合在一起。另一個LHC在jia條件下給PSII提供光能，但是能夠通過一種檢測葉綠體的氧化還原環(huán)境的激酶磷酸化后切換至一種PSI結(jié)合狀態(tài)。 LHC在光系統(tǒng)I和II之間的移動有助于維持均勻的能量流動。在將PSI核心連接到每個LHC上的結(jié)構(gòu)中可觀察到兩個含葉綠素的亞基。
5.Science：對類人猿基因組進(jìn)行高分辨率比較分析
doi:10.1126/science.aar6343
迄今為止獲得的大多數(shù)非人靈長類動物基因組因它們存在許多空白區(qū)域和依賴于參考人類基因組提供的指導(dǎo)而被“人源化（humanized）”。 為了消除這種人源化影響，Zev N. Kronenberg等人 生成并組裝一只黑猩猩、一只紅毛猩猩和兩個人的長讀取基因組，并將它們與之前獲得的大猩猩基因組進(jìn)行比較。這種分析識別出人類和特定猿譜系特異性的基因組結(jié)構(gòu)變異。人類和黑猩猩大腦類器官之間的比較結(jié)果表明相對于黑猩猩而言，人類中特定基因下調(diào)表達(dá)與這種分析中鑒定出的非編碼變異相關(guān)聯(lián)。
6.Science：發(fā)現(xiàn)來自泥盆紀(jì)南極洲的化石四足動物
doi:10.1126/science.aaq1645
當(dāng)我們想到所有現(xiàn)代脊椎動物的祖先---泥盆紀(jì)四足動物（Devonian tetrapod）---時，我們往往想象成兩棲動物樣生物從水中遷移到潮濕的熱帶森林或沼澤。的確，之前描述的這類四足動物樣品都是從熱帶地區(qū)獲得的。Robert Gess和Per Erik Ahlberg如今描述了兩個來自泥盆紀(jì)南極洲（Devonian Antarctica）的化石四足動物。因此，四足動物的分布可能是性的，這促使我們重新思考這個重要群體產(chǎn)生的環(huán)境。
7.Science：蜜蜂也存在對零的理解
doi:10.1126/science.aar4975; doi:10.1126/science.aat8958
有人說，社會對零的理解的發(fā)展促進(jìn)了人類的重大智力進(jìn)步，并且我們被認(rèn)為在這種理解中是獨yi無二的。盡管近的研究已表明其他的一些脊椎動物也理解“空集（empty set）”的概念，但是Scarlett R. Howard等人如今證實對這種概念的理解存在于未經(jīng)培訓(xùn)的蜜蜂中。 這一發(fā)現(xiàn)提示著這種理解在處理環(huán)境復(fù)雜性的親緣性較遠(yuǎn)物種中獨立地進(jìn)化出來，而且它可能比之前認(rèn)識的更加廣泛地分布。
8.Science：我國科學(xué)家揭示植物通過胞外囊泡運送小RNA沉默致病真菌中的毒力基因
doi:10.1126/science.aar4142; doi:10.1126/science.aat9343
植物能夠利用小RNA（sRNA）干擾病原菌中的毒力基因表達(dá)。Qiang Cai等人證實小芥菜植物擬南芥通過胞外囊泡將防御性sRNA運送到壞死性真菌灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）中。這些含sRNA的胞外囊泡在感染位點堆積，并且被灰葡萄孢菌細(xì)胞攝取。這些運送過來的宿主sRNA誘導(dǎo)真菌中的致病性基因沉默。因此，在與這種病原菌的進(jìn)化軍備競賽中，擬南芥進(jìn)化出胞外囊泡介導(dǎo)的RNA干擾作為它的免疫反應(yīng)的一部分。
9.Science：我國科學(xué)家揭示自私的遺傳因子賦予水稻非孟德爾遺傳
doi:10.1126/science.aar4279
讓野生稻和馴化水稻雜交經(jīng)常導(dǎo)致雜交不育。這種遺傳障礙能夠阻止來自野生稻的潛在有益基因轉(zhuǎn)移到馴化水稻品種中。為了理解這些阻止基因流動的遺傳障礙，Xiaowen Yu等人繪制出一種決定著野生稻和馴化水稻之間的不育性的數(shù)量性狀基因座（QTL）。這種QTL編碼在配子發(fā)生過程中都表達(dá)的兩個開放閱讀框（ORF）。這兩個ORF編碼一種影響花粉發(fā)育的毒素和一種維持花粉活力所必需的解毒劑。因此，自私的遺傳因子能夠引起促進(jìn)生殖隔離的進(jìn)化策略產(chǎn)生。（生物谷 ）
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