2018年10月19日Science期刊精華，我國科學家同時發表三篇Science論文

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2018年10月22日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2018年10月19日)發布，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：修復面部缺陷有戲!發現神經嵴細胞從頭部後面遷移到前面

doi:10.1126/science.aau3301; doi:10.1126/science.aav3376

諸如齶裂和面部麻痹之類的面部缺陷佔全球所有出生缺陷(每年320萬例)的三分之一，並且是嬰兒死亡的主要原因。在一項新的研究中，來自英國和西班牙的研究人員發現形成面部特徵的胚胎幹細胞，稱為神經嵴細胞(neural crest cell)，使用一種意想不到的機制，從頭部後面移動到前面，從而定植在面部中。這一發現可能有助於了解面部缺陷是如何形成的，從而讓人們更接近一步修復胚胎中的顱面畸形(craniofacial malformation)。這種新的機制可能在其他的涉及細胞運動的過程(比如轉移過程中的癌症浸潤或傷口癒合)中起著重要的作用，這可能為開發出新的療法鋪平了道路。相關研究結果發表在2018年10月19日的Science期刊上，論文標題為「Supracellular contraction at the rear of neural crest cell groups drives collective chemotaxis」。論文通信作者為英國倫敦大學學院細胞與發育生物學教授Roberto Mayor。論文第一作者為倫敦大學學院的Adam Shellard和 András Szabó。

這些研究人員研究了青蛙和魚類的胚胎，這是因為它們的神經嵴細胞的行為方式與人類相似，而且它們的運動經常用於研究癌症擴散。此外，能夠在不造成傷害的情形下研究青蛙和魚類的胚胎髮育。通過利用光遺傳學技術，他們使用光來控制神經嵴細胞簇的行為。在鑒定出包圍著神經嵴細胞簇的可拉伸的肌動球蛋白環(actomyosin ring)以及這種肌動球蛋白環發生收縮從而導致神經嵴細胞簇移動之後，他們發現位於胚胎後面的神經嵴細胞接受激光束照射時，它們在肌動球蛋白環的作用下發生收縮，從而向面部移動。

2.Science：重大突破!揭示一種新的炎症控制機制

doi:10.1126/science.aan8423; doi:10.1126/science.aav3477

在遭受感染或組織損傷後，炎症性免疫反應攻擊這種感染並修復受損組織。然而，有時過量的炎症會產生相反的效果：在一種稱為免疫病理反應(immunopathology)的過程中，這會增加組織損傷。如今，在一項新的研究中，來自西班牙國家心血管病研究中心(Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares, CNIC)的研究人員發現了一種新的炎症控制機制，它展示了如何控制由這種炎症性免疫反應造成的組織損傷。相關研究結果發表在2018年10月19日的Science期刊上，論文標題為「DNGR-1 in dendritic cells limits tissue damage by dampening neutrophil recruitment」。論文通信作者為西班牙國家心血管病研究中心的David Sancho和Carlos del Fresno。

Sancho說，「首批到達感染或炎症部位的免疫細胞是中性粒細胞，而且這些細胞的任務是消除這個問題的根源。然而，中性粒細胞非常具有破壞性，不僅作用於傳染性病原體，而且也破壞受損組織。由我們自己的防禦系統造成的這種組織損傷稱為免疫病理反應。因此，理解我們的免疫系統如何能夠控制中性粒細胞炎症反應從而阻止它破壞我們自己的組織是很重要的。這項新的研究證實中性粒細胞浸潤到組織中是由樹突細胞控制著的。這些樹突細胞在指導T淋巴細胞的特異性反應中發揮重要作用是眾所周知的。這項新的研究表明，樹突細胞調節中性粒細胞浸潤有助於避免過度的組織損傷。」

del Fresno說，「樹突細胞通過釋放趨化因子Mip-2等因子吸引中性粒細胞進入炎性病灶(inflammatory focus)。與此同時，這些樹突細胞也表達表面受體DNGR-1。這種細胞表面分子通過識別僅在細胞遭受損傷或發生「破裂」時才能接觸到的細胞成分來檢測組織損傷。當DNGR-1檢測到受損組織時，它會降低樹突細胞產生Mip-2的能力，從而限制中性粒細胞浸潤到受損器官中。這種機制阻止可能危及生命的組織損傷擴大。」

3.Science：重磅!將人幹細胞植入到人造小鼠卵巢中產生人卵子前體細胞

doi:10.1126/science.aat1674; doi:10.1126/science.aav3479

在一項新的研究中，來自日本多家研究機構的研究人員利用人類幹細胞成功地在人工小鼠卵巢內部產生了人卵原細胞(oogonia)。相關研究結果於2018年9月20日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Generation of human oogonia from induced pluripotent stem cells in vitro」。在這篇論文中，他們描述了他們的研究和未來的計劃。

作為生殖研究的一部分，科學家們一直在努力實現利用幹細胞製造人類卵子的目標--做到這一點將讓那些不能自然產生卵子的女性以另一種方式製造它們。但是實現這一目標一直是一條艱難的道路。研究人員面臨著道德和生物挑戰。但是，儘管存在這些困難，過去的研究工作已表明，利用幹細胞製造小鼠卵子並用小鼠精子加以受精是有可能實現的。這項新研究取得的成功表明著在人類中做同樣的事情也是可能的，不過到目前為止，還沒有人能夠圓滿完成。在這項新的研究中，這些研究人員取得了一項里程碑突破：利用植入到非常類似於小鼠卵巢的人工小鼠卵巢中的人類幹細胞製造出人類卵子的前體細胞。

這些研究人員報道，他們的工作始於利用經過驗證的技術將人血細胞轉化為誘導性多能幹細胞(iPS細胞)。接下來，他們使用胚胎細胞構建出了非常類似於小鼠卵巢的人工小鼠卵巢。之後，他們將這些iPS細胞植入到人工小鼠卵巢中，讓它們孵育數月。他們報道，最終，這些ips細胞生長成處於不同生長階段的具有卵母細胞特異性特徵的物質，即人卵子的前體細胞。他們還報道，他們計劃繼續開展他們的研究，希望將他們的卵原細胞發育成卵子。他們還有計劃涉及做同樣的事情以便製造出精子。

4.Science：重磅!西安交大葉凱團隊成功破譯罌粟基因組

doi:10.1126/science.aat4096

在一項新的研究中，來自中國西安交通大學、上海海洋大學;英國約克大學、威康基金會桑格研究所;澳大利亞太陽製藥私人有限公司的研究人員破譯出罌粟(opium poppy)基因組的DNA密碼，揭示出這種植物產生用於製造重要藥物的藥用化合物的關鍵步驟。這一發現可能為科學家們提高這種藥用植物的產量和抗病性鋪平了道路，從而確保可靠和廉價地供應最有效的用於緩解疼痛和姑息治療的藥物。相關研究結果於2018年8月30日在線發表在Science期刊上，論文標題為「The opium poppy genome and morphinan production」。論文通信作者為西安交通大學青年科學家葉凱(Kai Ye)教授和約克大學的Ian A. Graham教授。論文第一作者為西安交通大學的郭立(Li Guo)副教授和楊曉飛(Xiaofei Yang)講師、約克大學的Thilo Winzer和Yi Li，以及威康基金會桑格研究所的Zemin Ning。

這些研究人員取得的突破揭示出導致咳嗽抑製劑那可丁(noscapine)以及止痛藥嗎啡(morphine)和可待因(codeine)產生的生物合成途徑的起源。

在這項新的研究中，這些研究人員獲得2.7Gb的分布在11條染色體上的罌粟基因組序列的高質量組裝。這使得他們能夠鑒定出一個較大的由15個基因組成的基因簇，這些基因編碼參與兩種不同生物合成途徑的酶，其中這兩種生物合成途徑參與了可待因和嗎啡的前體物質和那可丁的產生。

植物具有重複(或者說加倍)其基因組的能力，當這種情況發生時，重複的基因就能夠自由地進化出其他的功能。這使得植物能夠產生新的機制來製造多種化合物，用於抵禦有害微生物和食草動物的侵襲，和吸引蜜蜂等有益物種來協助授粉。

這種罌粟基因組裝配允許這些研究人員能夠鑒定出聚集在一起產生STORR基因融合的祖先基因，其中這種基因融合是導致嗎啡和可待因產生的生物合成途徑的第一個主要步驟。罌粟基因組在7800萬年前發生一次相對較新的全基因組重複事件。這種基因融合事件在這種全基因組重複事件之前發生。

5.Science：清華大學顏寧課題組解析出人電壓門控鈉離子通道Nav1.4-β1複合物的三維結構

doi:10.1126/science.aau2596

電壓門控鈉離子通道(Nav)在許多人類疾病中起著潛在重要的作用。Nav1.4是迄今為止得到科學家們大量研究的一個電壓門控鈉離子通道亞型。在一項新的研究中，我國清華大學顏寧課題組利用低溫電鏡技術解析出解析度為3.2 ?的人Nav1.4-β1複合物的三維結構。這種結構讓人們詳細了解完整的孔道結構域、4個電壓感應域、β1亞基以及四個跨膜重複區域的動力學不對稱性。通過這種結構，顏寧課題組還揭示Nav1.4的一些涉及關鍵氨基酸的致病性突變會導致一種變構抑制效應，從而導致Nav1.4快速失活。

6.Science：清華大學顏寧課題組從結構上揭示動物毒素調節電壓門控鈉離子通道機制

doi:10.1126/science.aau2596

電壓門控鈉離子通道(Nav)是神經毒素最常見的作用靶點。在一項新的研究中，我國清華大學顏寧課題組利用低溫電鏡技術分別獲得了解析度為2.8 ?、2.6 ?和3.2 ?的昆蟲Nav通道與蜘蛛毒素Dc1a結合在一起時的複合物、Nav-Dc1a-TTX和Nav-Dc1a-STX複合物的三維結構。通過分析Nav-Dc1a複合物結構，他們發現Dc1a同時結合昆蟲Nav通道的電壓感應域和孔道結構域，從而改變昆蟲Nav通道的三維構象。

7.Science：評估性別差異

doi:10.1126/science.aas9899

是什麼促成了與性別相關的偏好差異，比如冒險、耐心、利他主義、積極和消極互惠以及信任的意願? Falk和Hermle研究了76個國家的80000名參與全球偏好調查(Global Preference Survey)的人，並將這些數據與國內生產總值和性別不平等指數等國家層面的變數進行了比較。 他們觀察到，女性擁有越多的平等機會，她們的偏好與男性的差異就越大。

8.Science：安全地確保藥物合作

doi:10.1126/science.aat4807

增加合作將提高我們預測新的候選治療藥物的能力。目前，這種數據共享受到對知識產權和競爭商業利益的擔憂的限制。Hie等人使用現代加密工具引入端到端管道，實現安全的藥物合作。 因此，多個實體可以安全地組合使用它們的私有數據集，從而一起更準確地預測新藥物-靶標相互作用。 這種計算管道是實用的，在具有超過一百萬次交互的真實數據集上，通過廣域網在幾天內獲得準確度更好的結果。

9.Science：利用場效應晶體管檢測鹽溶液中的小分子

doi:10.1126/science.aao6750

能夠通過跨導(transconductance)的變化來檢測與場效應晶體管(FET)表面上的受體的分子結合。 然而，通常與生物分子一起使用的鹽溶液產生電雙層，從而掩蓋在距離表面大約1納米內發生的任何事件。 Nakatsuka等人通過結合到大的帶負電荷的DNA莖環結構上克服了這種限制，這種DNA莖環結構在配體結合後能夠導致可用FET檢測的構象變化，即便在高離子強度下也是如此。這些作者展示了對人造腦脊液中的多巴胺等帶電分子的檢測，以及對葡萄糖等中性分子和鞘氨醇-1-磷酸等兩性離子分子的檢測。

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