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          首頁 ? 干細胞&iPS ? 2019年7月26日Science期刊精華

          2019年7月26日Science期刊精華

          來源:本站原創 2019-07-30 23:30

          2019年7月30日訊/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2019年7月26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:我國科學家揭示人類早期胚胎發育中的組蛋白修飾重編程
          doi:10.1126/science.aaw5118


          組蛋白修飾調節基因表達和發育。在一項新的研究中,為了解決在人類早期發育中組蛋白修飾如何發生重編程,中國清華大學生命科學學院的頡偉(Wei Xie)課題組、鄭州大學第一附屬醫院 的孫瑩璞(Ying-Pu Sun)課題組和徐家偉(Jiawei Xu)課題組研究了人卵母細胞和早期胚胎中的關鍵組蛋白標記。相關研究結果于2019年7月4日在線發表在Science期刊上,論文標題 為“Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition”。

          在小鼠卵母細胞中,H3K4me3與H3K27me3都表現出與體細胞不同的非經典分布規律。與小鼠中不同的是,允許性標記H3K4me3在人卵母細胞的啟動子中主要表現出經典的分布模式。在受精后, 合子基因組激活(zygotic genome activation, ZGA)前的胚胎在富含CpG的調節區域中獲得可訪問性的染色質和廣泛的H3K4me3。相比之下,抑制性標記H3K27me3經歷全局性消除。隨后,一 旦合子基因組激活,富含CpG的調節區域轉變為活性或抑制狀態,隨后在發育基因上恢復H3K27me3。

          最后,通過結合染色質和轉錄組圖譜,這些研究人員揭示出早期譜系特化期間的轉錄程序和不對稱的H3K27me3分布模式。

          2.Science:靶向神經酰胺雙鍵可改善胰島素抵抗和脂肪肝
          doi:10.1126/science.aav3722; doi:10.1126/science.aax6594


          胰島素抵抗和脂肪肝是糖尿病和心臟病的主要危險因素。在一項新的研究中,來自美國、巴西、澳大利亞和文萊的研究人員發現一種小的化學變化---改變兩個氫原子的位置---使得健康的小鼠和具有胰島素抵抗性和脂肪肝的小鼠之間存在差異。進行這種改變可以阻止攝入高脂肪飲食的小鼠出現這些癥狀,并且逆轉肥胖小鼠中的前驅糖尿病(prediabetes)。相關研究結果于2019年7月4日在線發表在Science期刊上,論文標題為“Targeting a ceramide double bond improves insulin resistance and hepatic steatosis”。

          這些研究人員通過讓一種稱為二氫神經酰胺去飽和酶1(dihydroceramide desaturase 1, DES1)的酶失活來改變代謝疾病的軌跡。這樣做可阻止這種酶從稱為神經酰胺的脂肪脂質中移除兩個氫原子,因而具有降低體內神經酰胺總量的作用。DES1的作用是通常將一個保守的雙鍵插入到神經酰胺和其他主要鞘脂類的主鏈中。

          這一發現突出了神經酰胺在代謝健康中的作用,并指出DES1是一種“可被藥物靶向的”靶標,可能能夠用于開發治療前驅糖尿病糖尿病和心臟病等代謝紊亂的新方法。

          3.Science:基因編輯大牛張鋒開發出RESCUE技術,可擴大RNA編輯能力
          doi:10.1126/science.aax7063


          基于CRISPR的工具徹底改變了我們靶向與疾病相關的基因突變的能力。CRISPR技術包括一系列不斷增長的能夠操縱基因及其表達的工具,包括利用酶Cas9和Cas12靶向DNA,利用酶Cas13靶向RNA。這一系列工具提供了處理突變的不同策略。鑒于RNA壽命相對較短,靶向RNA中與疾病相關的突變可避免基因組發生永久性變化。此外,使用CRISPR/Cas9介導的編輯難以對諸如神經元之類的某些細胞類型進行編輯,因而需要開發新策略來治療影響大腦的破壞性疾病。

          在一項新的研究中,美國麻省理工學院麥戈文腦科學硏究所研究員、布羅德研究所核心成員張鋒(Feng Zhang)及其團隊如今開發出一種稱為RESCUE(RNA Editing for Specific C to U Exchange, C→U交換特異性的RNA編輯)的策略。相關研究結果于2019年7月11日在線發表在Science期刊上,論文標題為“A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing”。

          RESCUE顯著地擴展了CRISPR工具能夠靶向的范圍,包括蛋白中可修飾的位點,比如磷酸化位點。這些位點充當蛋白活性的開啟/關閉開關,而且主要存在于信號分子和癌癥相關通路中。

          4.Science:基因HIS1賦予水稻對β-三酮類除草劑的廣譜抗性
          doi:10.1126/science.aax0379


          一種有用的除草劑應當殺死雜草,但不會殺死感興趣的作物。對于許多稻田來說,除草劑雙環磺草酮(benzobicyclon, BBC)就起到了這個作用。BBC是一種抑制4-羥基苯丙酮酸雙加氧酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase, HPPD)的β-三酮類除草劑。但是一些水稻品種對BBC敏感,這就降低了它在雜草控制中的價值。不過,水稻品種的遺傳變異為它的進一步改良提供了資源。

          在一項新的研究中,日本研究人員發現了控制水稻是否對BBC產生反應性的遺傳原因。他們鑒定出一種稱為HIS1(HPPD INHIBITOR SENSITIVE 1)的水稻基因賦予了水稻對BBC和其他β-三酮類除草劑的抗性。相關研究結果發表在2019年7月26日的Science期刊上,論文標題為“A rice gene that confers broad-spectrum resistance to β-triketone herbicides”。

          這些研究人員證實HIS1編碼一種Fe(II)/2-氧戊二酸依賴性加氧酶,這種加氧酶通過催化β-三酮類除草劑發生羥基化反應來讓它們失去毒性。系譜分析揭示出BBC敏感性的水稻變種遺傳了來自秈稻品種的發生突變的his1等位基因,這種基因突變使得HIS1編碼的加氧酶失去功能。擬南芥中的HIS1強制表達不僅賦予BBC抗性,還賦予對另外四種β-三酮類除草劑的抗性。 因此,HIS1可能能夠用于培育抗除草劑作物。

          5.打破教科書!Science發文揭示細胞核中核仁的新功能!
          doi:10.1126/science.aaw9157


          核仁是細胞核中一個眾所周知的結構,在光鏡下很容易看到。這種核結構被認為是核糖體產生的地方。一項新的研究表明,核仁也是蛋白質質量控制的一個部位。當細胞受到壓力時,蛋白質 容易發生錯誤折疊和聚集。為了防止蛋白質聚集,一些蛋白質被暫時儲存在核內。慕尼黑大學實驗物理學教授、馬克斯·普朗克生物(MPI)化學研究所分子成像和生物納米技術小組的負責人 Ralf Jungmann與來自MPI生物化學研究所的Ulrich Hartl和Mark Hipp合作發現這種細胞器中發現的特殊生物物理條件有助于防止有害的蛋白質聚集,相關研究成果于近日發表在《Science》 雜志上。

          該研究的通訊作者、F.-Ulrich Hartl所在系成員Mark Hipp評論說:"多年來,我們一直在使用熒光素酶作為蛋白質模型,以研究蛋白質折疊的機制。"通過將這種酶與熒光蛋白融合,科學家 可以在顯微鏡下追蹤它,觀察蛋白質是否正確折疊或折疊錯誤,并形成聚合。"我們能夠證明,將細胞加熱到43°C,使細胞受到壓力,會導致錯誤折疊的熒光素酶蛋白和伴侶蛋白進入核仁。"

          為了闡明這一過程的機制細節,研究人員與ralf jungmann和jurgen cox領導的小組進行了合作。jungmann已經開發了許多高分辨率熒光技術,而cox也在MPI生物化學研究所工作,他貢獻了新 穎的生物信息分析方法。他們一起證明錯誤折疊的熒光素酶蛋白在核仁內的表現不同于在細胞的其他部分。該研究的第一作者frederic Frottin解釋說:"在核仁中,錯誤折疊的蛋白質保持在 類似液體的狀態,而不是聚集狀態。這可能是由于細胞器內普遍存在的特定的生物物理條件。"

          通常傾向于聚集的蛋白質在受壓時以一種不那么危險的形式儲存起來,保護細胞免受損傷。一旦細胞有了恢復的時間,這些蛋白質就可以被重新折疊并從核仁中釋放出來。此時,細胞有能力 激活進一步的機制,使蛋白質得以修復或降解。研究人員還證明,如果細胞壓力持續時間過長,這種保護機制就會失效。"這是一種維護細胞完整性的新機制," Mark Hipp說。保持這種完整 性對于抑制疾病的發展和延緩衰老過程至關重要。

          6.Science:在單細胞分辨率下建立水螅干細胞分化軌跡
          doi:10.1126/science.aav9314; doi:10.1126/science.aay3660


          水螅(Hydra)通過使用三種干細胞群體持續地更新它體內的所有細胞。水螅的這一特征允許Siebert等人通過對成年水螅進行單細胞RNA測序,鑒定出干細胞、祖細胞和終末分化細胞的轉錄特征。根據這些數據,他們為所有細胞譜系建立了分化軌跡,確定了沿著這些軌跡表達的基因模塊,并在這些基因模塊中鑒定出基因的推定調節因子。此外,他們確定了難以捉摸的細胞群體(如多能干細胞和生殖系干細胞)的候選標志物,并構建出神經系統的分子圖譜。

          7.Science:揭示T細胞通過調節腸道菌群阻止變胖
          doi:10.1126/science.aat9351; doi:10.1126/science.aay2057


          腸道菌群是調節哺乳動物代謝的關鍵因素。宿主免疫系統能夠部分地通過免疫球蛋白A(IgA)抗體塑造腸道微生物組。Petersen等人報道輔助性濾泡T細胞發育和IgA產生存在缺陷的小鼠隨著年齡的增長表現出代謝綜合征的特征。與對照小鼠相比,這些小鼠體重增加,積累更多脂肪,具有更強的胰島素抵抗性。這些小鼠中的IgA不適當地靶向梭菌屬(Clostridia)物種,并允許脫硫弧菌(Desulfovibrio)的生長。通過調節CD36表達,梭菌抑制宿主脂質吸收和脫硫弧菌增強宿主脂質吸收。更好地了解調節脂質吸收的微生物產物可能為未來的肥胖和代謝疾病療法打開大門。

          8.Science:隱性等位基因促進新的適應性產生
          doi:10.1126/science.aax1837; doi:10.1126/science.aay2727


          蛋白功能通常受限于能夠抑制進化潛力的選擇性參數。因此很難確定新奇事物是如何產生的。 Zheng等人允許細菌群體積累突變,然后使用定向進化讓一個表達黃色熒光蛋白的基因進化綠色熒光蛋白功能。在細菌群體存在隱性等位基因(cryptic allele)---選擇性中性或輕度有害的基因變異,且沒有明顯的表型差異---的情形下,蛋白替代物就會進化出。因此,隱性等位基因在多樣性和選擇之間提供了進化橋梁,并且促進新的適應性產生。(生物谷 Bioon.com)

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