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盘点 | 生物科研界的八件大事

2015/11/25 来源:解螺旋
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导读
科学的海洋是如此的浩瀚,很多前沿研究都颠覆了人们的日常生活认知。从最近的磁感应蛋白到蛋白质组的暗物质,本文盘点了近期发表于国际顶级期刊上的八大热点研究成果。

发现磁感应蛋白,解密第六感之谜


北京大学生命科学学院的研究人员在《Nature Material》杂志发表论文,公开了一种全新的磁受体蛋白(MagR)。该突破性进展或将揭开被称为生物“第六感”的磁觉之谜,并推动整个生物磁感受能力研究领域的发展。在自然界,许多动物物种都有感知地球磁场的能力。它们能感知磁场的方向、强度或者倾斜度,并且把此类信息作为导航线索,但科研人员对这些的生物学机制并不清楚。

研究团队通过用假定的生物标准筛选果蝇基因组,发现了一种像聚合物的蛋白质——MagR。这种蛋白质会和光敏隐花色素蛋白的组成部分结合在一起,自发地和外部磁场对齐。研究人员通过生物化学和生物物理的方法发现,缺少光敏隐花色素蛋白的果蝇并不具有对磁场感应的能力。这表明光敏隐花色素蛋白是使果蝇产生磁感应能力的必要条件,然而理论上只有光敏印花色素蛋白又不能形成“指南针”的作用。因此研究人员认为是磁感应蛋白与光敏印花色素蛋白相结合才使动物对地磁场具有感知能力。

生物物理学和物理学实验证明,MagR蛋白复合物具有很明显的内禀磁矩,能通过磁场在实验室富集和纯化得到。课题组不仅从物理性质上测量了该蛋白在溶液状态下的磁性特征,还通过电镜观察到MagR蛋白质复合物能感应到微弱的地球磁场,并沿着地球磁场排列。MagR介导动物对磁场的感知有可能是构成动物迁徙和生物导航的基础。发现这样如同指南针一般的蛋白质复合体,使得磁感应蛋白在未来利用磁场调控生物过程方面拥有广阔的应用前景。

细胞也会产生“错觉”

人的大脑会产生感知偏差,从而产生错觉。现在加州大学旧金山分校的研究团队发现,单细胞的酵母也会被精心设计的错觉迷惑,并因此而死亡。研究人员发现,酵母会将特定频率的压力模式(盐浓度振荡)看成大规模持续性的压力增涨,结果做出过度反应导致自身死亡。研究成果发表在《Science》杂志上。

正常情况下,酵母细胞内的感知分子检测盐浓度变化,并指挥细胞做出相应的应答,生产一种保护性的化合物。短暂的应答之后,酵母细胞会开开心心的继续生长,仿佛没有发生过什么变化。研究人员发现,每分钟或者每32分钟开关一次盐胁迫,酵母细胞都能很好的适应环境改变。但当他们尝试8分钟的盐浓度振荡时,细胞很快就停止生长,而且开始死亡(这细胞真是二的不可思议)。这些细胞应当能够处理这种水平的渗透压,但它们却完全忍受不了那个特定的频率。

研究人员指出,其他细胞(包括人类细胞)也可能具有产生某种错觉的倾向性,可以用精心设计的错觉进行诱导。人类癌细胞应答化学生长因子的信号通路,与酵母感知压力的MAPK通路关系相当密切。研究这些细胞的感知错误有助于诱导癌细胞自杀,这种策略能够避免影响附近的健康细胞。和我们人类一样,细胞对自己习惯的天然环境模式也有偏好,因此容易出现错觉。理解这些偏好,我们就可以调整它们的行为。值得注意的是,时域对细胞来说很重要。实施任何刺激(不论是盐浓度、药物还是光照)的时间模式对最终结果有很大的影响。

遗传变异的多样性使肿瘤治疗无效


肿瘤内部异质性是癌症产生抗药性、转移性的主要原因。肿瘤发生是体细胞演化的过程,正如自然群体多样性一样,随机突变和自然选择是肿瘤内部异质性的主要进化动力。然而传统观念很可能大大低估了一个具有百万甚至上亿细胞数量的肿瘤内部的异质性和顽强性,从而无法完整系统地认识肿瘤内部遗传多样性的大小和空间分布以及肿瘤转移和抗性产生的能力。

最近,研究人员通过在一个肝癌切片上切取近300个样品和近2000倍覆盖度的基因测序和细致的数据分析,揭示了肿瘤细胞中遗传多样性水平远远大于预期。该成果发表于最近的《PANS》上。研究通过中性模型估算,一个直径约3.5厘米的肿瘤中携带了上亿个基因编码区的突变,高于以往的估算值几千倍。由于具有这么多的突变,即使经过积极的治疗,具有特异突变的肿瘤克隆能够生存下来的概率是很高的,这些细胞可以增殖形成新的耐药性肿瘤克隆。该研究是迄今为止,对肿瘤内部多样性程度最深入和彻底的分析,不但第一次刻画了肿瘤的空间克隆结构,同时通过建立肿瘤细胞群体遗传理论第一次对肿瘤的遗传异质性水平进行估算。

沙门氏菌透过肠道血管屏障进入血液引发感染

一项发表于国际著名杂志《Science》上的研究论文中,来自数个研究机构的研究人员通过联合研究阐明了鼠伤寒沙门菌诱骗小鼠肠道血管屏障(GVB)进而进入血流中的分子机制,研究者在文章中描述了鼠伤寒沙门菌如何利用独特的方式来穿越小鼠机体的肠道上皮组织和血管屏障进而引发器官感染的过程,比如感染脾脏、肝脏和胆囊等。

研究人员分析研究了上皮细胞层和血管屏障层的差异和相似之处,当两个保护层的行为非常相似时,肠道屏障就会允许比穿越血脑屏障8倍大的颗粒顺利通过。研究过程中研究者发现了一种特殊信号,该信号可以允许或阻断物质通过保护层,而这种信号同时也可以允许沙门氏菌顺利通过肠道屏障进入到血液中,而沙门氏菌通常是通过促进β-连环蛋白信号水平的降低来实现这一过程。

发现控制端粒长度的关键酶


自从发现端粒酶以来,鉴别延长或缩短这一染色体末端保护帽的其他生物分子的研究工作一直在缓慢地进行着。现在,来自约翰霍普金斯大学的研究人员发现了另一种对于维持端粒长度至关重要的关键酶。研究人员表示,他们采用的发现该酶的新方法应该会加速发现其他决定端粒长度的蛋白和过程。研究结果发布在《Cell Reports》杂志上。

延长端粒必需的蛋白具有广泛的健康影响,因为缩短的端粒与衰老以及肺脏和骨髓疾病等各种疾病都有关联,而过长的端粒则与癌症有关。研究小组检测了一种酶——ATM激酶。实验室培养的小鼠细胞中阻断了这种酶,发现它确实延长了端粒。

揭示记忆形成的关键机制

Scripps研究所(TSRI)的科学家们发现,一对大脑蛋白的互作是记忆形成的关键,这项研究发表在《Cell》上。多巴胺是一种重要的神经递质,涉及学习和记忆、奖赏激励行为、运动控制等多种大脑功能。而ghrelin 被称为“饥饿激素”,与食欲调节以及能量的分配和使用有关。

在动物模型中发现,当这两种受体相互作用的时候,ghrelin受体会改变多巴胺受体的结构,进而影响其信号传导通路。ghrelin-多巴胺受体复合物的生物活性,生成了突触可塑性。突触可塑性是指大脑突触生长和扩张的能力,是形成长期记忆的基础。在动物模型中ghrelin能抑制与帕金森病和中风有关的神经元损失,它也许可以用来治疗失忆。

人类外显子最大数据库公布


近期一组国际研究人员汇总了来自60,706个个体的完整外显子序列,并在这些志愿者的同意下,通过外显子集成联合(Exome Aggregation consortium ,ExAC)共享这些序列信息。这项研究由来自Broad研究院的Daniel MacArthur领导完成,其研究组收集了世界各地实验室中的外显子数据。除此之外,这一研究组也发现了3,230个高度保守的外显子基因,这些基因参与了关键细胞功能,其中有2,557个与疾病无关。

蛋白质组的暗物质

科学家一直都在推测蛋白质暗物质的性质,即蛋白质中完全未知的领域,但最近澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)开展的一项研究,定位了这些暗物质区域的界限,使得我们更进一步发现所有蛋白质的完整结构和功能。这项研究成果发表在最近的《PNAS》杂志。

随着三维蛋白质结构知识的不断扩大,我们可以识别每一种蛋白质内的某些区域,这些区域的结构不同于已经被实验确定过的任何蛋白区域,即“蛋白质组暗物质”。这项工作将有助于未来揭示剩余蛋白质组暗物质的研究,从而揭示目前尚不清楚的生命分子过程。它还可以深入阐释蛋白质为基础的疾病,如癌症、2型糖尿病和许多神经退行性疾病,如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。

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