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Nature:磁感应蛋白面临的新一轮争议!

2017/04/06 来源:BioArt
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导读
4月4日,Nature在线发布了一篇题为“Compass protein attracts heap of criticism”的新闻报道(News),文章直指磁受体蛋白相关研究目前面临的巨大争议。


能感应地球磁场的红斑蝾螈(图片来源:George Grall/NGC)

4月4日,Nature在线发布了一篇题为“Compass protein attracts heap of criticism”的新闻报道(News),文章直指磁受体蛋白相关研究目前面临的巨大争议。


2015年11月16日,北京大学生科院谢灿课题组在Nature Materials杂志在线发表论文,声称首次报道了一个全新的磁受体蛋白(MagR),当时众多媒体报道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。值得一提的是,该成果还获得2015年度“中国生命科学十大进展”。与此同时,当时还在清华大学的张生家课题组2015年9月14日在Science Bulletin(科学通报)发表论文声称利用Isca1(MagR)蛋白开发出了一种磁遗传学工具(磁场诱发神经元的相关活动)。

诚然,此后围绕磁受体蛋白或者磁遗传的引发了一次中国学术史上罕见的争论,至今尚未平息,BioArt这里不再赘述。回到Nature刚刚发布的报道,文中提及了今年3月16日,来自清华大学医学院鲁白实验室联合北京大学生科院谢灿实验室在Frontiers in Neural Circuits杂志上在线发表了一篇论文表明,磁感应蛋白MagR在HEK293T细胞、海马体神经元细胞和背根神经节细胞(DRGN)中分别表达MagR后并不能对磁场刺激产生反应,也没有钙离子信号的变化(下图),也就是说该文的结论正好与张生家课题组此前发表在Science Bulletin上的文章的结论相反。

除去这些国内的系列争端,有关磁感应蛋白在国际范围内也受到了诸多质疑,其中比较有代表性的是2016年8月16日,加州理工学院的Markus Meister在eLife杂志上发表了一篇题为“Physical limits to magnetogenetics”的文章,文章针对过去一段时间发表的几篇有关“磁遗传学”文章展开讨论(注:该文没有引用张生家此前在Science Bulletin上发表的文章),并用物理学定律对这些报道进行了质疑和探讨。该文的主要意思大致是说:谢灿组发现那个MagR蛋白复合体里面铁原子太少,不可能产生磁矩。Nature的报道里称,MagR蛋白复合体只有40个铁原子,而自然条件下发生基于铁离子的磁场反需要100万个铁原子包裹在一个小空间里(Xie had reported that the complex would contain only 40 iron atoms, but Meister argues that the smallest known naturally occurring iron-based magnet has 1 million iron atoms packed into a smaller space)。另外那几个改造离子通道的meganetogenetics tools(发表在Nature Medcine、Nature Neuroscience杂志上的成果)也不可能产生足够的力驱使蛋白构像变化。


2016年12月15日,另一篇来自奥地利分子病理研究所题为“ISCA1 and CRY4: An improbable proposition”的论文(发表在冷泉港实验室旗下的预印本bioRxiv)也对谢灿组报道的磁感应蛋白提出了质疑(下图),该预印本文章显示,此文已于一年前的2015年12月15日提交给了Nature Materials杂志。


该预印本论文主要的质疑的内容有两点。第一,谢灿研究组在2015年的论文中并没有提供证据显示ISCA1(MagR)和光受体CRY4蛋白在体内有直接相互作用(注:谢灿组的Nature Materials论文中有使用免疫组织化学实验证明了磁感应受体MagR蛋白质和光受体Cry蛋白质在鸽子视网膜存在共定位);第二,谢灿组实验中所用的CRY4蛋白的序列有误,非正确的完整序列(注:Nature Materials论文中CRY4的序列中包含497个氨基酸而预印本中显示全场应为525aa-鸽子)、529aa-鸡、527aa-斑马鱼)。


此外,印本论文主中的实验结果表明ISCA1(MagR)和CRY4在多种组织中广泛表达,并不具备组织特异性(下图),而作为磁受体来讲,一般认为这种蛋白应该具有组织特异性表达。


Isca1 (左)和 Cry4 (右)在鸽子不同组织中的表达情况

针对上述质疑,谢灿及其合作者在给Nature的回复中表示道,他们也能重复上述部分结果,然而数据就在那,或许这项研究(指Nature Materials论文)拓展了我们对现有分子磁体的认知(Collaborators of Xie say that they have been able to reproduce some of his findings, and Xie told Nature that he stands by his results. He disputes the contention that the magnetic properties of IscA1 would be too weak by saying that Cry4 might boost its effect. “The data are what they are,” he says. “This may expand our knowledge of molecular magnets.”)。此外,谢灿也向Nature表示了即便如今面临了诸多争议,但是他百分百确信自己团队的研究(“We are more and more confident — 100% sure — that we are right about this”),他所在的团队还计划在一年内发表相关文章证明ISCA1蛋白复合体在磁场下的反应。

Nature的报道中还提到,一些中国以外的科学家告诉Nature,表示他们并不能重复张生家此前的实验结果。Nature也试图通过邮件和电话联系张生家及其目前所在的单位深圳大学,但是都没有得到回复。

参考文章:

David Cyranoski.(2017).Compass protein attracts heap of criticism. Nature

Hochstoeger, T., Nimpf, S., & Keays, D. (2016). ISCA1 and CRY4: An improbable proposition. bioRxiv

Meister, M. (2016). Physical limits to magnetogenetics. Elife, 5, e17210.

Qin, S., Yin, H., Yang, C., Dou, Y., Liu, Z., Zhang, P., ... & Hao, J. (2015). A magnetic protein biocompass. Nature materials.

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