【盘点】Nature近期研究亮点汇总

Nature期刊2015年10月23日 ～ 2015年11月22日亮点研究汇总如下。

1. 记忆提取的定向控制

最近，人们已经开始研究海马体中的神经元集群，是怎样编码和再激活记忆了，但对该皮层中假设存在的“top-down”输入信号可能会怎样影响记忆过程相对来说了解很少。在这项研究中，Karl Deisseroth及同事用新的工具和策略来识别，来自海马体的前扣带回(前额皮层的一部分)的一种稀疏神经元投射。当被激活时，这些投射能引发小鼠的记忆提取。

原文来自：Projections from neocortex mediate top-down control of memory retrieval

doi: 10.1038/nature15389

2. 中国的早期智人

来自中国南方道县福岩洞的47枚具有现代人解剖特征的牙齿化石显示，从解剖上来说的现代人至少在距今8万年前、最早可能在距今12万年前就在该地区出现了，也就是说比黎凡特和欧洲的现代人早3万-7万年。这些人在相貌上比中国北方和中部的“人族”要现代得多。该发现进一步增加了人类历史的复杂性，也表明有待发现的东西还很多。

原文来自：The earliest unequivocally modern humans in southern China

doi: 10.1038/nature15696

3. 抗生素新药Ribocil的结构

2015年10月29日那一期的Nature封面，展示的是与一个细菌核糖开关的RNA适配体结合在一起的小分子Ribocil的结晶结构。背景图像突显了，该核糖开关适配体在Ribocil结合时所观察到的“蝴蝶折”构形。人们都知道迫切需要新型抗生素。现在，默克公司的Terry Roemer及同事，描述了针对一个细菌核糖开关的新型合成抗生素。核糖开关是非编码RNA片段，其结构受某一个配体的影响，该配体通常与被含核糖开关的基因编码的蛋白的功能相关。这种新药(即Ribocil)阻断核黄素生物合成所需的ribB基因的表达。该基因由“黄素单核苷酸核糖开关”介导。Ribocil 抑制细菌细胞生长，在一个小鼠模型中能有效治疗细菌感染。封面图片: Sharn M. O’Brien

原文来自：Selective small-molecule inhibition of an RNA structural element

doi: 10.1038/nature15542

4. Gasdermin-D在先天免疫中所起作用

在本期Nature上发表论文的两个小组发现，Gasdermin D (人类和小鼠中保守的、但功能未知的Gsdmd基因的产物)是炎性半胱天冬酶的一个基质。Feng Shao及同事通过全基因组CRISPR–Cas9筛选识别出Gasdermin D是炎性半胱天冬酶的一个基质。半胱天冬酶-1和半胱天冬酶-4/5/11，专门断开氨基末端Gasdermin-N域与羧基末端 Gasdermin-C域之间的连接。Vishva Dixit 及同事，通过ENU诱变筛选识别出了，Gasdermin D是非标准炎性体通道中介导“细胞焦亡”的半胱天冬酶-11所需的基质。缺失Gasdermin D的小鼠，面对致命剂量的脂多糖会受到保护。两个小组都发现，断开的N-端域足以触发“细胞焦亡”(一种形式的程序性细胞死亡)。

原文来自：Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death

doi: 10.1038/nature15514

5. 细菌膜内复杂的通信方式

Gürol Suel及同事发现，细菌生物膜(没有已知功能)中，离子通道通过钾离子的传播，来在生物膜群落内传导长程电信号。一种枯草杆菌生物膜内空间分离的细胞之间的代谢协调，被发现依赖于离子通道活性。代谢限制触发YugO钾通道(该通道也在这个生物膜内传播细胞外钾信号)的激活，产生一个去极化波，后者协调这个生物膜内部和周围的细胞之间的代谢状态。本文作者利用一个简单的数学模型显示，YugO通道的门控足以促进远距离细胞之间的高效电通信。

原文来自：Ion channels enable electrical communication in bacterial communities

doi: 10.1038/nature15709

6. 基因控制中的相位调制

很多基因调控蛋白都被发现是以脉冲形式被激活的，但细胞是否会将脉冲的相对时序用于不同转录因子此前一直没有被研究过。现在，Michael Elowitz及同事利用单细胞视频显示，酵母细胞通过调制脉冲转录因子Msn2和Mig1 (二者分别为一个基因活化剂和一个基因抑制剂)之间的相对时序，来响应于多样化的环境条件控制目标基因的表达。他们还显示，酵母细胞通过主动调制重叠的Msn2和Mig1脉冲所占比例，来对各种不同浓度的葡萄糖做出反应，并相应调控目标基因表达。

原文来自：Combinatorial gene regulation by modulation of relative pulse timing

doi: 10.1038/nature15710

7. 酵母乙酰-CoA羧化酶的结构

依赖于生物素(Biotin)的羧化酶在代谢中起核心作用，并且是糖尿病、癌症和微生物感染的潜在药物作用目标，但此前几乎没有关于这一家族中最重要、被研究最广泛的酶——“乙酰-CoA羧化酶”(ACC)的结构信息。Jia Wei 和Liang Tong获得了来自酿酒酵母的ACC的全长度的、500kDa的全酶二聚物的X-射线晶体结构。该结构显示，与其他依赖于生物素的羧化酶很不相同，因为它有一个大的中央区域，该区域没有与其他蛋白同源的序列。该区域在单聚和二聚状态间有巨大的构形变化，这些差别为天然产物 “Soraphen A”和磷酸化对ACC的抑制提供了一个分子层面的解释。

原文来自：Crystal structure of the 500-kDa yeast acetyl-CoA carboxylase holoenzyme dimer

doi: 10.1038/nature15375

8. Yap在组织再生中所起作用

Hippo 通道(在发育过程中影响细胞命运的决定和组织生长)，被发现是成年个体组织再生的一个重要调控因子。小肠上皮的经常性自我更新，是由小肠干细胞中的Wnt信号通道控制的，但小肠受伤后怎样再生却一直不清楚。Jeffrey Wrana及同事发现，第二个信号通道Hippo，是小肠上皮在接受电离辐射后的恢复所需的。Hippo的构成成分Yap会阻滞小肠干细胞向Paneth细胞的分化，以通过第三个通道Egfr的激发，来促进一个“存活和自我更新再生程序”。这一由Yap驱动的再生通道还被发现参与肿瘤发生。

原文来自：Yap-dependent reprogramming of Lgr5+ stem cells drives intestinal regeneration and cancer

doi: 10.1038/nature15382

9. 黑色素瘤细胞能有效抵御活性氧化应激压力

活性氧和抗氧化分子在促进或抑制肿瘤发展中扮演的角色一直存在争议。在这个问题上，美国德州西南医学中心的科学家们认为，黑色素瘤细胞如果能够细胞应激压力，即能够解决活性氧化物的问题，那么这些细胞就能高效地在血液循环系统中移动，并导致癌症的扩散。作者们还表明，抑制这些小鼠中处理活性氧化物的代谢途径，可以有效地减弱了黑色素瘤细胞的转移。黑色素癌细胞却通过增加NADPH代谢，加强叶酸代谢途径，可以有效抵御活性氧化物带来的应激压力，从而更好地转运。

原文来自：Oxidative stress inhibits distant metastasis by human melanoma cells

doi:10.1038/nature15726

10. 发现机体造血新工厂

来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发现了在需要更多血细胞的紧急情况下机体应答的重要机制。相关研究结果发表在国际学术期刊Nature上。研究人员报告称当组织受到损伤而失血过多或在怀孕情况下脾脏内的紧急造血系统就会激活。在紧急情况下，肾脏内的内皮细胞和血管周围间质细胞会受到诱导发生增殖，以维持迁入脾脏的造血干细胞的活性，研究人员表示，脾脏内发生的这一过程对于应答造血应急状况具有非常重要的作用，如果没有上述过程，小鼠就不能在怀孕阶段维持正常的血细胞数目，也无法在失血或化疗之后快速再生血细胞。在这项研究中，研究人员利用小鼠模型对脾脏内血细胞形成所需的微环境进行了研究，他们检测了两个已知的微环境因子--干细胞因子(SCF)和CXCL12的表达情况。研究人员发现脾脏内的造血微环境靠近血管，并且这种微环境是由内皮细胞和血管周围间质细胞创造的，就如同骨髓内的造血微环境。

原文来自：A perisinusoidal niche for extramedullary haematopoiesis in the spleen

doi:10.1038/nature15530

11. 肿瘤也有互联网

星形细胞瘤是一种难以治疗的脑瘤，因为这种疾病对标准化疗法并没有反应，这类癌症产生耐药性的原因就是肿瘤在患者大脑中已经形成了一种交流的网络。截至目前研究人员并不清楚相比其它脑瘤而言，星形细胞瘤为何对疗法的反应如此之差，本文研究中，研究者同海德堡大学的科学家进行合作，鉴别出了一个关键的突破口，或可帮助开发出治疗星形细胞瘤的有效疗法。研究者Matthias Preusser教授指出，星形细胞瘤可以形成互相连接的通信网络，为了完成此目标，肿瘤细胞会通过其细胞膜形成较长的通道，即所谓的肿瘤微导管，因此肿瘤微导管就会将多个肿瘤细胞进行连接。