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本帖最后由 邓文龙 于 2018-6-1 10:47 编辑
2018年5月Cell期刊不得不看的亮点研究
胚胎凋亡缺陷
2018-05-31 23:23
2018年5月31日/生物谷BIOON/---2018年5月份即将结束了,5月份Cell期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。
1.Cell:重磅!很多器官和组织正常发育根本不需细胞凋亡
doi:10.1016/j.cell.2018.04.036
在一项新的研究中,澳大利亚研究人员证实尽管细胞凋亡整体而言对健康发育是至关重要的,但是很多器官和组织并不需要细胞凋亡来正常发育。很明显,细胞凋亡在发育期间并不像之前认为的那样重要。这一发现可能重写我们对凋亡在胚胎发育和先天性出生缺陷中发挥作用的理解。这项还提示着细胞死亡过程发生异常可能导致一些常见的人类出生缺陷,如脊柱裂、心脏血管缺损和腭裂。相关研究结果发表在2018年5月17日的Cell期刊上,论文标题为“Embryogenesis and Adult Life in the Absence of Intrinsic Apoptosis Effectors BAX, BAK, and BOK”。论文通信作者为来自澳大利亚沃尔特与伊丽莎-霍尔医学研究所(Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research)的Francine F.S. Ke、Anne K. Voss和Andreas Strasser。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.04.036。
这些研究人员发现细胞凋亡在发育期间的特定时间和地点是必不可少的,但是在发育期间的其他时间和地点并不是必要的。他们鉴定出特别需要细胞凋亡才能正常发育的组织和器官,而且令人吃惊的是,他们还鉴定出很多组织和器官在发育期间根本并不需要细胞凋亡。 为了确定细胞凋亡在发育中的作用,这些研究人员剔除了促凋亡蛋白BAK、BAX和一种类似的蛋白BOK,其中蛋白BOK的功能至今仍是未知的。他们证实蛋白BOK也是一种促凋亡蛋白。
2.Cell:震惊!肠道细菌在生酮饮食的抗癫痫作用中起着关键作用
doi:10.1016/j.cell.2018.04.027
在一项新的研究中,来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员鉴定出在高脂肪低碳水化合物生酮饮食(high-fat, low-carbohydrate ketogenic diet)的抗癫痫作用中起着重要作用的特定肠道细菌。这项研究是首次建立癫痫易感性和肠道菌群---人体肠道中存在着的100万亿个左右的细菌和其他微生物---之间的因果关系。相关研究结果于2018年5月24日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“The Gut Microbiota Mediates the Anti-Seizure Effects of the Ketogenic Diet”。论文通信作者为加州大学洛杉矶分校综合生物学与生理学助理教授Elaine Hsiao博士。
Hsiao说,这种生酮饮食具有许多健康益处,包括对抗癫痫药物不作出反应的癫痫患儿遭受更少的癫痫发作。然而,人们对这种饮食如何帮助癫痫患儿一直没有给出明确的解释。在这项将小鼠作为更全面理解癫痫的动物模型的研究中,这些研究人员发现这种饮食在不到四天的时间内就会大幅改变肠道菌群,而且吃这种饮食的小鼠的癫痫发作显著减少。
为了测试肠道菌群对阻止癫痫发作是否是重要的,这些研究人员分析了生酮饮食对两种小鼠的影响:那些在无菌实验室环境中作为无菌饲养的小鼠,以及那些用抗生素治疗来杀灭肠道微生物的小鼠。论文第一作者、Hsiao实验室研究生Christine Olson 说,“在这两种小鼠下,我们发现生酮饮食不再有效地阻止癫痫发作。 这表明肠道菌群对这种饮食有效地减少癫痫发作是必需的。”
接着他们鉴定出两种类型的细菌---Akkermansia muciniphila和Parabacteroides,这种生酮饮食会增加它们的水平,而且它们在提供这种保护中发挥着关键作用。
有了这些新知识,这些研究人员研究了给予这两种细菌的无菌小鼠。Olson说,“我们发现如果我们能够一起给予这两种特定的细菌,那么我们就能够恢复生酮饮食对这种这些小鼠的保护作用。如果我们进给予这两种细菌中的一种,那么它们就不会阻止癫痫发作。这表明这两种不同的细菌当它们都存在时发挥一种独特的功能。”
这些研究人员测量了肠道、血液和海马体---一个在扩散癫痫中起着重要作用的大脑区域---中的数百种生化物质的水平。他们发现,这些在肠道菌群中的水平可通过生酮饮食加以提高的细菌会以影响海马体中的神经递质的方式改变肠道和血液中的生化物质水平。
这些细菌是如何做到这一点的?论文共同作者、Hsiao实验室博士后学者Helen Vuong 说,“这些细菌增加大脑中的γ-氨基丁酸(GABA)---一种沉默神经元的神经递质---相对于大脑中的谷氨酸---一种激活神经元使之放电的神经递质---的水平。”
3.Cell:适度照射太阳光让你更聪明?我国科学家发现很可能如此
doi:10.1016/j.cell.2018.04.014
太阳紫外线(UV)照射是皮肤癌的主要原因,但它也提供了一些健康益处,比如促进必需维生素D的产生和改善情绪。如今,一项新的研究报道紫外线还有一些意想不到的好处:增强学习和记忆功能。相关研究结果于2017年5月17日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain”。
在这项新的研究中,来自中国科学技术大学、中国科学院昆明动物研究所和中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的研究人员发现在小鼠中,紫外线照射可激活一种增加大脑化学物谷氨酸产生的分子通路,提高它们的学习和记忆能力。
领导这项研究的中国科学技术大学生命科学学院教授熊伟(Wei Xiong)博士及其团队让剃光毛发的小鼠接受低剂量紫外线B(UVB)---导致人体晒伤的短波紫外线---照射2小时,然后对这些小鼠的单个脑细胞进行质谱分析。果然,接受紫外线照射的小鼠神经元中的尿刊酸水平增加,但是对照小鼠神经元中的尿刊酸水平则没有增加。
尿刊酸能够吸收紫外线,也因此可能保护皮肤免受太阳的有害影响。不过在肝脏和其他外周组织中,已知尿刊酸是一种在将组氨酸转化为谷氨酸的代谢途径中产生的中间分子。考虑到谷氨酸在大脑中起着一种兴奋性神经递质的作用,熊教授和他的同事们想要测试一下这种在神经元中观察到的紫外线依赖性尿刊酸增加是否可能与增加的谷氨酸产生存在关联。它确实如此。
接下来,熊教授和他的同事们证实在从接受紫外线照射的小鼠体内获取的大脑切片中,紫外线增加谷氨酸胺能神经元之间的电传递,但是对对照小鼠而言,这种情形没有发生。当这些研究人员抑制将尿刊酸转化为谷氨酸的尿刊酸酶(urocanase)活性时,这种紫外线诱导的效应被阻止,这就表明尿刊酸确实是紫外线诱导的谷氨酸能活性增加的调节物。
最后,熊教授和他的同事们证实相比于未接受紫外线照射的小鼠,接受紫外线照射的小鼠在运动学习和识别记忆任务方面表现得更好。如前所述,利用尿刊酸酶抑制剂处理这些接受紫外线照射的小鼠会阻止紫外线引起的学习和记忆能力改善。将尿刊酸直接注射到未接受紫外线照射的小鼠体内也会类似地促进在那些接受紫外线照射的小鼠中观察到的学习和记忆能够改善。
4.Cell:发现HIV如何两面下注,有望开发出新的疗法
doi:10.1016/j.cell.2018.04.005
当HIV病毒感染细胞时,它需要作出一个决定:它是处于活跃状态并开始增殖,还是处于不活跃状态,潜伏在细胞中。
HIV从保持活跃状态和休眠状态(或者说潜伏状态)中受益。这种活跃状态允许这种病毒扩散并感染更多细胞,而这种潜伏状态能够允许这种病毒通过长时间潜伏存活下来。尽管处于活跃状态的HIV病毒能够被抗病毒药物杀死,但是处于潜伏状态的HIV病毒等待时机,并在患者停止服用药物时快速地被重新激活。鉴于这种潜伏的病毒无法通过目前的疗法加以治疗,因此它代表着治愈HIV感染的一个主要障碍。
为了表达基因,HIV使用了一种被称作选择性剪接的机制,这种机制允许这种病毒切割它的基因组片段,并以不同的组合组装它们。通过观察单个细胞随着时间的推移发生的变化,这些研究人员发现HIV劫持一种奇特的剪接方式来调节随机的噪音。这种对噪音的调节决定着这种病毒是否稳定地保持活跃或潜伏。
图片来自CC0 Public Domain。
在一项新的研究中,Weinberger团队通过将数学建模、成像和遗传学方法相组合,证实这种类型的选择性剪接发生在转录后。在转录期间,DNA中的遗传信息被复制到被称作RNA的分子中。在此之前,科学家们认为剪接与转录同时发生。这项新的研究代表着转录后剪接(post-transcriptional splicing)的首个功能。相关研究结果于2018年5月10日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“A Post-Transcriptional Feedback Mechanism for Noise Suppression and Fate Stabilization”。
这项研究证实HIV有目的地保存一种非常低效的过程,而且通过校正它,科学家们可能显著地破坏这种病毒。这些发现可能揭示出用于开发新的HIV治愈策略的之前未被探究的靶标。
5.Cell:揭示玉米破坏孟德尔定律之谜
doi:10.1016/j.cell.2018.03.009
正如19世纪奥地利植物学家格雷戈尔-孟德尔(Gregor Mendel)首次描述的那样,现代遗传学的基础是基因以一种可预测的方式传递给后代。他确定了基因是成对存在的,一对基因中的每一个都有相同的机会传递给下一代,这就是著名的孟德尔定律。但是,在极少数情况下,细胞中的染色体能够欺骗这个过程并以较高的频率传递给下一代。
可能令人吃惊的是,许多“传家宝”玉米品种就含有这样的行骗者。一条被称为异常染色体10(Abnormal chromosome 10, Ab10)的染色体在减数分裂过程中欺骗花朵中的雌性器官,这就使得它在大约75%的时间里而不是正常的50%的时间里传递到下一代。
如今,在一项新的研究中,美国佐治亚大学遗传学教授Kelly Dawe及其团队发现Ab10含有一组编码特定马达蛋白(motor protein)的基因。这些马达蛋白结合到染色体上并主动地将它们拉到生殖卵细胞中。这些马达蛋白仅在Ab10表面上发现到,它们使得Ab10染色体能够绕过孟德尔定律并被传递给50%以上的后代。相关研究结果发表在Cell期刊上,论文标题为“A kinesin-14 motor activates neocentromeres to promote meiotic drive in maize”。
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