2012年01-02月 Nature亮点研究汇总

2012年01—2012年02月Nature亮点研究整理版

大脑对奖励的反应

Neuron-type-specific signals for reward and punishment in the ventral tegmental area

1月18日，美国物理学家组织网报道，美国科学家绘制出了迄今最完整的大脑神经相互作用以增强从学习到服药等行为的图谱，有望为科学家们治疗成瘾开辟新道路。相关研究发表在1月18日出版的《自然》杂志上。

哈佛大学分子和细胞生物学副教授瑙石哥·乌骐达领导的科研团队，在多年研究名为奖赏预测失误的脑部活动过程中得到了上述结果。此前，科学家们认为，预测失误是学习的关键组成部分，也是巴胺神经元放电以对一个意想不到的“奖赏”做出反应以增强导致这种报偿行为的产物。详情

人类蛋白与HIV蛋白之间的相互作用

Vif hijacks CBF-β to degrade APOBEC3G and promote HIV-1 infection

Nevan Krogan及其同事报告了对与HIV-1所表达的18种蛋白相互作用的人类蛋白所做的一项普遍性分析。利用亲和力标记和质谱，同时结合一种新的定量计分系统和通过“共免疫沉淀反应”进行的高水平确认，他们识别出497种HIV-人类蛋白-蛋白相互作用，从而为了解有可能在HIV 复制中发挥一定作用的宿主蛋白提供了新线索。对所发现的这些相互作用中少数几个所做的功能确认，显示了抑制HIV复制的几个新因子，其中包括EIF3d，它是被HIV蛋白酶以及DESP 和HEAT1分开的，后者与整合酶相互作用，并抑制整合。详情

与高血压相关的突变

Mutations in kelch-like 3 and cullin 3 cause hypertension and electrolyte abnormalities

对一个患有“II-型假性醛固酮减少症”（一种罕见的孟德尔综合症，以高血压为特征）的家庭所做的外显子组测序，识别出了kelch-like 3 (KLHL3) 和 cullin 3 (CUL3)中所发生的突变。这说明一个特定的“泛素连接酶”通道参与了血压和电解质体内平衡的调控。这项研究还展示了外显子组测序（全基因组测序的一种低成本替代方法）在识别与疾病相关基因中的价值。原文链接

蜘蛛丝的非线性应力反应

Nonlinear material behaviour of spider silk yields robust webs

蜘蛛丝是自然界的“超级材料”之一，其引人注目的机械性能包括高延展性和可以与钢相比的高强度。但Markus Buehler及其同事发现，使得蜘蛛丝适于构建蜘蛛网的并不仅仅是这些优点。蜘蛛丝的非线性应力反应（在低应力时是线性的，在应力增加时会突然变软，然后在断裂前又变硬）也是关键的。这种行为使得蜘蛛网在受到较小的、分散的负荷（如风所施加的负荷）时能够保持其形状。但在强局部变形过程中（如下落的碎片所造成的变形），蜘蛛丝的几何重排和非线性应力反应会综合发挥作用，来限制撞击点附近区域所受到的损坏，从而使蜘蛛网仍能发挥功能。原文链接

{nextpage}

Irisin可能有助于治疗糖尿病和肥胖症

A PGC1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis

锻炼是治疗肥胖症和II-型糖尿病的一个有效方法。过去所进行的研究工作表明，转录共活化因子PGC1- α调控锻炼在骨骼肌中的很多效应，而这项研究则表明，PGC1- α在肌肉中的表达刺激小鼠膜蛋白FNDC5的表达。FNDC5在循环系统中是作为一种以前没有被识别出的荷尔蒙分泌的，这种荷尔蒙被称为Irisin，是按希腊神话中的信使女神Iris来命名的。Irisin在进行锻炼的人类和小鼠体内水平升高，在原发白脂肪细胞中是一个生热程序的一种非常强大的活化因子，使这种细胞类型变成棕色，同时还会使UCP1的表达增加和呼吸作用增强。这些数据表明，Irisin可能是代谢疾病的一种新的治疗药物。原文链接

关于四足恐龙尾巴作用的假设得到研究结果支持

Tail-assisted pitch control in lizards，robots and dinosaurs

1969年，在第一个“迅猛龙”化石被发掘出几年之后，John Ostrom猜测，在主动的、或不规则的运动过程中，四足恐龙将它们的尾巴用作动态稳定器。一项将计算机模拟、通过视频对跳跃的飞龙科蜥蜴进行观察和制作一个有蜥蜴一样尾巴的机器人这三种方式结合在一起的研究工作，为Ostrom的假设提供了支持。该研究的结果（请看Supplementary Information中的视频）表明，利用感觉反馈的活动尾巴，能够通过将角动量从身体转移到尾巴来在空中稳定身体姿态。摇摆附肢所产生的惯性也被认为是灵长类和其他动物的一个稳定因素，所以这些新发现将有助于我们了解普遍意义上的附肢演化。它们还可能为利用尾巴进行工作的高度灵活的搜救机器人的设计工作提供生物学灵感。原文链接

父辈对植物胚胎的影响

Maternal and paternal genomes contribute equally to the transcriptome of early plant embryos

来自母方的基因产物在动物的合子基因组被激发之前控制胚胎发育。教科书上的观点是，植物中的情况基本上也是这样的，然而这似乎是与一些遗传结果及基因表达结果相矛盾的。根据对认真培育的杂交胚胎所做的转录组测序及分析，Michael Nodine 和David Bartel发现，在模型植物拟南芥中，早期胚胎形成大部分是在合子控制下的，两个父辈基因组对合子转录组的贡献基本上相等。原文链接

LeuT的X-射线晶体结构已被确定

X-ray structures of LeuT in substrate-free outward-open and apo inward-open states

中枢神经系统中的化学神经传输，通过神经传输物质从突触向周围神经细胞和胶质细胞的再摄取而被终止。化学传输物质被“神经传输物质钠共输送体” (NSSs)从突触间隙清除。现在，LeuT（NSS家族中的一种细菌同源物）的X-射线晶体结构已被在向外张开和向内张开的两种状态下确定。向外张开状态中的结构反映了基质结合何以导致细胞外门（extracellular gate）关闭。向“向内张开”形式的转换要求在该膜蛋白中有大尺度的构形变化。这些新的结构为研究“神经传输物质钠共输送体”以及通过治疗性药物和违禁药物对它们进行调控的机制建立了一个框架。原文链接

{nextpage}

单光子开关

A surface-anchored molecular four-level conductance switch based on single proton transfer

研究人员发明了一种分子设备，其中含有可能是最小的原子级开关单元，这种开关是基于单个光子的传输，可应用于分子电子器件的开发，新成果发表在1月在线出版的《自然--纳米技术》期刊上。在分子电子学中，分子被用作电路的器件，开关的制造是一个核心要求。Willi Auw？rter和同事合作，用固定在银表面上的卟啉分子制造了一个分子开关。卟啉是一种平坦的有机分，其中央空洞可吸收两个氢原子。利用隧道扫描显微镜针尖上的电子，这些氢原子能够在两种状态中转化。而且，当隧道扫描显微镜针尖将其中一个氢原子移走时，他们创建了一种四级电导开关，在这种开关中，光子在卟啉分子中央洞穴的四种不同状态间跃动。Willi Auw？rter和同事报告，卟啉分子的总尺寸不受开关活动的影响，这种分子能与其它分子或器件连结而不会影响开关性能，因此，可用于开发更复杂的电子器件。原文链接

药物抗性的演变

Evolutionary paths to antibiotic resistance under dynamically sustained drug selection

大肠杆菌在抗生素治疗过程中获得了药物抗性。研究人员对抗药性获得过程的大肠杆菌菌株进行了全基因组测序，新成果发表在1月在线出版的《自然--遗传学》期刊上。这些实验是在一种新开发的实验室微生物培养设备中进行的，可实时监测细菌种群内药物抗性的基因组演变。Roy Kishony和同事研制出一种名为“morbidostat”的设备，可在延长时间内自动进化实验。通过监测细菌生长并调整药物浓度以提供一种恒定选择压力，morbidostat提供了一种更真实的抗性演变实验室模型。利用这种morbidostat，在所选择的几个单一药物之一中，研究人员检测了大肠杆菌药物抗性的演化过程。他们测出了最初对药物敏感的大肠杆菌的全基因组序列，以及在25天的药物使用过程中所分离出这种细菌的全基因组序列。他们鉴别出赋予变异的新药物抗性，同时洞察到抗性演化过程中的变异顺序和通道。原文链接

有丝分裂分子

Natural product–inspired cascade synthesis yields modulators of centrosome integrity

2月出版的《自然—化学生物学》杂志介绍了一种能够有效合成仿天然分子的方法。利用该方法合成的分子具有控制细胞有丝分裂的作用，这有助于科学家了解细胞常规功能以及癌症的变化。受到吲哚类生物碱这种天然物结构的启发，Kamal Kumar， Herbert Waldmann和其他研究人员发明的合成方法可在“一锅法”中产生12种不同反应，其合成的高复杂多环化合物可在分子6处位置发生结构变化。研究人员将合成得到的26种分子进行测试，看是否能对细胞产生效果。结果发现，和吲哚类生物碱一样，这些分子确实对有丝分裂产生了影响。目前已知核仁磷酸蛋白与癌症发生有关，但其具体作用却仍是未知，这些分子也许能为我们了解核仁磷酸蛋白在正常细胞与染病细胞中的功能提供有价值的帮助。原文链接

{nextpage}

新工具检测蛋白质亚磺酰化

Peroxide-dependent sulfenylation of the EGFR catalytic site enhances kinase activity

亚磺酰化是一种蛋白质化学修饰。在1月在线出版的《自然--化学生物学》期刊上，研究人员报告了一种可检查细胞中单个蛋白质亚磺酰化的工具。 EGFR是一种受体酪氨酸激酶，在细胞外信号的作用下能激活生长促进通道。EGFR的不恰当地激活与多种癌症有关。这类激酶的激活依赖于一种名为磷酸化作用的蛋白质修饰。除了磷酸化修饰之外，化学修饰也能影响蛋白质活性，其中，一种名为亚磺酰化的修饰一直在挑战细胞内的监视器。Kate Carroll和同事报告了一种监测蛋白质亚磺酰化的敏感探针DYn-2。他们用这种探针显示，EGFR的亚磺酰化提高了这种激酶的活性。因为发生这种修饰的位点正好是不可逆转抑制EGFR的潜在癌症药物的靶标，新发现将在这种药物的成功开发中发挥作用，也将有助于解释使用这类抑制剂作为化学探针的实验。原文链接

学习效率最大化

Computational design of enhanced learning protocols

教育人士一直都认为，掌握好的学习方法需要培养发散性思维，而非死记硬背。2月在线发表于《自然—神经科学》的一项报告除了证明这点外，还认为“适当时机”比之前认为的要更复杂。这项研究证明，将已知分子事件计时考虑在内，设计相应的培养环境是可行的，这为未来针对改进更高等有机体的学习与记忆能力所开展的检验设计研究提供了范本。神经元中的特定酶能够增强其在学习应答中的活性，但是，这些酶各自被激活所需的时间进程却有着很大的不同。John Byrne与同事使用数学建模设计出一种学习方法能说明这些过程的精确计算，从而使得这些酶能在训练和学习过程中得到最大限度的激活。同时，他们也证明，经过特定设计的培养方式能够让一种名为加州海兔的海参的记忆力得到最大提升。原文链接

导致动脉硬化的新罪魁祸首

The neuroimmune guidance cue netrin-1 promotes atherosclerosis by inhibiting the emigration of macrophages from plaques

是什么原因让巨噬细胞积聚在动脉斑块内，从而诱发动脉硬化疾病？2月《自然—免疫学》上的一项研究给出了答案。研究人员发现，干扰巨噬细胞的迁移信号对动脉硬化的发生至关重要，或许能为治疗提供线索。Kathryn Moore和同事对患有动脉硬化症的小鼠进行研究后发现，积聚在动脉斑块内的巨噬细胞会分泌一种名为Netrin-1的分子，而这种分子通常是在人体中起着引导神经元迁移的作用。Netrin-1释放化学信号，使得巨噬细胞停止迁移并在斑块内积聚。而在通过基因手段去除Netrin-1后，研究人员发现动脉硬化症状得到缓解，斑块中积聚的巨噬细胞数量也有所减少。原文链接

（根据natureasia资料进行编辑整理）