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看过来~,4 月Nature 杂志亮点研究

Date:2016-06-19 09:37 Author:百翌博 Hit:

虾米菌:不知不觉当中四月就这样在匆匆的忙碌之中快要结束啦,就要在五一小假期的第一 天过完了四月的尾巴,可是,虾米菌并没有如愿的睡上懒觉,因为,因为,还有实验!!实 验狗的悲哀,不说了,老规矩,来随虾米菌一起来看看本月Nature 杂志中值得一读的亮点 研究,还有各位亲爱的小伙伴们,enjoy your holidays!
 
1 生男还是生女?古老病毒来决定
 
来自耶鲁大学的科学家发表了一项突破性的研究成果,他们发现人类及其他哺乳动物的性别 早在150 万年前就由“嵌入”哺乳动物基因组中的关键病毒的一种简单修饰所确定了。研究 者Andrew Xiao 指出,从根本上来说,这些病毒可以促使哺乳动物的基因组不断进化,但同 时其却带来了一定的不确定性,除了胚胎之外,科学家们发现这些病毒活跃的场所就是人类 机体的肿瘤和神经元了。
 
文章中,研究者揭示了早期胚胎在X 染色体上关闭病毒活性的新型机制,而这最终将可以帮 助确定有机体的性别,如果分子标志物的水平处于正常情况,X 染色体就会持续保持活性, 而雄性和雌性也将以等比率来出生,而如果分子标志物过度激活的话,那么X 染色体将会沉 默,最终引发雄性的出生比率是雌性的2 倍。
 
同时研究者还阐明了如何促进这些病毒失活,他们在哺乳动物中发现的修饰作用仅仅是表观 遗传学工具箱的一种“扩张”而已,在机体发育期间表观遗传修饰可以调节基因表达,但其 实际上并不会改变基因的序列;比如说将一个甲基基团添加到腺嘌呤上后就可以沉默基因的 表达,数十年来,很多科学家们都推测核苷酸胞嘧啶的修饰是哺乳动物中基因沉默的唯一形 式。
 
2 年龄如何影响癌症
 
在4 月4 日的《自然》(Nature)杂志上由Wistar 研究小组领导的一个国际研究小组发现 了,黑色素瘤中老化的肿瘤细胞与年轻肿瘤细胞表现不同。
 
科学家们确定了在老化细胞中存在一种分泌因子sFRP2。sFRP2 调控了另一种通常阻止黑色 素瘤细胞侵袭的蛋白β-catenin。此外,研究已经证实β-catenin 丧失在几种细胞类型中 促进了氧化应激。研究人员证实在老化微环境中,氧自由基的清道夫减少,导致了更高的活 性氧簇(ROS)活性。同时,年龄诱导的β-catenin 丧失使得黑色素瘤处理ROS 的能力减弱, 导致了遗传上不稳定的肿瘤。
 
研究发现,老年黑色素瘤患者经历治疗耐药伴随ROS 活性增高及β-catenin 水平降低,所 有这一切均促成了对BRAF 抑制剂的耐药性增高,在近一半的黑色素瘤病例中都存在BRAF 突变。Wistar 研究所的科学家们还阐明了抗氧化剂如何作为一种更有效的策略来治疗老年黑色素瘤患者。一种叫做N-乙酰半胱氨酸(NAC)的抗氧化剂可以杀死老化真皮成纤维细胞 中的黑色素瘤细胞。
 
这项研究结果强调了以一种适合年龄的方式来治疗黑色素瘤是多么的重要。与证实抗氧化剂 在BRAF 突变癌症中治疗效力的其他研究一起,该项研究拥有了更多的证据证实,老年群体 如何可以从新治疗策略中获益。
 
3 人体必需微量元素---镁的意外作用
 
发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究证实,镁,是人体不可缺少的矿物质元素之一, 几乎参与了人体所有的新陈代谢过程,帮助控制了细胞如何守住自己的时间形式,以应对自 然环境的昼夜更替。这一细胞中的研究发现预计与身体的生物钟有关联,生物钟影响了人体 睡眠和觉醒、激素释放及体温的昼夜节律,以及其他一些重要身体机能。这一惊人的研究发 现或许可以帮助开发时间疗法(chronotherapy,根据时间来安排治疗),培育提高产量或 是可调节收获季节的新农作物品种。
 
4 膳食纤维是否可以恢复机体肠道微生物菌群的多样性?
 
一直以来,科学家们都希望通过改变饮食方式恢复人类随着西方饮食进化机体失去的微生物 群落,从而来改善人类的健康。近日,来自阿尔伯塔大学的研究人员通过研究主张增加饮食 中膳食纤维的摄入,而这一方法或许是恢复机体肠道微生物生态多样性的关键一步;相关研 究刊登于国际杂志Nature 和Trends in Endocrinology &Metabolism 上。
 
研究者Edward Deehan 表示,目前有很多流行病学数据显示,膳食纤维非常有益,包含膳食 纤维的食品已经得到了FDA 的批准用于治疗结肠癌和冠心病;相比西方社会低标准地区生活 的人们而言,非工业化社会生活的人们摄入膳食纤维的水平相比前者要高。
 
5Nature 黑科技:机器学习与神经科学让四肢瘫痪患者重获运动能力
 
《nature》杂志上发表了一项研究Restoring cortical control of functional movement in ahuman with quadriplegia,第一次记录了使用从大脑运动皮层记录的信号成功让一个 瘫痪患者恢复多个手指,手和手腕的运动能力。
 
美国的Chad Bouton, Nick Annetta,Ali Rezai 和他们的研究团队在一位24 岁四肢瘫痪的 男性被试的运动皮层中植入了一个微电极阵列,这位男性是由于颈椎脊髓受伤而瘫痪的。研 究者使用机器学习算法来解码神经元的活动,并且用一个神经肌肉电刺激系统来控制前臂的 肌肉激活。被试在植入了这个电子“神经旁路”后,在15 个月中每天进行三次训练。这个 系统让被试可以进行独立的手指运动,和六种不容的手腕与手部活动,让他可以抓握,操纵 和释放物体。
 
此外,被试也能够使用这个系统来完成和日常生活相关的功能任务,例如抓住一个瓶子,将 其内容物倒入一个罐子,并且用一根棒子搅拌罐子中的内容物。
 
虽然需要在在微电极技术,电刺激系统和依赖的机器算法上进行改进才能让这些结果更广泛 的被应用,研究者表示这项工作将推进受瘫痪影响的人的神经植入假体技术的发展。
 
6 新方法让实验室小鼠更好反映成年人免疫系统
 
在一项新的研究中,来自美国明尼苏达大学等机构的研究人员开发出一种新方法来研究更好 地模拟成年人免疫系统的小鼠,这可能能够显著地改善测试潜在治疗试剂的方法。研究人员 在这项研究中描述了实验室小鼠用于免疫研究时存在的限制,并揭示出被他们称之为“肮脏 小鼠(dirty mice)”的益处。研究人员捕捉谷仓中的小鼠,或者在宠物店购买它们,然 后仔细地比较它们的免疫系统和人类的免疫系统。这些自由生活的或者说肮脏的小鼠更好地 反映在成年人体内发现的免疫细胞类型及其组织分布。相反地,实验室小鼠的免疫系统因未 接触自然微生物,更能够反映新生儿的免疫系统。
 
当遗传纯合的实验室小鼠与肮脏小鼠一起生活时,这会恢复实验室小鼠更为正常的微生物接 触,并允许它们的免疫系统适应和更好地反映成年人的免疫系统。
 
利用标准的实验室小鼠开展研究已在生物医学研究中取得众多重要突破,包括最近的癌症免 疫疗法进展。然而,这项研究证实实验室小鼠的免疫系统可能并未遭受更加完整的微生物暴 露。因此,相对于实验室小鼠,这些所谓的肮脏小鼠能够增加人类疾病的转化潜力,而且在 不牺牲业已建立的强大研究工具的前提下,提供更好的治疗模型。
 
7Nature 揭示常见遗传病---海绵状血管瘤的分子根源
 
绵状血管瘤(cerebral cavernous malformation,CCM)是大脑中众多扩张薄壁血管组成的异 常血管团,它可以导致中风及癫痫,然而它们形成的机制却有些神秘。
 
在这项Nature 研究中,Kahn 实验室调查了是否一种保守的机制是出生后大脑中CCM 病灶形 成的机制。利用CCM 病新生小鼠模型,他们发现在新形成的CCM 病灶细胞中MEKK3 靶基因: KLF2 和KLF4 表达增高。这项研究证实局部、内皮细胞特异性丧失MEKK3、KLF2 或KLF4 基 因完全可以挽救病变形成,阻止小鼠死于CCM 病。 
 
而且与在小鼠中的研究发现一致,该研究小组还证实在来自人类家族与散发CCM 病灶的血管 内膜细胞中KLF2 和KLF4 表达增高。研究员们通过研究进一步揭示了一种从前未知的人类致 病CCM2 突变通过阻止CCM 蛋白质复合物与信号靶蛋白MEKK3 互作导致了疾病。
 
该项研究最后确定了增高的MEKK3 信号及转录因子KLF2 和KLF4 过度表达是CCM 的分子基础。 由于KLFs 是MEKK3 的靶蛋白,越高的MEKK3 活性意味着越高的KLF 基因表达。
 
发现家族性和散发性CCMs 是由于内皮细胞获得MEKK3-KLF2/4 信号所导致,有可能为设计一 些新疗法来阻断这些蛋白的活性打开了大门。
 
8 首次绘出抗抑郁症药物神秘靶点结构
 
抑郁症与频繁的自杀事件经常联系在一起,让这种疾病更加神秘而可怕。据中国青年报4 月6 日报道,中国的抑郁症患者约有9000 万人,其中只有三分之一的人就诊而拥有病历记 录。患者人数每年还以10%的速度增加。
 
5-羟色胺的转运体蛋白(SERT,serotonintransporter)是目前抗抑郁症常用药物的靶点(如 果把药物比做一支箭,靶点就是药物发挥其治疗作用所需要射中的物质)之一。当该蛋白的 活性被抑制时,患者大脑神经突触中的5-羟色胺水平会升高,患者的抑郁、焦虑症状常常 会改善。
 
百忧解(Prozac 又称氟西汀,fluoxetine)及其类似药,在美国是抗抑郁症最常用的处方 药。百忧解和它的类似药被称为选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs),在1972 年首次 被发现。它们能解决抑郁症的一个特性:低水平的5 -羟色胺分子水平。5 -羟色胺是神经 元用于对另一个神经元的信号作用。通过阻止一个叫做5 -羟色胺转运体(SERT)的蛋白吸 收羟色胺回到神经元释放它,这个药物可以促进细胞连接间5 -羟色胺的水平。
 
但SERT 蛋白的分子结构一直不被人类知晓,人们也不清楚相关药物的作用机理。
 
4 月7 日,《自然》在线发表论文《人5-羟色胺转运体蛋白的X 射线结构和作用机制》(X-ray structures and mechanismof the human serotonin transporter),首次报道了人SERT 蛋白的分子结构,其分辨率高达3.15 埃(1 埃等于10^(-10)米)。
 
9 史上最简单的CRISPR/Cpf1 系统可切割DNA 和RNA
 
在一项新的研究中,来自德国马克斯普朗克感染生物学研究所、亥姆霍兹传染病研究中心和 瑞典优密欧大学(Umeå University)的研究人员描述了酶Cas9 的一种潜在替代者---来自 土拉热弗朗西丝菌(Francisellanovicida)的CRISPR 结合蛋白Cpf1---的特征:Cpf1 表现 出双重切割活性:不仅切割DNA,而且也切割RNA。与CRISPR-Cas9 不同的是,Cpf1 能够独 自地对crRNA 前体(pre-crRNA,编者注:CRISPR DNA 片段经转录而形成的CRISPR RNA 前 体)进行加工,然后利用加工后产生的crRNA 特异性地靶向和切割DNA,因而也就不需要来 自宿主细胞的核糖核酸酶(RNase)和tracrRNA,这是人们迄今为止发现的一种最简单的 CRISPR 免疫系统。这一发现可能给科学家们提供一种新的序列特异性基因组编辑方法,更 为重要的是,还可能便于一次对多种靶位点进行编辑,即所谓的多重编辑。相关研究结果于 2016 年4 月20 日在线发表在Nature 期刊上,论文标题为“TheCRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA”。论文通信作者为来 自马克斯普朗克感染生物学研究所的Emmanuelle Charpentier。
 
 
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