【盘点】近期Nature十大研究亮点

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分类 头条, 科研
来源 生物谷

Nature杂志推荐的2015年8月11日 ~ 2015年9月10日最受关注的十项研究进展介绍如下。

1.真核生物中原核生物基因的来源

多年来,人们一直假设,真核生物基因组中所见的原核生物基因,一定是在首先原核细胞器的内共生,然后最后稳定存在细胞中的。但最近的证据表明,在真核生物之间,以及在原核生物和真核生物之间,也存在实质性的水平基因转移。对细菌、古菌和真核生物基因组所做的这项分析,没有发现连续横向基因转移,对真核基因组的演化具有可以检测累积影响。相反,这项研究认为,真核生物是在广泛的差异基因(differential gene)丢失之后,在相应于线粒体和质体起源的两次“演化涌入”事件中,获得其原核生物基因的。这一历史性事件,在复杂细胞的核基因组中留下了内共生的重大印记。

doi: 10.1038/nature14963

原文:Endosymbiotic origin and differential loss of eukaryotic genes

2.癌症中细胞压力和自噬过程之间的联系

已有的研究表明,包括胰腺导管腺癌(PDA)在内的各种不同癌症,其癌症细胞的生存都依赖于高水平的自噬过程。自噬过程是正常细胞中自行降解过程,其涉及到的营养清除和质量控制活动的途径都高度保守。在这项研究中,Rushika Perera等人描述了细胞压力和自噬过程之间,在胰腺癌中,导致细胞代谢被改变的一个新的关联。他们发现,MiT/TFE家族转录因子的异常表达和组成性激发,通过人类PDA标本和细胞系,可以大大增强自噬-溶酶体功能介导代谢相关的基因表达重编程。这些发现说明,溶酶体调控是癌细胞中营养利用和能量平衡的一个关键节点。

doi: 10.1038/nature14587

原文:Transcriptional control of autophagy–lysosome function drives pancreatic cancer metabolism

3.对中国碳排放量数据的向下修正

中国排放大量人为产生的碳,但其碳排放量估计值有很大不确定性。这项研究中,通过升级和协调的能量消耗估计、熟料生产数据以及两个关于中国煤炭相关的碳排放因子的数据集,研究人员发现,在2000到2012年间,中国国内能源消耗总量比中国国家统计局给出的数据高大约10%。然而,这个时期中国碳排放量数据比起政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)的数据平均低了45%。中和这些数据,研究人员估计,在2013年,中国化石燃料和水泥工业带来的二氧化碳排放量在2.49亿吨,比之前其他组织给出的数据低了14%。总共算起来,这个研究表明,整个2000年到2013年期间,以前关于总二氧化碳排放量的数据可能高估了2.9亿吨。

doi: 10.1038/nature14677

原文:Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China

 

4.“不纯洁的”金刚石中

Nature在封面图片上所示的,是一块有包膜的“不纯”金刚石。这个金刚石,是当一个含微包裹体的纤维膜,生长在一块单晶清透金刚石上时生成的。在地球表面附近发现的大多数金刚石,大都是在古老大陆最底部深度超过150公里处形成的。因此,“不纯”金刚石中封存的化学杂质,含有关于地球深处无法接触到宝贵地化信息。Yaakov Weiss及同事,在Nature杂志上发表了一组地球化学数据。数据来自加拿大西北地区Ekati金刚石矿的一组11块金刚石中的化学信息。这些数据包含清晰的化学演化趋势,它表明,高咸度溶液参与了含硅、含碳酸盐的深层地幔熔融体的形成过程。含盐流体的化学性质和主体金刚石形成的时间说明,北美地下的一个消减板块是这些流体的来源,也说明,在消减、地幔交代变质和富含流体的金刚石形成之间,存在密切联系。这一新模型为了解地幔流体组成范围的效应提供了一个背景,这种效应会在全球范围内改变深层岩石圈,并在金刚石形成中起关键作用。

doi: 10.1038/nature14857

原文:Highly saline fluids from a subducting slab as the source for fluid-rich diamonds

5.GPCR激活性变构的一个普遍机制

“G蛋白耦合受体”(GPCRs)是充当一系列细胞外信号的传感器的膜蛋白。它们通过“异三聚G蛋白” (能结合鸟嘌呤核苷酸的蛋白,充当细胞内分子开关)发挥功能,以变构方式将后者激活来触发GDP释放。有数百种人类GPCRs作用于16种不同的 “Gα蛋白”之上。在这研究文章中,Madan Babu及同事试图弄清,是否存在一个主管Gα激活的普遍性变构机制。他们发现的确有这样一个机制,即不同GPCRs 通过一个高度保守的机制,与Gα蛋白发生相互作用并将其激活。这也许可解释为什么GPCR–Gα系统发生了迅速分化、同时又保留了其变构性质。

doi: 10.1038/nature14663

原文:Universal allosteric mechanism for Gα activation by GPCRs

6.科学家发现神经退化的一个新机制

衰竭性疾病“肌萎缩性脊髓侧索硬化症”(ALS)是一种罕见的神经性疾病,其最常见病因是C9orf72基因中的“六核苷酸重复扩增”GGGGCC (G4C2) 。 本期Nature上的两项研究,采用对比法得出一个可能引起这种疾病的一种家族性形式的分子机制。通过对表达30 G4C2 重复片段的果蝇,进行基于候选目标的基因筛选,或对表达含8、28 或58 G4C2重复片段的转录体的果蝇进行无偏基因筛选,这两个研究小组试图寻找增强或抑制该疾病表型的基因。 Zhang等人识别出了编码RanGAP (核质运输的一个关键调控因子)的基因,而Freibaum等人识别出了编码核孔及核质运输机相关的基因。两篇论文都显示了,表达 G4C2重复片段的果蝇细胞中,以及来自ALS患者的源自iPSC的神经元中,核质运输功能存在缺陷。Zhang等人发现,这些缺陷可以通过以“G-四联体”为目标的反义寡核苷酸或小分子来补救。

doi: 10.1038/nature14973

原文1:The C9orf72 repeat expansion disrupts nucleocytoplasmic transport

doi:10.1038/nature14974

原文2:GGGGCC repeat expansion in C9orf72compromises nucleocytoplasmic transport

7.能量输入让金属玻璃恢复“青春”

当一个玻璃系统慢慢向平衡态松弛的时候,我们就说它在 “老化”,其很多性质会发生相应变化。通过能量注入,使该系统从平衡态又回到原来的状态,比如说通过加热它或以机械方式对其施压,就可以使它恢复“青春”。现在,Sergey Ketov等人发现,这样的青春焕发,可以在相对温和的条件下做到。仅仅通过在一个远远低于玻璃转变温度的温度下,对玻璃(在本例中采用金属玻璃)进行热循环,就可以在很大程度上让其恢复青春。作者将这一现象归因于玻璃态中内在结构异质性的效应,这种异质性效应,会随着温度的变化而转变成局部化的内部应变性,不同区域会发生不同程度的膨胀和收缩。

doi: 10.1038/nature14674

原文:Rejuvenation of metallic glasses by non-affine thermal strain

8.中央静脉附件出现的新的肝细胞

新的肝细胞,作为体内平衡程序的一部分,是怎样在成年肝脏中出现的仍不清楚。Roel Nusse及同事利用复杂细胞标记方法,对这一课题进行了研究。他们在中央静脉附近识别出一类增殖的肝细胞,它们是双倍体(成熟肝细胞是多倍体),表达一个肝脏祖细胞标记。这些细胞,对由来自中央静脉的相邻内皮细胞提供的Wnt信号,可以做出反应,成为能够取代维持肝脏平衡所需的所有肝细胞类型的多倍体肝细胞。

doi: 10.1038/nature14863

原文:Self-renewing diploid Axin2+ cells fuel homeostatic renewal of the liver

9.用纳米晶体进行“取代掺杂”

下图中所示的,为掺杂一个半导体超晶格而又不会破坏有序阵列的金纳米晶体图像。掺杂(广泛用于半导体、稀磁材料和磷)是将外来原子引入一种主体材料内、以便改善或生成新的电子性能、磁性能和光性能的一个过程。Christopher Murray及同事将“取代掺杂”的概念引入到了纳米晶体超晶格中,在其中采用的是人造原子(均匀的纳米晶体)而不是真正的原子。他们显示,金纳米晶体会随机吸收到一个半导体(CdSe或PbSe)纳米晶体超晶格中,在其中一个纳米晶体可被具有同样大小但不同组成的另一个纳米晶体取代。这样生成的材料的导电性由受掺杂剂的密度和分布控制的金属渗透通道来调制。自聚集方式的采用意味着,这一新方法应可以广泛适用于一系列不同材料和组成。Alternative outcomes from superlattice doping.

doi: 10.1038/nature14872

原文:Substitutional doping in nanocrystal superlattices

10.X射线衍射揭示翻转酶催化机制

脂质穿过膜双层的转位(被称为翻转)是维持脂质非对称性所必需的,也是信号传导和囊泡形成等过程所要求的。嵌入在膜中的脂质(含有大型极性头基)的翻转是缓慢的,从能量角度来讲也是不利的。这一过程由翻转酶催化,其机制目前尚不知道。本文作者获得了ABC transporter PglK的X-射线晶体结构,该物质在Campylobacter jejuni中、在向内和向外的状态下帮助“脂联寡糖”(LLO)的翻转。这些结构和随后的生物化学实验支持一个不同寻常的机制,在其中LLO的 “聚戊烯基”尾巴仍然部分嵌入在脂质双层中,“焦磷酸盐-寡糖”头基在ATP被水解之后翻转到了向外的空腔内。

doi: 10.1038/nature14953

原文:Structure and mechanism of an active lipid-linked oligosaccharide flippase

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