2020年2月7日訊/
生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2020年1月31日）發布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。
圖片來自Science期刊。
1.Science：在神經元突起中，單核糖體偏好性地翻譯突觸mRNARNA測序和原位雜交揭示了神經元樹突和軸突中存在意想不到的大量RNA種類，而且許多研究已經記錄了蛋白在這些區室中的局部翻譯。在信使RNA（mRNA）的翻譯過程中，多個核糖體可以同時佔據單個mRNA（一種稱為多核糖體的複合物），從而導致編碼蛋白的多個拷貝產生。多核糖體通常在電子顯微鏡圖片中被識別為由三個或三個以上的核糖體組成的核糖體簇。多核糖體已在神經元樹突中檢測到，但是令人吃驚的是，鑑於存在於樹突和軸突中的mRNA多樣性，多核糖體並不常見。在神經元突起（neuronal processes，分為樹突和軸突）中，翻譯的特徵和機制尚未詳細探討，這部分上是因為樹突和軸突相對難以接近。
在一項新的研究中，來自德國馬克斯普朗克腦研究所的研究人員研究了一組多樣化的神經元蛋白如何可能由在體積較小的突觸中存在的有限數量的多核糖體合成。相關研究結果發表在2020年1月31日的Science期刊上，論文標題為「Monosomes actively translate synaptic mRNAs in neuronal processes」。
在成年齧齒動物的大腦中，這些研究人員在體內檢測到突觸神經纖維網（一個富含神經元軸突和樹突的區域）中正在進行的大量蛋白合成，並且提供直接證據表明單核糖體偏好地翻譯大量的突觸前轉錄本和突觸後轉錄本。單核糖體參與樹突和軸突中活性多肽的延伸。大多數轉錄本在胞體和神經纖維網中均表現出類似的M/P偏好性，這表明核糖體佔用通常是轉錄本的內在特徵。幾種mRNA轉錄本表現出對單核糖體或多核糖體的偏好性，這種偏好性的變化取決於轉錄本所在的神經元區室；這些mRNA編碼一些與突觸可塑性相關的蛋白。總體而言，神經纖維網表現出對單核糖體翻譯的偏好性。單核糖體偏好性轉錄本在神經纖維網中編碼了一系列從低豐度到高豐度的蛋白。
在這項新的研究中，這些研究人員研究了神經元突起中的翻譯全貌（translational landscape），並確定了80S單核糖體的局部翻譯是突觸蛋白的重要來源。定位於神經纖維網中的轉錄本（即神經纖維網轉錄本）表現出比胞體轉錄本更高的單核糖體偏好性，從而潛在地允許利用突觸中有限的可用核糖體數量產生一組多樣化的蛋白。因此，這一發現彌合了神經元突起中可視化觀察到的翻譯複合物的相對匱乏與局部翻譯的實際測量值之間的差距。考慮到樹突棘（dendritic spine，樹突分枝上的棘狀突起，也是神經元間形成突觸的主要部位）和突觸扣結（axonal bouton）的空間限制，突觸活性還可以調節單核糖體翻譯，從而使局部
蛋白質組在時間和空間上具有多樣性。
2.Science：重大進展！揭示內質網通過接觸調節無膜細胞器的生物發生和裂變在一項新的研究中，來自美國科羅拉多大學的研究人員發現內質網與細胞中的至少兩個無膜區室（membraneless compartment）接觸並影響它們的影響。相關研究結果發表在2020年1月31日的Science期刊上，論文標題為「Endoplasmic reticulum contact sites regulate the dynamics of membraneless organelles」。他們在這篇論文中描述了他們對人細胞進行活細胞螢光顯微鏡觀察以及他們取得的研究結果。
先前的研究已表明，細胞器在網絡中相互連接，從而使得諸如代謝產物之類的物質通過液泡和細胞器邊界接觸部位得以運輸。先前的研究還表明，內質網充當細胞內的樞紐，並與細胞中幾乎所有其他的含膜細胞器（membraned organelle）物理連接。在這項新的研究中，這些研究人員發現了內質網也與無膜的核糖核蛋白（RNP）顆粒有接觸點的證據。
無膜細胞器是生物分子凝聚物，它們凝結在一起，在細胞內部形成一個團塊或整個大分子團。兩種這樣的無膜細胞器是應激顆粒和處理小體（P-bodies），它們都被認為是有代表性的細胞器並位於細胞質中。無膜細胞器也在細胞核中發現到。先前的研究已表明，無膜細胞器之間的相互作用通常是通過低親和力的多價蛋白與蛋白，RNA與蛋白以及RNA與RNA之間的相互作用進行的。
為了更好地了解內質網及其接觸物，這些研究人員使用了活細胞螢光顯微鏡---使用磷光和螢光以突出顯示有機物質的不同部分。內質網圖像顯示內質網的小管結構在空間和時間上與兩種RNP顆粒的裂變位點動態連接，而且還與應激顆粒和處理小體動態連接。他們發現內質網與處理小體或應力顆粒之間的大多數相互作用是穩定的，並且與膜接觸位點相類似。他們猜測這些連接允許由蛋白和RNA自組裝而形成的液體狀液滴（liquid-like droplet）之間交換mRNA。在液體狀液滴中，mRNA保持沉默直到它們到達內質網中的表達位點。
3.Science：新研究為精神分裂症的遺傳起源提供新線索在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學、哥倫比亞大學和南非開普敦大學等研究機構的研究人員首次對非洲祖先人群---南非科薩人（Xhosa）---進行精神分裂症
遺傳學分析。相關研究結果發表在2020年1月31日的Science期刊上，論文標題為「Genetics of schizophrenia in the South African Xhosa」。
這項研究是在科薩人群中進行的，這是因為非洲是所有人的誕生地，然而非洲祖先群體很少成為
遺傳學研究的重點。（沒有證據表明科薩人有極高的精神分裂症風險）。這些研究人員分析了從909個經
診斷患有精神分裂症的人和917個生活在南非的對照者體內採集的血液樣本。他們的研究表明，與沒有精神分裂症的對照者相比，患有精神分裂症的人更有可能攜帶罕見的破壞性的基因突變。這些罕見的突變也更有可能影響大腦和突觸功能。神經突觸協調神經元之間的通訊；神經突觸的分布和激發最終負責學習、記憶和腦功能。
這些研究人員說，這項研究鑑定出的基因和途徑有助於了解所有人群的精神分裂症風險。在非洲人群中開展的進一步研究也可能為設計更有效的治療提供潛在機制。
4.Science：重大突破！中美科學家聯手挑戰人們對基因表達的理解在一項新的研究中，來自中國科學院、同濟大學、清華大學、南京醫科大學和美國芝加哥大學的研究人員發現了一種以前不為人知的方式，使我們的基因表達成為現實。他們發現RNA本身可以調節DNA的轉錄方式，而不是
遺傳指令從DNA到RNA再到蛋白的單向流動。這一發現對我們理解人類疾病和藥物設計具有重要意義。相關研究結果於2020年1月16日在線發表在Science期刊上，論文標題為「N6-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription」。論文通訊作者為中國科學院北京基因組研究所的韓大力（Dali Han）博士、同濟大學生命科學與技術學院的高亞威（Yawei Gao）博士和芝加哥大學的Chuan He博士。
這些研究人員發現，之前認為僅是將來自DNA的指令傳遞給蛋白的信使RNA（mRNA）分子實際上對蛋白產生發揮了它們自己的影響。這是通過一種稱為甲基化的可逆化學反應完成的。這項研究的關鍵突破是證實這種甲基化是可逆的。這不是一次性單向交易。它可以被擦除和逆轉。
他們還發現一組稱為染色體相關調控RNA（chromosome-associated regulatory RNA, carRNA）的RNA使用相同的RNA甲基化過程，但是它們並不編碼蛋白，也不直接參與蛋白表達。但是，它們控制著DNA本身如何存儲和轉錄。
5.Science：揭示小膠質細胞監測和保護神經元機制小膠質細胞是中樞神經系統的主要免疫細胞，它們的活性變化與包括
中風、癲癇、精神疾病和神經退化在內的主要人類疾病有關。Cserép等人在小鼠和人類大腦的小膠質細胞過程和神經元胞體之間鑑定出一個特殊的形態功能通訊位點。小膠質細胞-神經元連接在神經體細胞膜的特定區域形成，具有與線粒體信號相關的獨特
納米結構和特殊分子組成。這些連接似乎為小膠質細胞-神經元交流提供了一個主要的位點，並可能有助於調節急性腦損傷後小膠質細胞的神經保護作用。
6.Science：揭示紋狀體中的學習機制紋狀體的一個有趣特徵是紋狀體投射神經元（striatal projection neuron, SPN）中多巴胺受體1型（D1）和2型（D2）的表達之間的隨機空間分布和高度混雜。由此產生的高度熵鑲嵌延伸穿過均勻的空間，並且幾乎沒有組織學邊界。因此，由表達D1和D2的SPN（D1-SPN和D2-SPN）在局部建立的規則對於確定功能區域如何在整個紋狀體中產生可能至關重要。 Matamales等人發現激活的D2-SPN訪問並修改了由區域限制的轉錄活性D1-SPN集群編碼的發育行為程序。這一過程很慢，這是因為它取決於加性神經調節信號的分子整合。 但是，隨著時間的推移，它會構建區域功能邊界，這對於識別和塑造紋狀體中的特定學習是必不可少的。
7.Science：基於機器學習確定電子衍射中的晶體對稱性電子背散射衍射（electron backscatter diffraction）是確定晶體結構的一種標準技術，通常用於確定材料或地質樣品的晶體結構。但是，此方法需要結構猜測和用戶輸入，這通常很耗時或引入錯誤。Kaufmann等人開發出一種使用卷積神經網絡的通用方法，該方法可自動快速準確地確定晶體結構。在卷積神經網絡暴露於訓練集之後，它在大部分時間裡可以在無需任何額外輸入的情況下識別晶體結構，從而提供了一種從晶體結構確定中清除某些猜測的方法。
8.Science：靶向白血病前期細胞有望治療AML最近的技術進步使得在健康個體中檢測可能發展為血液癌症的癌變前血細胞（premalignant blood cell）成為可能。早期檢測的這些進展激發了人們對「癌症截留（cancer interception）」的興趣，「癌症截留」指的是旨在治療晚期癌症的藥物也可能對預防癌症有用。Uckelmann等人如今在遺傳上容易患上急性髓性白血病（AML）的小鼠的研究中，為這一概念提供了支持。較早給予之前已被證實在晚期白血病模型中具有抗癌活性的表觀
遺傳藥物能夠消除白血病前期細胞（preleukemia cell）並延長這些小鼠的生存期。
9.Science：利用經過基因改造的腸道細菌激活蜜蜂的免疫防禦，限制病原體蜜蜂很容易被蜂蟎（Varroa mite）寄生，蜂蟎是多種蜜蜂病原體的媒介。然而，蜜蜂也是共生腸道
細菌Snodgrassella alvi的宿主。Leonard等人對Snodgrassella alvi進行基因改造，使得它們利用一種含有兩個帶有螢光標記的反向啟動子的質粒產生雙鏈RNA（dsRNA），以刺激昆蟲RNA幹擾防禦反應。這種dsRNA模塊可以靶向幹擾特定的蜜蜂基因以及至關重要的病毒基因和蜂蟎基因。這些作者發現，當Snodgrassella alvi在蜜蜂的腸道中建立並持續表達dsRNA構建體時，它可以阻斷基因表達至少15天。攜帶經過特異性改造的質粒的Snodgrassella alvi不僅抑制翅膀殘缺病毒（deformed wing virus）感染，而且還有效降低蜂蟎的生存。