Nature 一周論文導讀

審校 小象 紫蘇 小勺 咖喱 小鍋

製版 阿金

生物學

Biology

Intracellular pH controls WNT downstream of glycolysis in amniote embryos

羊膜動物胚胎中細胞內pH控制糖酵解下遊的WNT信號

圖片來源：UGURHAN BETIN/ISTOCKPHOTO

（導讀 阿金）脊椎動物胚胎發育過程中，尾芽區的糖酵解對WNT信號傳導的調控機制尚不明確。本研究發現雞胚以及從體外誘導多能幹細胞分化而來的人尾芽樣細胞中存在與癌細胞類似，胞外pH低於胞內的倒置梯度。揭示了胚胎發育過程中糖酵解提高細胞內的pH，促進β-catenin乙醯化，最終激活中胚層轉錄的WNT靶點，及尾芽祖細胞的軸旁中胚層的特化。該結果支持某些腫瘤細胞會重新激活發育代謝程序的觀點。[相關報導：胚胎發育過程中與癌細胞Warburg效應之間的異曲同工之處]

Epigenetic regulator function through mouse gastrulation

小鼠原腸胚形成過程中表觀遺傳調節因子的功能

（導讀 阿金）個體發育過程中，增殖的細胞通過細胞類型特異性轉錄因子和普遍的表觀遺傳機制確定其命運，但這些調控因子在發育中的分子功能尚未確定。本研究利用合子擾動和單細胞RNA測序同時檢測多個小鼠突變胚胎，獲得十個重要調控因子的形態和轉錄信息。分析表明多梳抑制複合物（PRC）1和2存在協同性，但PRC2在限制生殖細胞中發揮主導作用。該實驗框架最終能從量化角度闡明細胞多樣性的產生機制。[論文詳細信息]

Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice

水稻莖稈生長過程中赤黴素響應的拮抗作用

（導讀 阿金）莖稈生長決定植物大小，而莖稈長度受赤黴素影響。本研究表明水稻節間莖的伸長由赤黴素的一個「加速劑」和「減速劑」相互拮抗而調控。命名為節間促進因子ACE1的蛋白能夠賦予居間分生區域細胞完整細胞分裂的能力。而上調編碼鋅指轉錄因子的DEC1基因則會抑制節間伸長。而ACE1和DEC1突變在馴化水稻時用來選擇更短的種群。該研究所鑑定的拮抗分子調控機制增強了對於赤黴素響應的理解。[相關報導：Science和Nature文章揭示深水稻對洪澇的適應的分子機制]

Human neutralizing antibodies elicited by SARS-CoV-2 infection

SARS-CoV-2感染產生的人類中和抗體

（導讀 郭懌暄）SARS-CoV-2病毒通過病毒刺突蛋白的受體結合結構域（RBD）與靶細胞受體血管緊張素轉化酶2（ACE2）結合進入靶細胞。本研究從8個SARS-CoV-2感染者的單個B細胞中分離出206種靶向RBD的單克隆抗體。這些抗體可以強力中和SARS-CoV-2。血漿中抗SARS-CoV-2抗體對SARS-CoV或MERS-CoV不具有交叉反應。RBD結合抗體的結構顯示了抗體抑制病毒與ACE2結合併進入細胞的分子機制。[相關報導：張林琦/張政/王新泉課題組《自然》發文：找到大量人類新冠中和抗體，也找到了它們起效的機理]

A human neutralizing antibody targets the receptor-binding site of SARS-CoV-2

人類中和抗體靶向SARS-CoV-2受體結合位點

（導讀 阿金）本研究從新冠肺炎恢復期患者體內分離出兩種特異性人類單克隆抗體CA1和CB6，這兩種抗體在體外均顯示出SARS-CoV-2特異性中和活性。結構分析顯示CB6識別的SARS-CoV-2受體結合域（RBD）表位，正是RBD與宿主細胞ACE2結合的位置，這說明CB6是通過空間位阻直接幹擾病毒/受體相互作用的，值得進一步的臨床轉化研究。[相關報導：有預防新冠病毒作用，可抑制感染：中國團隊報告在靈長類動物中有效的中和抗體]

Structure of a D2 dopamine receptor–G-protein complex in a lipid membrane

脂質膜中D2多巴胺受體-G蛋白複合物結構

（導讀 阿金）D2多巴胺受體（DRD2）是帕金森疾病和抗精神病藥物的治療靶點。本研究使用冷凍電鏡技術解析出結合激動劑而激活的DRD2-Gi複合物在磷脂膜中重組後的結構。DRD2細胞外配體結合位點響應激動劑的結合，發生重構，同時伴隨細胞外環2、跨膜結構域5（TM5）、TM6和TM7的構象變化，從而傳播到胞內打開Gi結合位點。該模型有助於設計亞型選擇性DRD2配體的設計思路。[論文詳細信息]

Chromosomal alterations among age-related haematopoietic clones in Japan

日本人群年齡相關造血克隆中的染色體改變

圖片來源：Pixabay

（導讀 阿金）目前尚不清楚人種因素對腫瘤生成和衰老的影響程度。本研究基於日本生物銀行中179417名日本參與者體內檢測到的33250個染色體嵌合變異，比較了英國生物銀行的類似數據，描述了造血細胞基因組突變和克隆選擇性的共享和人群特異性模式。結果表明這種克隆隨著年齡的增長趨向必然，而且克隆的選擇性壓力受特定人類種群因素的調節。[論文詳細信息]

Monogenic and polygenic inheritance become instruments for clonal selection

單基因和多基因遺傳成為克隆選擇的工具

（導讀 阿金）隨著年齡增長會出現包含體細胞突變的克隆擴張型血細胞，從而增加血液癌症的風險。本研究分析了來自英國生物銀行482,789名參與者血液DNA的基因分型數據，鑑定出19,632個常染色體嵌合染色體突變，在7個基因中發現了52個罕見有效的遺傳編碼或剪接變體。這些變體增加了具有特定獲得性複製中性喪失突變細胞克隆性造血功能的脆弱性，並與普遍遺傳變異相互作用，對終身細胞生成產生挑戰。[論文詳細信息]

Wapl repression by Pax5 promotes V gene recombination by Igh loop extrusion

Pax5抑制Wapl造成Igh環擠出從而促進V基因重組

（導讀 王思菲）抗體V(D)J重組過程依賴於Pax5介導的免疫球蛋白重鏈（lgh）基因座染色質結構收縮，但其機制不明。本研究發現在祖B細胞和前B細胞中，Pax5可抑制黏連蛋白釋放因子Wapl的轉錄，從而延長黏連蛋白在染色質上的駐留時間，促進整個lgh基因座範圍內的染色質環擠出，導致Igh收縮。Wapl表達水平的降低引起染色體結構的整體變化，表明祖B細胞中的基因組整體結構變化對V基因重組是必需的。[相關報導：粘連蛋白釋放因子Wapl促進V基因重排的機制]

Discovery and engineering of colchicine alkaloid biosynthesis

秋水仙鹼生物合成途徑的發現與工程改造

（導讀 阿金）秋水仙鹼是一種植物來源的藥物。本研究結合轉錄組學、代謝邏輯和通路重建，在嘉蘭百合中鑑定出多個重要基因，闡明了一條近乎完整的秋水仙鹼生物合成路線。在此基礎上，研究者對本氏菸草進行工程改造（共涉及16個酶），使其可以從苯丙氨酸和酪氨酸底物出發，合成N-甲醯基去甲可辛鹼。該結果提供了一條秋水仙鹼代謝途徑，並為植物中特殊結構化合物的生物合成提供見解。[論文詳細信息]

Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase

複製過程中SARS-CoV-2聚合酶的結構

（導讀 郭懌暄）SARS-CoV-2利用RNA依賴的RNA聚合酶（RdRp）完成基因組複製和轉錄。本研究解析了具有活性的SARS-CoV-2 RdRp的冷凍電鏡結構，結構包含非結構蛋白12（nsp12），nsp8和nsp7及超過兩圈的RNA模板-產物二聚體，闡明了RdRp與RNA結合，並進行RNA複製的方式，為抗病毒分子的機制解析提供基礎。[論文詳細信息]

考古學

Archaeology

Evidence of human occupation in Mexico around the Last Glacial Maximum

末次盛冰期人類抵達墨西哥的證據

圖片來源：CIPRIAN ARDELEAN

（導讀 阿金）人類抵達美洲的具體時間尚未明確。本研究報告了在墨西哥奇基韋特洞穴的挖掘成果，與先前發現的可追溯至末次盛冰期的美洲文化證據一致，將人類抵達該地區的時間向前推至3.3萬年到3.1萬年之前。考古遺址挖掘出約1900件石器製品，揭示了先前未知的石器製造業。該結果提供新證據證明美洲古代人類的起源，描述了早期散居人口的文化多樣性。[論文詳細信息]

The timing and effect of the earliest human arrivals in North America

最早的人類抵達北美的時間和影響

（導讀 阿金）人類定居美洲標誌著人類在全球大範圍的擴張。本研究使用貝葉斯年代模型分析了42處北美和白令考古遺址的計時數據，並使用得到的年代框架闡釋人類擴散的時空模型。數據表明就在末次盛冰期前後，人類可能已經生活在美洲了，而從突然變暖的格陵蘭間1冰段開始大範圍擴張。結果表示人類在北美的廣泛擴張是造成大型陸地哺乳動物滅絕的關鍵因素。[相關報導：人類早在3萬年前就抵達北美洲]

物理學

Physics

Quantum distance and anomalous Landau levels of flat bands

平帶的量子距離和異常朗道能級

（導讀 阿金）本研究表明半經典量子化法則不適用於「奇異平帶」，這一類無色散平帶與另一受限於帶平坦度的色散平帶交叉，並表現出異常磁響應。而奇異平帶的總朗道能級傳播和希爾伯特-施密德最大量子距離之間存在簡單普遍的關係。結果表明平帶的異常朗道能級譜可用來直接測量凝聚態波函數的量子幾何。[論文詳細信息]

Exponentially faster cooling in a colloidal system

膠體系統中呈指數級的快速冷卻

（導讀 阿金）對「熱水涼得快」這一姆潘巴效應產生的根本原因目前還沒有統一的共識。本研究在可控條件下展示姆潘巴效應：浸入水中的膠體系統發生熱猝滅現象。該結果可復現，在數量上與現有理論框架計算結果一致。並觀察到冷卻速度呈指數級加快。該實驗概述了加速去熱和弛豫以達到熱平衡所需要的一般條件，並支持姆潘巴效應是異常弛豫現象的有效模型。[相關報導：熱水真的能比冷水冷卻得更快嗎？]

化學

Chemistry

Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroalkylation

分子內自由基加氫烷基化的光催化酶反應

（導讀 陳欣桐）因為酶內生性光活性性弱以及自由基中間體產物不易控制，光催化的酶反應目前還不能實現兩分子的交聯耦合。本研究以『ene』還原酶為催化劑，α-滷代羰基化合物為反應物，實現了可見光誘導的端烯烴加氫烷基化，得到多種具有γ-立體中心的羰基化合物。該方法產率高、對映選擇性強，而且結合光催化和酶催化，可擴大生物催化、不對稱轉化的反應範圍。[論文詳細信息]

A photochemical dehydrogenative strategy for aniline synthesis

苯胺合成的光化學脫氫策略

（導讀 阿金）將兩個分子片段牢固結合起來的化學反應對藥物和農業化學的研發及製造至關重要。本研究報告一種非經典交叉偶聯方法：利用飽和環己酮作為芳基親電試劑構建苯胺。因為官能化環己酮很容易通過羰基反應得到完全的區域控制，從而避免芳香族化學中一些常見的選擇性問題，在藥物合成和天然產物芳香化等領域具有潛在的應用價值。[論文詳細信息]

其他

【Geoscience-地球科學】Thermal displacement by marine heatwaves

海洋熱浪引起的熱位移

圖片來源：Richard Herrmann/NOAA Fisheries

（導讀 阿金）海洋熱浪能夠改變海洋生態系統，具有深遠的生態和社會經濟影響。本研究引入熱位移作為表徵海洋熱浪的計量標準，通過表面溫度等高線的空間位移，並且使用全球海洋表面溫度觀測資料庫，來計算1982年至2019年的全球海洋熱浪熱位移。結果發現全球範圍內海洋熱浪的熱位移變化從十幾千米到上千千米不等，並且和海洋熱浪程度沒有空間相關性。該發現強調了需要通過海洋資源管理來考慮海洋熱浪驅動的空間位移。[論文詳細信息]

【Astronomy-天文】A measurement of the equation of state of carbon envelopes of white dwarfs

白矮星碳包裹狀態方程的測量

（導讀 阿金）某些類型的白矮星會發生脈動，產生可觀測的亮度變化，因此對脈動恆星進行模擬有助於理解星球演化的最後狀態。本研究測量了5%以內碳氫化合物的主要衝擊波雨貢扭曲線上壓力和密度之間的關係。觀測到的最大壓縮性與包含詳細電子結構的理論模型一致。並預測由於碳內核軌道電離，壓縮性會增加。研究結果闡明了白矮星包殼狀態方程，是白矮星結構和演化物理學的薄弱環節。[論文詳細信息]

【Planetary Science-行星科學】Small lightning flashes from shallow electrical storms on Jupiter

木星淺層電風暴中的小閃電閃爍

（導讀 劉奇）因先前木星飛行任務觀測到的閃電受相機靈敏度等約束，一些測量結果可能是疊加的閃電。本研究報告Juno宇宙飛船對閃電的光學觀測，能量約為105–108 J，持續時間短至5.4ms，間隔為數十毫秒，具有典型陸地性。閃光頻率比迄今所見大一個量級。有幾次空間範圍小的閃電須產生於2 bar以上，意味全面了解木星大氣對流和成分需考慮木星上產生閃電的多種機制。[論文詳細信息]

期刊推薦與徵稿

區分蝴蝶物種新方法 癌症患者參與臨床試驗 犬類鎮痛劑｜BMC系列期刊月度熱文

@BMC科研永不止步

麥子的那些事兒 | Cereal Research Communications

@Springer

科學60秒

科學60秒：有隻老鼠，正在最高的休眠火山上歡快奔跑 | 2:52

@領研網

本周值得讀·論文推薦

雄性比雌性更具遺傳優勢，所以女性老得快？｜《科學》封面：泡泡為啥會破裂｜牛屁股上畫眼睛，能避免被獅子吃｜本周值得讀 · 論文推薦

@領研網

— End —

"領研網"上的期刊可以訂閱啦！

都有哪些期刊？

來看看我們前三期期刊介紹

# 本周值得讀的論文系列 #

8 月 8 日：整容零風險？Nature揭示「拉皮」背後的真正秘密｜無限長的微納金屬玻璃問世

8 月 1 日：吃橙子最好關燈？柑橘攝入過多或引發皮膚癌｜男雙性戀確實存在，且具有不同程度

7 月 25 日：人類卵子對某些精子情有獨鍾；人臉「隱身衣」，幫你保護照片隱私數據；睡覺前為什麼總想喝口水？

7 月 18 日：用高科技，拍下它們的交配過程；全球生育率持續下降，2100年中國將僅有7億人口

7 月 11 日：酒精緻癌，但這種方法可以降低風險；那顆星星，突然消失了；高糊視頻秒變4K！低解析度視頻實時渲染算法發布