Nature 中文摘要 30 July 2015

Nature中文摘要 30 July 2015

Nature Volume 523 Number 7562, 30 July 2015

Parent stem cells can serve as niches for their daughter cells

親代幹細胞可作為子代細胞龕

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14553.html

幹細胞整合多種來源的信息。幹細胞龕提供維持幹細胞乾性的信號；而分化的子代細胞則發出反饋信號，調節幹細胞增殖和分化。近期報導發現幹細胞可通過自分泌機制自我調節。1978年，Schofield 首次提出了「幹細胞龕」存在的概念，以此定義維持造血幹細胞所必需的局部環境。自此之後，湧現了大量關注於定義幹細胞龕的工作。直至目前，人們對祖細胞和分化細胞的數量及比例的維持機制仍知之甚少。在呼吸道上皮，基底細胞作為幹細胞/祖細胞發揮功能，其既有自我更新能力又能產生分化的分泌細胞和纖毛細胞。分泌細胞也作為短暫擴充細胞，最終分化成為有絲分裂期後的纖毛細胞。此項研究描述了一種細胞調節的方式：成年哺乳動物幹/祖細胞將一個正向信號傳遞給其子代細胞。令人驚訝的是，這種正向信號對於子代細胞的維持是必需的。研究人員聯合應用細胞消融、種系追蹤及信號轉導途徑操縱等方法，發現呼吸道基底幹/祖細胞持續向其子代分泌細胞提供Notch配體。如果沒有這些正向信號，分泌祖細胞池將無法維持，而是所有分泌細胞都執行終末分化程序，成為纖毛細胞。因此，親代的幹/細胞可以作為有功能的子代細胞龕。

Molecular basis for 5-carboxycytosine recognition by RNA polymerase II elongation complex

RNA聚合酶II延長複合物識別5-羧基胞嘧啶的分子基礎

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14482.html

在早期胚胎發育構建多能性狀態的過程中，DNA在選擇性胞嘧啶殘基（5mC , 5-methylcytosine,5-甲基胞嘧啶）的甲基化以及TET介導的這些位點的去甲基化中具有重要作用。TET酶將5mC成功轉化為5hmC（5-hydroxymethylcytosine, 5-羥甲基胞嘧啶）、5fC（5-formylcytosine, 5-甲醯胞嘧啶）以及5caC（5-carboxylcytosine,5-羧基胞嘧啶）。其中5fC和5caC的去甲基化受到胸腺嘧啶DNA轉葡糖基酶（Thymine DNA Glycosylase, TDG）與鹼基切割修復的協同作用。早期報導指出，5fC和5caC可在增強子、啟動子和基因上被穩定地檢測到，對基因表達有明確的影響，但機制不詳。此項研究解析了延長過程中酵母RNA聚合酶II（Pol II）與一個含有氧化5mCs的DNA模板形成的複合物的X射線晶體結構，揭示聚合酶中在5caC的5-羧基基團與保守的表觀DNA識別環之間存在特異的氫鍵。這使得進來的5'三磷酸核苷（nucleoside 5′-triphosphate, NTP）位置轉變，從而實現核苷酸的添加。為了在體內驗證這一結構上的見解，研究人員分析了轉錄中增加5fC/5caC水平後的整體效應，發現這樣的DNA修飾確實阻礙了Pol II在基因上的延長過程。上述結果闡明了氧化的5mCs在基因表達上的功能影響，並提示了Pol II在轉錄延長過程中作為特異、直接的表觀遺傳學感應器的新功能。

Impermanence of dendritic spines in live adult CA1 hippocampus

成年人CA1海馬中樹突棘的非永久性

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14467.html

哺乳動物的海馬對於片段性的記憶形成非常重要。小鼠的海馬可瞬時存儲信息3-4周，人類則更長。儘管神經科學家普遍相信神經元突觸是信息存儲的基本元件，但並沒有證據表明，海馬突觸能夠維持與海馬依賴的記憶持續時間相等的時間間隔。此項研究檢測了這一假說，即海馬突觸的壽命與海馬記憶的壽命相吻合。通過使用延時雙光子顯微內窺鏡觀察活的小鼠的CA1海馬區，研究人員觀察到了錐體細胞基底樹突棘更新的動力學過程以及突觸後結構，其更新動力學過程被認為反映了興奮性的突觸連接。令人驚訝的是，CA1棘的更新動力學與以前研究的新皮質中的截然不同。數學建模結果提示，與這些數據最為吻合的是一組平均壽命為1-2周的樹突棘的動力學模型。這意味著在約2-3倍之於這個間隔的時間內，樹突棘幾乎100%更新，幾近完全地擦除突觸連接的模式。儘管NMDA受體阻斷可使新皮質樹突棘穩定化；但在CA1海馬區，阻斷NMDA受體則使棘的損失率瞬時升高、棘密度降低。以上結果揭示成年人的新皮質和海馬錐體細胞中樹突棘具有不同的調節方式，並且定量地支持海馬記憶直接反映海馬突觸更新動力學的這一想法。

A Middle Triassic stem-turtle and the evolution of the turtle body plan

一種中三疊世幹群海龜及龜類身體構型的演化

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14472.html

龜的起源與早期演化一直是脊椎動物學中一個爭論的焦點。這主要是由於分子和形態學研究提供的證據之間存在衝突，並且缺乏關鍵時間點上的過渡類型化石。約2.2億年前生活在中國的幹群龜類——半甲齒龜（Odontochelys），其顱後骨架（postcranial skeleton）具有多處似龜的特徵，並有部分形成的背甲。與在德國和泰國發現的2.14億年前的原顎龜（Proganochelys）不同的是，該類群保留了緣齒（marginalteeth），但缺乏背殼。半甲齒龜與約2.6億年前南非的正南龜（Eunotosaurus）之間存在巨大的時間間隔，而後者被提出可能是最早的幹群龜類。本文報導了一種新的爬行類——祖龜（Pappochelys，新譯名），其結構與年代均介於正南龜與半甲齒龜之間，來自中三疊世（約2.4億年前）。這三個類群都具有縱貫頭尾的寬大肋骨，橫截面為T形，都具有較長的背椎，以及改進的肢帶骨。祖龜的肢帶骨在很多特徵上都與半甲齒龜極其相似。但與之不同的是，在本應是腹甲（plastron）的位置，祖龜具有由成對的腹膜肋（gastralia）構成的堅硬胸甲。這樣的結構為腹甲的演化提供了新的證據，說明腹甲一部分是由腹膜肋的連續閉合形成的。祖龜的顱骨具有較小的上顳顬孔和腹部開放的下顳顬孔，支持了它們是龜類雙孔型親緣類群的理論。

Mitochondrial reticulum for cellular energy distribution in muscle

封面故事:線粒體在細胞內能量分布中的確起作用

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14614.html

本期封面所示為一個骨骼肌細胞中的導電性線粒體。能量在細胞內是怎樣分布的？在骨骼肌中，能量分布曾被認為是通過由代謝物促進的擴散發生的，儘管遺傳證據對這種分布方式的重要性提出了疑問。Robert Balaban及同事利用各種形式的高解析度顯微鏡，對線粒體本身除了實際上產生能量外是否也在其分布中起一定作用進行了研究。他們發現，通過以「質子動力」(proton-motiveforce)的形式在整個細胞中形成一個導電通道，它們的確在能量分布中起一定作用。在整個這一網絡中，線粒體蛋白定位似乎是在變化的，從而使得線粒體膜電勢能夠以最佳方式產生和被利用。這一能量分布網絡(它取決於傳導而不是擴散)速度有可能極快，從而使得肌肉能夠對新的能量需求幾乎即時做出反應。

T-cell exhaustion, co-stimulation and clinical outcome in autoimmunity and infection

T-細胞耗盡有利於自身免疫

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14468.html#close

CD8 T-細胞耗盡出現在慢性病毒感染中，它會抑制免疫反應，幫助病毒持續感染。在這項研究中，Kenneth Smith及同事發現，相比之下，CD8 T-細胞耗盡與自身免疫疾病和炎症的良好預後相關。同在感染中一樣，自身免疫中的T-細胞耗盡也與CD4共刺激的缺失相關聯。這些發現提出一個可能性：T-細胞耗盡的治療操縱也許可被用來抑制自身反應性(autoreactivity)，作者發現這種作用在試管中是可能的。

Sparse whole-genome sequencing identifies two loci for major depressive disorder

抑鬱症的遺傳風險因子

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14659.html

對超過5000名患「復發性重度抑鬱症」(MDD)的中國婦女所做的這項基因組分析，識別並複製了10號染色體上對患MDD的風險有貢獻的兩個在全基因組範圍內具有重要意義的位點。其中一個位點靠近sirtuin1 (SIRT1) 基因，另一個在「磷酸賴氨酸磷酸組氨酸無機焦磷酸性磷酸酶」(LHPP)基因的一個內含子內。作者提出，與SIRT1基因的密切關係說明線粒體異常可能是這種疾病的風險因子。

Flexible high-temperature dielectric materials from polymer nanocomposites

聚合物納米複合材料用作高溫電介質

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14647.html

用於電容能量存儲的介電材料如果要用在電動汽車或航天應用中的話，就需要能夠在惡劣條件下發揮功能。聚合物電介質重量輕，因此從「功率-重量比」角度來講是有吸引力的，但這些材料在功率轉換裝置中常見的操作溫度下往往會擊穿。在這項研究中，Qing Wang及同事顯示，向聚合物納米複合材料中添加氮化硼，可以提高散熱性能，這樣所生成的電介質材料可以在比以前用聚合物電介質可以做到的高得多的工作溫度下使用。這些新的納米複合材料是柔性的，重量輕，光可以穿透，具有可擴展性，而且穩定可靠，從而使得它們對於電子設備應用來說有可能比傳統陶瓷電介質更有吸引力。

Crystal structure of rhodopsin bound to arrestin by femtosecond X-ray laser

Arrestin與GPCRs的結合

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14656.html

被稱為「G-蛋白耦合受體」(GPCRs)的普遍存在的信號作用蛋白主要通過G蛋白或Arrestins傳遞信號，它們是三分之一的當前在臨床上使用的藥物的作用目標。這篇論文發表了基於X-射線晶體學、電子顯微鏡、脈衝EPR光譜和氫-重氫交換質譜獲得的與Arrestin相結合的一個GPCR (與小鼠的visualarrestin-1的一種事先活化的形式相結合的人視紫質的一種活性形式)的第一個晶體結構。將該結構與G-蛋白結合的β2AR和GαCT結合的視紫質的結構所做比較，顯示了獨特的結構特徵，這些特徵可能構成「arrestin-biased」信號傳導的要素。

Timing and climate forcing of volcanic eruptions for the past 2,500 years

火山噴發與氣候之間聯繫的再校準

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14565.html

過去的研究表明火山噴發影響氣候，但難以將具有年度解析度的和精確計年的樹輪的年表與在冰芯中所記錄的火山活動可變性的年表進行匹配。Michael Sigl 等人利用大氣中10Be的一個峰值 (與775年在歐洲各地樹輪中留下一個獨特的大氣14C指紋的一次宇宙射線異常明顯相關)來測定在來自格林蘭和南極洲的冰芯中所觀察到的一個類似峰值的年代。在建立二者之間這種聯繫的過程中，作者確定該冰芯記錄應當做七年時間的調整。該數據證實，熱帶和高緯度地區的大規模火山噴發是過去2500年北半球氣溫變化的主要驅動因素，而且這樣的火山噴發也是六世紀重大疫情、饑荒和社會經濟動蕩的催化劑。

Biogenesis and structure of a type VI secretion membrane core complex

VI-型分泌系統的結構

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14667.html

細菌的VI-型分泌系統(T6SS)負責將一系列毒性效應子分子轉位到細菌和真核獵物細胞內。T6SS由一個可收縮的鞘組成，這個鞘將一個針形結構向目標細胞內推進。這一複合物通過一個膜核心複合物(membrane core complex)被穩定錨固到能產生T6SS的細胞被膜上。在這項研究中，RémiFronzes 及同事發現，這一複合物是通過三種蛋白(TssJ、TssM和TssL)的依次添加聚集成的，同時他們還提供了通過「負染色電鏡」確定的完全聚集到一起的這一複合物的解析度為11.6 Å 的結構。

Metabolic co-dependence gives rise to collective oscillations within biofilms

微生物生物膜內的給予與索取

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14660.html

在一種生物膜的生長過程中，周邊細胞保護內部細胞不受外部攻擊，但也能通過周邊細胞的營養消耗使它們餓死。在這項研究中，Gürol Süel及同事發現，保護與餓死之間的這種衝突通過周邊與內部細胞之間的長距離代謝共依賴性的出現得到了解決。尤其是，他們通過枯草桿菌生物膜發現，生長會周期性地停止，以增加受保護的內部細胞的營養供應，而這反過來又會提供生物膜在周邊生長所需的代謝物。

Real-time observation of interfering crystal electrons in high-harmonicgeneration

大體積固體中的高次諧波輻射

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14652.html

隨著幾年前首次報告的通過高次諧波的生成所演示的大體積晶體中短波輻射的存在，出現了固體超快光子學這樣一個新領域。這一現象中所涉及的機制正在受到深入研究。Matthias Hohenleutner等人通過具有時間解析度的測量特別對大體積固體中高次諧波的生成進行了研究。他們發現，該現象中電子的運動與原子氣體中高次諧波的生成機制不同，涉及來自多個價帶的電子之間的量子幹涉。所觀察到的這一效應為固體超快光源和光控電子系統的開發提出了新的方向。

Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starchlow-methane rice

適用於氣候變暖的一個水稻品種

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14673.html

稻田產生強效溫室氣體甲烷全球排放量的 7–17%，這個數字隨著水稻種植面積的擴大(以滿足不斷增長的需求)還可能會增長。這篇論文報告說，研究人員培育出了一種水稻，它的籽和莖中生物質和澱粉含量更高，甲烷排放量有所降低，根際產甲烷菌的水平也有所降低。這種新品種的水稻是通過向傳統水稻品種中添加編碼大麥轉錄因子SUSIBA2的一個基因生成的。SUSIBA2使碳通量發生變化，這種變化使得光合作用產物相對於它們向根的分配來說更有利於其向地面之上生物質的分配。在氣候變暖的情況下，「高澱粉低甲烷」水稻有可能為在提供高質量生物質的同時降低水稻種植對大氣溫室氣體排放的負面影響提供一個可持續的手段。

Lanosterol reverses protein aggregation in cataracts

羊毛甾醇能防止白內障形成

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14650.html

在關於兩個家族的先天性白內障的遺傳基礎的一項研究中，Kang Zhang及同事發現，羊毛甾醇(晶狀體中自然存在的一種甾醇)能防止各種各樣的、能引起白內障的發生突變的晶狀體蛋白在細胞內的聚集。在這項遺傳研究中所識別出的突變影響羊毛甾醇合酶的功能，後者是用於合成羊毛甾醇的一種酶。對患自然出現的白內障的狗，施用含羊毛甾醇的眼藥六個星期，降低了白內障的嚴重程度，提高了晶狀體的透明度，這說明羊毛甾醇或具有相似活性的分子相對於白內障的手術治療來說也許可以提供另一種治療手段。

（來自nature.com；翻譯：李拓圯，程孫雪子；審校：李拓圯，程孫雪子；部分譯文摘自natureasia.com）

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