2019年5月31日訊/生物谷BIOON/---2019年5月份即將結束了，5月份Science期刊又有哪些亮點研究值得學習呢？小編對此進行了整理，與各位分享。
1.Science：科學家解開了治療哮喘和氣道炎症的百年之謎在一項新的研究中，來自比利時弗蘭德斯生物技術研究所（Flanders Institute for Biotechnology, VIB）、根特大學（UGent）、根特大學醫院和生物技術公司Argenx的研究人員解開了一個關於哮喘中是否存在蛋白晶體的百年謎團。正常而言，蛋白不會在體內結晶，但在某些情況下，這種過程確實會發生。夏科-萊登晶體 （Charcot-Leyden crystal, CLC, 也譯為夏科-萊登結晶）由蛋白galectin-10（Gal10）產生，而且早在1853年就在哮喘患者的氣道中被發現。
然而，這些晶體在很大程度上被科學家們所忽視，而且它們與疾病的實際聯繫仍然未知。如今，這些研究人員確定這些晶體在氣道粘液中含量非常豐富，可刺激免疫系統並促進炎症和變化的粘液產生，這種情況常見於哮喘患者的氣道。作為來自學術界和產業界的科學家，他們還一起開發出能夠溶解這些晶體以減少關鍵的哮喘特徵的抗體。這類抗體可能是一流的逆轉蛋白結晶並治療哮喘和其他氣道慢性炎性疾病的藥物試劑。相關研究結果發表在2019年5月24日的Science期刊上，論文標題為「Protein crystallization promotes type 2 immunity and is reversible by antibody treatment」。
夏科-萊登晶體,圖片來自VIB Bioimaging Core_Amanda Concalves。
這些研究人員在實驗室裡找到一種方法來產生數百萬個Gal10晶體，並確定這些晶體與在患者中發現的CLC晶體相同。他們使用源自患者的晶體來確定Gal10的三維結構，並將它的分辨度提高到原子尺度。這提供了一個長期尋求的答案，並證實實驗產生的CLC晶體與源自患者的CLC晶體是一樣的。他們發現Gal10僅在處於晶體狀態時才能誘導完全的免疫反應。在溶液中，Gal10是無害的。最重要的是，以CLC晶體形式存在的Gal10晶體誘導哮喘的關鍵特徵，包括發生變化的粘液產生，這對於大多數哮喘患者來說是一個大問題。因此，這項研究取得了重大突破，並得出了明確的結論。
這些研究人員隨後研究了幹擾CLC晶體形成是否是哮喘患者的一種治療選擇。這就是總部位於根特的生物技術公司Argenx介入的地方。通過與該公司合作，他們開發出的抗體能夠特異性地對抗CLC晶體。值得注意的是，這些抗體能夠在實驗室的培養皿中在幾分鐘內溶解CLC晶體，而且在患者粘液中（也在體外）幾小時內溶解CLC晶體。在哮喘小鼠模型中使用這些抗體導致肺部炎症、肺功能改變和粘液產生大量減少。
2.Science：重磅！揭示細菌在接觸抗生素時產生抗藥性新機制大腸桿菌能夠合成抗藥性蛋白，即便在旨在抑制細胞生長的抗生素存在下，也是如此。這是法國研究人員在一項新的研究中報導的研究結果。他們還發現了這種細菌是如何實現這一壯舉的：一種保存完好的膜泵將抗生素從細胞中轉運出去---只要足夠長的時間就可以讓細胞有時間接受來自相鄰細胞的編碼抗藥性蛋白的DNA。相關研究結果發表在2019年5月24日的Science期刊上，論文標題為「Role of AcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistance acquisition by plasmid transfer」。 美國東新墨西哥大學微生物學家Manuel Varela（未參與這項新的研究）表示，「這是一個重要的發現。它將有助於解釋細菌在遇到抗生素的毒性水平時如何設法傳播抗菌素耐藥性。」
這些研究人員對這些細胞能夠做到這一點進行了有根據的猜測：眾所周知，許多細菌膜都含有一種稱為AcrAB-TolC的多藥外排泵，這種泵能夠將很多抗生素從細胞中運出，他們認為，在四環素能夠阻止蛋白合成和細胞生長之前，這種泵將它從細胞中運出。為了驗證這一想法，他們設計了幾種突變體，每種突變體在編碼組成這種泵的不同蛋白的多個基因中的一個上發生突變。
他們發現這些突變體雖然從相鄰細胞接受了攜帶TetA遺傳密碼的質粒，卻不能合成TetA蛋白。在缺乏功能性外排泵的情形下，這些突變體不能將四環素從細胞中運出。隨著抗生素水平在細胞內激增，它們不再能夠合成蛋白，也就不能生長。
3.Science：揭示西蘭花抗癌新機制！讓腫瘤抑制基因再激活的新型抗癌療法出爐要聽媽媽的話：西蘭花是有好處的。長期以來與降低癌症風險有關的西蘭花和其他十字花科蔬菜----包括花椰菜、捲心菜、羽衣甘藍、球芽甘藍和無頭甘藍---含有一種讓一個已知在多種常見人類癌症中發揮作用的基因失活的分子。
在一項新的研究中，來自美國哈佛醫學院、波士頓兒童醫院、西奈山伊坎醫學院、南卡羅來納大學、中國臺灣中央研究院、國立臺灣大學、浙江大學醫學院、義大利都靈大學、澳大利亞莫納什大學和印度海德拉巴語調研究實驗室的研究人員證實利用在西蘭花中發現的這 種成分靶向這個稱為WWP1的基因抑制易患癌症的實驗室動物中的腫瘤生長。相關研究結果發表在2019年5月17日的Science期刊上，論文標題為「Reactivation of PTEN tumor suppressor for cancer treatment through inhibition of a MYC-WWP1 inhibitory pathway 」。論文通訊作者為哈佛醫學院的Pier Paolo Pandolfi博士。
圖片來自Science, 2019, doi:10.1126/science.aau0159。
作為一個眾所周知的強效的腫瘤抑制基因，PTEN是人類癌症中最常發生突變、缺失、下調或沉默的腫瘤抑制基因之一。某些遺傳性PTEN突變可導致以癌症易感性和發育缺陷為特徵的症候群。不過鑑於這個基因的完全喪失會觸發一種不可逆轉的強效的安全機制來阻止癌細 胞增殖，這個基因的兩個拷貝（人類的每個基因有兩個拷貝，一個拷貝來自父本，另一個拷貝來自母本）很少同時受到影響。相反，腫瘤細胞表現出較低水平的PTEN，這就提出了一個問題，即將癌症環境中的PTEN活性恢復到正常水平是否能夠激活這個基因的腫瘤抑制活 性。
為了找到答案，Pandolfi及其同事們鑑定出調節PTEN功能和激活的分子和化合物。Pandolfi團隊在易患癌症的小鼠和人類細胞中進行了一系列實驗後，發現一種稱為WWP1的基因---也已知它在癌症產生中發揮作用---產生一種酶來抑制PTEN的腫瘤抑制活性。如何讓抑制 PTEN的這個酶失活？通過分析這種酶的物理形狀，他們認識到一種小分子---正式命名為吲哚-3-甲醇（indole-3-carbinol, I3C），即一種在西蘭花和其他十字花科蔬菜中發現的成分，可能是抑制WWP1致癌作用的關鍵。
當Pandolfi及其同事們通過給易患癌症的實驗室動物提供I3C來測試這一想法時，他們發現這個在西蘭花中天然存在的成分讓WWP1失活，從而解除WWP1對PTEN的腫瘤抑制活性的抑制。
4.Science：揭示與自閉症相關的神經細胞類型在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校等研究機構的研究人員通過對來自患有自閉症譜系障礙（autism spectrum disorder, ASD）和沒有患有ASD的人的10萬多個死後腦細胞進行核RNA測序，發現這種疾病中遭受異常調節的基因類型和發生這種異常調節的細胞 類型。這些結果有助於將未來的ASD研究的重點縮小到最可能發生的分子和細胞異常。相關研究結果發表在2019年5月17日的Science期刊上，論文標題為「Single-cell genomics identifies cell type–specific molecular changes in autism」。
通過使用新開發的稱為單核RNA測序（single-nucleus RNA sequencing）的測序技術，論文第一作者、加州大學舊金山分校神經學家Arnold Kriegstein實驗室的博士後研究員Dmitry Velmeshev及其同事們檢測了來自15名ASD患者大腦皮層的 5萬多個單個細胞核和來自16 名對照受試者大腦的5萬多個細胞核中的基因表達。
在將單個細胞核自動分離成液滴、對RNA進行條形碼標記和測序之後，所獲得的數據被自動分配給單個細胞（基於它們的條形碼），從而允許基於它們的關鍵標誌基因的表達來確定細胞類型。通過這種方式，Velmeshev團隊能夠檢測出基因表達在ASD患者和對照受試者之間 存在著顯著差別的細胞類型。
他們發現，在ASD患者樣本中，皮層上層中的神經元傾向於表現出最多的基因調節異常，並且參與突觸功能和轉錄的基因受影響最大。在大腦免疫中發揮作用的小膠質細胞在ASD患者中也表現出顯著的基因調節異常，而且小膠質細胞激活基因和發育轉錄因子基因受影響最 大。
5.Science：揭示LMBR1L基因調節淋巴細胞生成機制Wnt/β-連環蛋白信號轉導是哺乳動物發育的關鍵調節因子。在造血系統中，Wnt/β-連環蛋白信號轉導促進造血幹細胞（HSC）的存活和更新以及定向分化為造血祖細胞和淋巴細胞。然而，Wnt/β-連環蛋白的表型效應是較為複雜的，這是因為過量或不足的β-連環蛋白活性具有有害後果。比如，導致Wnt/β-連環蛋白信號轉導水平梯度的亞效或無效Apc等位基因的組合導致HSC在低活化水平下增殖或在高活化水平下HSC池枯竭。其他報導表明，Wnt/β-連環蛋白通路的活化能夠促進淋巴細胞的凋亡並減少處於靜止狀態的HSC數量。
在一項新的研究中，在對影響淋巴細胞生成和免疫反應的突變進行小鼠正向遺傳篩選中，來自美國德克薩斯大學西南醫學中心的研究人員在Lmbr1l基因中鑑定出一種隱性的亞效突變（hypomorphic mutation），這種突變導致血液中的T細胞頻率降低。對Lmbr11突變小鼠的進一步表型分析表明所有淋巴細胞譜系的發育嚴重受損，對疫苗接種的抗體反應受損，細胞毒性T淋巴細胞殺傷活性降低，自然殺傷（NK）細胞功能和對小鼠巨細胞病毒感染的抗性下降。缺乏LMBR1L的T細胞易發生凋亡並且在抗原特異性或穩態擴增信號存在下死亡。他們還發現HSC分化為淋巴預處理多能祖細胞（lymphoid-primed multipotent progenitor, LMPP）和產生T細胞、B細胞和NK細胞的常見淋巴祖細胞群體的能力受到破壞。他們還研究了Lmbr1在淋巴細胞發育中的分子功能。相關研究結果發表在2019年5月10日的Science期刊上，論文標題為「LMBR1L regulates lymphopoiesis through Wnt/β-catenin signaling」。
LMBR1L含有9個跨膜結構域，並且在細胞分級分離實驗中，它在內質網（ER）部分中是最為豐富的。LMBR1L與Wnt/β-連環蛋白信號轉導複合物中的多種成分（包括ZNRF3、LRP6、β-連環蛋白、GSK-3α和GSK-3β）免疫共沉澱，而且也與參與錯誤摺疊蛋白的內質網相關性降解的蛋白--UBAC2、TERA、UBXD8和GP78---免疫共沉澱。
來自Lmbr1l−/−小鼠的原代CD8+ T細胞顯示出β-連環蛋白和成熟形式的Wnt受體FZD6和輔助受體LRP6在表達水平上的增加。這些效應是由於LMBR1L-GP78-UBAC2複合物不能提供信號來讓內質網中的β-連環蛋白、FZD6和LRP6發生降解。類似地，在Gp78−/−原代CD8+ T細胞中檢測到β-連環蛋白和成熟FZD6和LRP6的表達增加。此外，在Lmbr1l−/−原代CD8+ T細胞中觀察到 「破壞複合物（destruction complex）」的多種組分[Axin1、DVL2、β-TrCP、GSK-3α、GSK-3β和CK1]的蛋白表達下降。值得注意的是，Lmbr1l−/−EL4細胞（一種T淋巴瘤細胞系）中β-連環蛋白的敲除在很大程度上恢復了增殖潛能，並減少了由LMBR1L缺乏引起的細胞凋亡。
6.Science：揭示PD-L1/CD80順式相互作用是實現最優T細胞反應所必需的使用免疫檢查點抑制劑免疫療法靶向阻斷PD-1可激活T細胞來破壞腫瘤。PD-1被認為主要作用於T細胞反應的效應階段，而不是作用於T細胞反應的激活階段，但是尚不清楚PD-1在激活階段是如何受到限制的。
在一項新的研究中，來自日本德島大學的研究人員證實CD80與抗原呈遞細胞（APC）表面上的PD-L1發生順式相互作用，從而破壞PD-L1/PD-1結合。隨後，當APC表達大量的CD80時，PD-L1不能夠與PD-1結合來抑制T細胞激活。通過使用PD-L1/CD80順式相互作用不能發生的基 因敲入小鼠，腫瘤免疫反應和自身免疫反應極大地受到PD-1的減弱。這些發現表明APC表面上的CD80限制PD-1共抑制信號，同時促進CD28介導的共刺激，因而這突出表明了誘導最佳免疫反應的關鍵組分。相關研究結果於2019年4月18日在線發表在Science期刊上，論文標題 為「Restriction of PD-1 function by cis-PD-L1/CD80 interactions is required for optimal T cell responses」。
圖片來自Science, 2019, doi:10.1126/science.aav7062。
PD-L1/CD80反式相互作用的鑑定已突出了B7/CD28家族中信號傳導的複雜性，並且被提出可用於解釋癌症免疫療法中PD-1抗體和PD-L1抗體之間的差異。比如，人們已提出PD-L1 抗體可能提供比PD-1抗體更好的臨床功效，這是因為它們除了通過PD-1之外還能夠通過PD-L1和 CD80阻斷抑制信號。然而，迄今為止，PD-1抗體和PD-L1抗體之間的臨床療效尚未發現顯著的差異，並且在T細胞和APC之間發生的PD-L1/CD80反式相互作用的真實重要性是難以捉摸的。在這項新的研究中，這些研究人員證實CD80與相同APC表面上的PD-L1發生順式相互作用 並抑制PD-L1結合PD-1和抑制T細胞激活的能力。儘管如此，這些研究結果並未排除在某些條件下或模型系統中PD-L1和CD80之間可能發生的反式相互作用及其功能。
在這項新的研究中，這些研究人員報導，在原代樹突細胞中，與PD-L1順式結合的CD80強烈地幹擾PD-L1/PD-1結合。此外，他們觀察到PD-L1/CD80順式相互作用強烈地消除了PD-1功能。他們培育出兩種基因敲入小鼠品系，在這些小鼠品系中，PD-L1/CD80順式相互作用受到 特異性削弱，而且他們發現在對外源抗原、腫瘤相關抗原和自身抗原作出的免疫反應期間，PD-1功能受到PD-L1/CD80順式相互作用的持續限制。有趣的是，樹突細胞的PD-1結合能力因使用的TLR激動劑不同而受到不同的調節，這表明PD-1可能根據病原體相關的分子模式在 不同程度上減輕T細胞對病原體作出的免疫反應。
7.Science：大腦齒狀回中新生的神經細胞以兩種方式影響年老的神經細胞在一項新的研究中，來自美國哥倫比亞大學和紐約城市大學等研究機構的研究人員報導在大腦齒狀回中新產生的神經細胞以兩種方式影響年老的神經細胞。相關研究結果發表在2019年5月10日的Science期刊上，論文標題為「Adult-born hippocampal neurons bidirectionally modulate entorhinal inputs into the dentate gyrus」。在這篇論文中，這些研究人員描述了他們在小鼠模型中對神經發生的研究以及他們從中學到了什麼。針對這項新的研究，西班牙塞韋羅-奧喬亞分子生物學中心的María Llorens-Martín在同期 Science期刊上發表了一篇評論類型的文章。
神經科學家們近期才發現成年哺乳動物神經發生存在的證據，而且如今正在開展旨在了解更多信息的研究。在這項新的研究中，這些研究人員試圖更多地了解神經發生在記憶和情緒中的作用。為此，他們利用轉基因小鼠模型通過光遺傳學和對海馬體不同部位的電物理學 記錄進行了多項研究。通過這樣做，他們發現齒狀回中成熟神經元的行為受到附近新生神經元的行為的影響。他們還發現，這些新生神經元的行為似乎受到來自內嗅皮質（位於內側顳葉）的信號的控制。
更具體地說，這些研究人員發現，新生成的神經元---他們稱之為成體新生顆粒細胞（adult-born granule cell, abGC）---依賴於從內嗅皮質的兩個部分之一接收的信號，以不同的方式作出表現。他們解釋道，如果abGC從外側內嗅皮層接收到信號，那麼它們會抑制它們 附近的更為成熟的神經細胞的活動。但是，如果它們從內側內嗅皮層接收信號，它們會做相反的事情，激發年老的神經細胞。
8.Science：揭示癌症患者為何對抗PD-1免疫檢查點阻斷療法作出不同反應在一項新的研究中，來自美國約翰霍普金斯大學和紀念斯隆凱特琳癌症中心等研究機構的研究人員發現癌症患者對抗PD-1免疫檢查點阻斷療法作出不同反應的一些原因。相關研究結果發表在2019年5月3日的Science期刊上，論文標題為「Genetic diversity of tumors with mismatch repair deficiency influences anti–PD-1 immunotherapy response」。在這篇論文中，他們描述了他們使用小鼠模型進行免疫治療的研究以及他們取得的發現。
抗PD-1免疫檢查點阻斷療法是一種旨在協助免疫系統識別和殺死腫瘤的療法。這個想法是讓免疫系統識別和對抗表現出高微衛星不穩定性（microsatellite instability, MSI）的腫瘤 ---這類腫瘤有數百甚至數千個突變，從而導致腫瘤全身轉移。然而，使用這種新療法 的腫瘤學家報導的結果好壞參半。一些患者已看到了良好的治療結果，而其他患者幾乎沒有受益。為了更好地理解為何這種療法在某些患者中有療效但在其他患者中沒有療效，這些研究人員使用具有微衛星不穩定性的小鼠腫瘤模型來比較它們對抗PD反應的不穩定程度和 影響程度。
這些研究人員報導，他們發現MSI的全基因組強度和所產生的突變負荷在錯配修復缺陷腫瘤的進化中發揮了重要作用，並且基於此，也在它們對PD-1免疫療法作出的反應中起著重要作用。他們認為這就是為何這種新療法無法按照預期在某些患者中起作用的原因。他們說， 由於患者突變負荷與微衛星不穩定水平之間的差異，這種新療法的治療結果參差不齊。他們還發現小片段插入和缺失突變所佔比例方面的差異發揮了作用。
這些研究結果表明，不同的患者需要不同的抗PD-1免疫檢查點阻斷療法來有效治療符合條件的患者的癌症。這些研究人員指出在未來，可能能夠通過首先測試突變負荷和微衛星不穩定水平來定製這類療法。
9.Science：破解腺苷酸環化酶三維結構，有助揭示外界信號如何傳導到細胞內部在一項新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院、保羅謝勒研究所和蘇黎世大學的研究人員闡明了一種通過細胞膜將信息傳遞到細胞內部的信號通路的一個重要部分。相關研究結果發表在2019年4月26日的Science期刊上，論文標題為「The structure of a membrane adenylyl cyclase bound to an activated stimulatory G protein」。
圖片來自Paul Scherrer Institute/Markus Fischer。
哺乳動物中的一個重要信號通路由三個組分組成：第一個組分是識別信號並被它激活的受體。第二個組分是所謂的G蛋白，它與活化的受體結合併將信號傳遞給一種或多種效應蛋白。在這種情形下，效應蛋白是腺苷酸環化酶（denylyl cyclase），即這個信號通路的第三 個組分。這種酶被G蛋白的一個亞基激活，並在一種生化反應中產生一種稱為環腺苷酸（cAMP）的第二信使。cAMP引發細胞內的各種反應，比如，在心臟細胞中，它增加了細胞膜對鈣離子的通透性，從而導致心率增加。
在這項新的研究中，這些研究人員藉助於電子顯微鏡研究了一種特殊類型的腺苷酸環化酶，並且在3.4埃的解析度下解析出這種這種類型的膜蛋白的迄今為止最為詳細的三維結構圖。在這項新的研究中，這些研究人員藉助於電子顯微鏡研究了一種特殊類型的腺苷酸環化酶 ，並且在3.4埃的解析度下解析出這種這種類型的膜蛋白的迄今為止最為詳細的三維結構圖。
10.Science：從結構上揭示當細胞遭受應激時eIF2阻止蛋白表達機制在一項新的研究中，來自日本理化研究所生物系統動力學研究中心的研究人員開發出一種預防神經退行性疾病的工具。他們展示了一種觀察當細胞遭受應激時通過eIF2B調控eIF2激活的分子機制的方法。相關研究結果發表在2019年5月3日的Science期刊上，論文標題 為「Structural basis for eIF2B inhibition in integrated stress response」。他們在這篇論文中描述了他們通過使用低溫電鏡更好地了解細胞在遭受應激時會發生什麼。
之前的研究已表明當細胞「感知」應激時，翻譯起始因子eIF2被磷酸化。在正常情況下，eIF2由另一種翻譯起始因子eIF2B激活。但是，當細胞處於應激狀態並且eIF2被磷酸化時，eIF2B的功能受到抑制，從而阻止蛋白翻譯。科學家們一直在努力了解因應激導致的翻譯中 斷所涉及的分子機制，但是eIF2B激活eIF2的方式仍然未知。在這項新的研究中，這些研究人員找到了一種方法來查看細胞核內部，以便觀察在遭受應激期間蛋白合成停止時實際發生了什麼。
這些研究人員使用低溫電鏡觀察了eIF2和eIF2B的結構。通過這樣做，他們發現當與eIF2B結合時，eIF2的定向差異很大，這取決於eIF2是否被磷酸化。他們還發現eIF2B具有雙重對稱結構，而且eIF2的磷酸化可被認為是一種不僅阻止磷酸化eIF2激活而且還阻止其他翻譯起 始因子激活的機制。（生物谷 Bioon.com）