您现在在位置: » 内容
2017年6月30日Science期刊精华
作者: 来源: 2017-07-08





1.Science:重磅!抑制大脑中的腺苷有望提高你的语言和音乐学习能力
doi:10.1126/science.aaf4612

学习语言或音乐对儿童而言通常比较容易,但是连年轻人都知道,这种能力随着年龄的增加显著下降。作为一种神经调节物,腺苷是大脑中的一种关键性的化学信使。在一项新的研究中,来自美国圣犹大儿童研究医院等研究机构的研究人员证实限制一种被称作听觉丘脑(auditory thalamus)的大脑结构中的腺苷的供应或功能会让成年小鼠像婴幼儿从接触的声音中进行学习那样,保持从它们被动接触的声音中进行学习的能力。相关研究结果发表在2017年6月30日的Science期刊上,论文标题为“Restoring auditory cortex plasticity in adult mice by restricting thalamic adenosine signaling”。

这些研究人员证实当听觉丘脑中的腺苷下降或A1受体受到阻断时,被动地接触一种音调的成年小鼠非常像婴幼儿仅是通过听到的东西来学习语言那样,当这种音调在几周或几个月后播放时会对它作出更强的反应。这些成年小鼠也获得区分非常接近的音调(或者说具有类似频率的音调)的能力。在正常情形下,小鼠通常缺乏这种音调识别力。

在这些研究人员用来抑制腺苷活性的策略当中,实验性化合物FR194921选择性地阻断A1受体。通过在声音接触时使用这种化合物,它恢复了成年小鼠的听觉学习能力。

Zakharenko和他的同事们也将听觉学习能力的年龄相关下降与参与听觉丘脑中的腺苷产生的胞外-5’-核苷酸酶(ecto-5'-nucleotidase)的年龄相关上升关联在一起。他们报道成年小鼠在听觉丘脑中具有比新生小鼠更高水平的胞外-5’-核苷酸酶和腺苷。剔除这种酶会将成年小鼠中的腺苷水平恢复到新生小鼠中的水平。因此,他们当前正在寻找靶向胞外-5’-核苷酸酶的化合物作为一种延长听觉学习时间窗口的替代性方法。

2.Science:揭示脊髓准确发育的机制
doi:10.1126/science.aam5887

在一项新的研究中,来自英国弗朗西斯-克里克研究所、奥地利科学技术学院和瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员报道,在正在发育的小鼠胚胎内,注定要变成神经细胞的神经祖细胞(neural progenitor cell, NPC)利用两种不同的从脊髓相对的侧边(腹侧和背侧)进行扩散的形态发生素(morphogen)信号准确地测定它们的位置。基于此,它们转化为正确的神经细胞类型。相关研究结果发表在2017年6月30日的Science期刊上,论文标题为“Decoding of position in the developing neural tube from antiparallel morphogen gradients”。

这些研究人员发现这两种起源自体内腹侧和背侧的信号水平影响发育中的神经细胞的基因活性。基于早期发育中的这种基因活性,这些神经祖细胞转化为脊髓中某个位置的正确的神经细胞类型。

3.Science:较远处的大脑区域选择性招募神经干细胞
doi:10.1126/science.aal3839

神经干细胞持续存在于成年哺乳动物大脑中,并且在一生当中产生新的神经元。在一项新的研究中,来自美国哥伦比亚大学和瑞士巴塞尔大学的研究人员报道远距离的大脑连接能够靶向干细胞微环境中不同的神经干细胞群体,并且促进它们发生分化,产生特定的嗅球神经元亚型。这允许在成年大脑中“按需”产生特定类型的神经元。相关研究结果于2017年6月15日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Hypothalamic regulation of regionally distinct adult neural stem cells and neurogenesis”。

我们的大脑在一生当中产生新的神经元。多种刺激信号促进这种微环境中的神经干细胞形成迁移到它们的作用部位的神经元。在一种模式小鼠中,巴塞尔大学生物中心的Fiona Doetsch教授及其团队如今能够证实作为对进食作出的反应,下丘脑中的进食相关神经元促进不同类型的神经干细胞增殖和成熟为特定的神经细胞。下丘脑是很多生理学功能的大脑控制中心。

4.Science:鉴定出协助花香释放的基因PhABCG1
doi:10.1126/science.aan0826; doi:10.1126/science.aan8291 

在一项新的研究中,来自美国普渡大学、荷兰阿姆斯特丹大学和法语天主教鲁汶大学的研究人员分离出一种协助开花植物中的挥发性化学物释放的蛋白的编码基因。在他们发表在Science期刊上标题为“Emission of volatile organic compounds from petunia flowers is facilitated by an ABC transporter”的论文中,他们描述了他们如何分离这种基因和证实它负责产生这种载体蛋白。针对这项研究,来自德国马克斯-普朗克化学生态学研究所的Franziska Eberl和Jonathan Gershenzon在同期Science期刊上发表一篇标题为“Releasing plant volatiles, as simple as ABC”的观点类型文章,概述了他们的发现和这项研究可能对植物研究领域的影响。

鉴于植物在其他的活动中利用三磷酸腺苷结合盒转运蛋白(adenosine triphosphate -binding cassette transporter, ABC转运蛋白)作为转运机制,这些研究人员在矮牵牛(Petunia hybrida)中研究了ABC转运蛋白。特别地,他们报道他们在PhABCG1基因中发现了这样的一种序列。在猜测它负责产生能够携带挥发性化学物通过细胞膜的蛋白之后,他们在矮牵牛的一些花朵中让这种基因失活,结果发现挥发性化学物的释放下降了大约50%。与此同时,这些挥发性化学物停留在这些花朵中的浓度显著地增加,这就证实他们解决了挥发性化合物如何被转运和释放的谜团。

5.新烟碱类杀虫剂对蜜蜂有害,欧盟已禁止使用
doi:10.1126/science.aaa1190; doi:10.1126/science.aam7470; doi:10.1126/science.aan6173; doi:10.1126/science.356.6345.1321

多年来,科学家们一直在收集旨在让害虫避开农作物的新烟碱类杀虫剂(neonicotinoid insecticides)也会伤害重要的传粉者---蜜蜂的证据。但是实验室研究存在局限性,而且对真实世界的模拟也是缺乏的。近期两项发表在Science期刊上的大型野外研究在很大程度上证实了新烟碱类杀虫剂对蜜蜂是有害的。

一项由英国生态与水文中心首席科学家Richard Pywell领导的在三个国家(德国、匈牙利和英国)开展的欧洲野外研究(以下称欧洲研究)报道接触新烟碱类杀虫剂通常会降低蜜蜂(honey bee)在冬天存活下来的能力和降低野生蜂(wild bees)的繁殖成功率。约克大学研究员AmroZayed领导的一项在加拿大开展的研究(以下称加拿大研究)证实野生蜂接触的新烟碱类杀虫剂剂量与这些科学家们在实验室中一直在使用的这种杀虫剂剂量相类似。

在这项欧洲研究中,Pywell和他的团队在英国、德国和匈牙利的多个地方,找出了三块不同的田地种植油菜:一块田地接受一种被称作噻虫胺(clothianidin)的新烟碱类杀虫剂处理,一块田地接受一种被称作噻虫嗪(thiamethoxam)的新烟碱类杀虫剂处理,一块田地作为对照,不接受杀虫剂处理。为了最好地评估这些杀虫剂,这些研究人员使用了它们在真实世界农业生产中通常使用的浓度。

在春季,当这种农作物开花时,他们在田地里放入蜜蜂(Apis mellifera)和两种野生蜂---大黄蜂(Bombus terrestris)和红壁蜂(Osmia bicornis)---群体,并且整个开花期间让它们呆在那里。此后,他们将这些这些试验田中的这些蜜蜂和野生蜂清理走。就这样,在夏季,他们仔细分析了大黄蜂和独栖的红壁蜂蜂巢,以便分析这些野生蜂的繁殖适合度(reproductive fitness)。他们还将所有的蜜蜂迁移到另一个含有非农作物植物资源的地方,继续在整个冬季和下一个历年监控它们的健康。

这些研究人员测试对接触新烟碱类杀虫剂如何影响蜜蜂在冬季存活下来的能力感兴趣,因为这是这种蜜蜂群体健康的关键。在匈牙利,接触过噻虫胺的蜜蜂群体在冬季过后比对照蜜蜂群体少24%的工蜂。在英国,蜜蜂群体死亡率是如此之高(众多蜜蜂群体被完全消灭,这其中也包括很多对照蜜蜂群体)以至于他们不能够利用统计学手段进行分析。另一方面,在德国,接触新烟碱类杀虫剂似乎并不影响蜜蜂在冬季存活下来的能力。

这些研究人员认为这种差异可能与饮食相关。Pywell说,“在匈牙利和英国,我们发现了新烟碱类杀虫剂的这种负面影响,而且花粉载量分析结果提示着在这两个国家,油菜在蜜蜂饮食中所占的比例高于德国。”他补充道,“我们认为这实际上会影响蜜蜂接触的新烟碱类杀虫剂数量。”此外,他说,英国和匈牙利具有比德国更多的蜜蜂疾病。 

对大黄蜂和红壁蜂而言,Pywell和他的团队也研究了蜂巢中的新烟碱类杀虫剂残留与繁殖成功率(对大黄蜂而言,指的是蜂王产生;对独栖的红壁蜂而言,指的是产卵)之间的关联性。他们发现这种繁殖成功率与来自更大地方的新烟碱类杀虫剂总残留量存在一种负面的关系。

在这项加拿大研究中,Zayed和他的团队对测定蜜蜂在野外接触到的新烟碱类杀虫剂水平感兴趣。他们将蜜蜂群体放在接受过新烟碱类杀虫剂处理的玉米较近或较远的地方,随后在整个养蜂季节,针对200多种杀虫剂,测试了蜜蜂、花粉和花蜜中存在哪些。

这些研究人员发现这些蜜蜂不是从附近的接受过杀虫剂处理的农作物而是从往往生活在农作物附近的野花中采集受到新烟碱类杀虫剂污染的花粉,这是因为新烟碱类杀虫剂是水溶性的,会进入水源,因而就进入未接受处理的植物中。这些野外研究数据表明之前的实验室让蜜蜂接触到“野外真实的”杀虫剂水平。

一旦这些研究人员确定了蜜蜂在野外接触到的杀虫剂水平,他们就在实验中让这些蜜蜂接触含有类似水平的噻虫胺的人工花粉,研究了这对蜜蜂健康的影响。喂食受到新烟碱类杀虫剂污染的蜜蜂要比未接触这种杀虫剂的对照蜜蜂在更年轻时死掉,而且也表现出更少的“卫生行为(hygienic behavior)”,这就是说在感染能够传播之前,应从蜂巢中移除患病的或死亡的蜜蜂。相比于对照蜜蜂群体,喂食受到新烟碱类杀虫剂污染的花粉的蜜蜂群体更不可能具有产卵的蜜蜂女王。

6.Science:植物多样性在全球水平上随着负密度依赖性增加而增加
doi:10.1126/science.aam5678

理论预测热带地区存在的更高生物多样性是由植物和它们的天然敌人之间的特定相互作用维持的。这些相互作用会导致同种负密度依赖性(conspecific negative density dependence, CNDD)。通过利用世界上24个森林地带的3000多种物种和将近240万棵树,Joseph A. LaManna等人证实树物种多样性的全球分布模式不仅反映着热带地区比温带地区具有更强的CNDD,而且也反映着CNDD和物种丰度之间的关系存在着维度变化。罕见物种在在热带地区的CNDD比温带地区更强,这潜在地导致罕见物种在热带地区存在更大的数量。他们揭示出局部的生物相互作用性质存在着根本的区别,这些区别维持着热带地区和温带地区的物种多样性。

7.Science:利用点击化学对靶向表观遗传药物进行临床前评估
doi:10.1126/science.aal2066

在临床前模型中表现出希望的药物经常在临床试验中失败了,这部分上是因为人们对药物在细胞内和组织中的定位的了解是有效的。在一项概念验证的研究中,Dean S. Tyler等人利用点击化学(click chemistry)方法对BET溴区抑制剂(一类基于表观遗传的药物)进行修饰,构建出功能上保守的化合物,从而能够在体外和体内将它们作为分子探针(也称作点击探针)进行使用。他们利用点击蛋白组学(click proteomics)和点击测序(click sequencing)探究了蛋白BRD4(溴区包含蛋白4)的基因调节功能和BET抑制剂诱导的转录变化。在针对急性白血病小鼠模型的研究中,他们利用高分辨率显微镜和流式细胞仪突出显示药物对不同的组织区域中的肿瘤细胞的活性存在异质性。他们在体内也证实这些点击探针在正常细胞和恶性肿瘤细胞中存在着不同的分布和影响,从而揭示出药物在脾脏和骨髓(白血病细胞的两个组织来源)中存在不同程度的聚集。

8.Science:解析出具有pp150外被层的HCMV衣壳原子结构
doi:10.1126/science.aam6892

疱疹病毒具有受到基因组压力的衣壳。人巨细胞病毒(HCMV)是迄今为止最大的疱疹病毒,它的基因组大小为0.235Mb。然而,相比于其他的疱疹病毒,HCMV具有更小的衣壳。针对这一点,人们在此之前并不清楚它的衣壳是如何保持稳定的。在一项新的研究中,Xuekui Yu等人报道了HCMV的原子结构,该结构由疱疹病毒保守的衣壳蛋白MCP、Tri1、Tri2、SCP和HCMV特异性的被膜蛋白pp150组成,总共有大约4000个分子和62种不同的构象异构体(conformer)。作为一种蛋白复合体,MCP明显地在一个类似噬菌体HK97 gp5的结构域周围插入,从而产生三类确定衣壳层界限的相互作用;三聚体,由两个Tri2构象异构体和一个Tri1组成,扣住这种衣壳层。HCMV特异性的策略包括利用六邻体(hexon)通道容纳它的基因组,并且利用pp150螺旋束通过四个半胱氨酸与SCP之间的相互作用抓紧这个衣壳。这种结构应当有助合理地设计抵抗HCMV、其他的疱症病毒和甚至HIV病毒的措施。