本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合；

11月30日《Nature》

封面故事：中心体组装方式的实验观测

中心体是杆状的细胞器，对多数真核生物和动物细胞中的复制至关重要，它们有一个9-重的对称结构和一个谜一样的复制模式。虽然科学家对成熟中心体的结构进行了广泛研究，但对它们是怎样组装的却知之甚少；尽管很多中心体蛋白已经被识别出来，但它们的功能却很模糊。现在，研究人员利用电子断层扫描方法对线虫中中心体的组装进行了超微结构跟踪分析。组装是从一个中心管的形成开始的，通过该管的伸长向前进行，以微管单体组装进该中心管中结束。研究人员还提出了中心体复制的一个路径，在该路径中SPD-2, ZYG-1 和SAS蛋白是依次发挥作用的。这些蛋白中有些在人类中保留了下来，说明这一机制也在其他含有中心体的生物中发挥作用。封面中央的图片所示为一个微管单体，它正在向一个“子中心体管”（daughter centriole tube）上组装。

关于T3SS作用机制的最新研究成果

第三类分泌体系（T3SS）是一种细胞器，其作用是将细菌蛋白送进真核细胞中。这些细胞器是首先在病原体中发现的，基因组扫描显示，它们在很多其他细菌中也存在，后者对动植物来说都是共生的或致病的。Jorge Galán 和Hans Wolf-Watz对关于T3SS作用机制的最新研究工作进行了综述。这种细胞器在病原性细菌中所起的作用使其成为新型抗菌方法的一个可能的目标，也许还可利用它们来输送不同的蛋白，用于治疗或免疫目的。

治疗“杜兴肌营养不良”的干细胞移植动物试验

对“杜兴肌营养不良”仍然没有有效治疗方法，但本期Nature 上报告的研究工作识别出了一个对今后干细胞疗法来说很有希望的细胞类型，并且确定了用这些细胞进行临床实验的一个逻辑基础。在这项工作中，研究人员对一种金黄色肌营养不良猎狗成功进行了野生型犬Mesoangioblast（与血管有关的干细胞）的移植。这种猎犬是惟一与人类病理相关的大型动物肌营养不良模型。移植的肌肉的结构和功能有极大改善，抗肌营养不良蛋白(Dystrophin)在近70%的肌肉纤维中表达，自然运动能力也有了前所未有的提高。

“湾流”在历史上对气候的影响

“湾流”（Gulf Stream）在气候系统中扮演一个关键角色，它能将大量热和盐输入北大西洋，这股洋流发生变化的可能性是妨碍对未来气候变化进行预测的主要不确定因素之一。因为仪器记录只覆盖过去50年，所以我们关于长时间尺度上“湾流”行为的知识在很大程度上依赖于过去变化的地质记录。现在，对来自佛罗里达海峡（“湾流”从这里进入北大西洋）的沉积芯所做的一项分析，被用来重建过去1000年的一个记录。结果表明，“湾流”在“小冰期”（公元1200-1850年）（一个在北大西洋地区、尤其是欧洲异常寒冷的时期）被削弱，这意味着大西洋环流的变化在历史时期曾对气候有影响。

一种反映另类拼接过程调控方式的新型RNA图

另类拼接过程的存在，能使一个基因产生多种蛋白。现在，一种新型RNA图，反映了短的RNA片段是怎样影响另类拼接过程在大脑中被控制的方式的。研究人员知道，另类拼接过程为大脑中所发生的过程增添一层复杂性，但它到底是怎样被调控的（有时会失控而引起疾病）却仍然不清楚。该新型RNA图将生物信息学、生物化学和遗传学方法结合起来确定一组规则，按照这些规则，Nova基因调控小鼠体内神经元特有的RNA结合蛋白的拼接增强子或沉寂子的活性。这些结果有助于我们了解学习和记忆等大脑功能以及神经疾病和癌症生物学。

世界上最古老的模拟计算机

“Antikythera Mechanism”是一个复杂的青铜机械装置，是1900年在希腊Antikythera岛附近一艘货船的残骸中发现的，发现时已经破碎。该装置建于公元前2世纪末，含有30个青铜齿轮和很多反映天象的文字。这个装置在技术上要比至少1000年之后的任何已知装置都复杂。它能计算天体信息，起一个月-日历的作用，但其具体的功能仍然有争议。现在，一个英国和希腊联合研究小组根据对遗留下来的碎片进行表面成像和高精度X-射线断层扫描研究重建了这个装置。重建的该装置让我们看到了其齿轮是怎样发挥功能的，并且将其上面已解译的文字的数量增加了一倍。这个装置似乎是对太阳/月亮/地球系统的一个复杂的预测装置，有理由被认为是世界上已知最古老的模拟计算机。

细胞衰老与肿瘤形成之间的多层次关系

癌症普遍被认为是失控的细胞增殖，但在很多癌症的早期阶段。致癌基因的表达与细胞衰老有关。现在，研究人员已经找到了对这一现象的一个可能的解释。两个小组报告了由致癌基因诱导的衰老与DNA损伤响应之间的一个联系。被激发的致癌基因能引起异常的DNA复制，从而引起DNA损伤，后者又能导致细胞衰老。细胞衰老以前被发现在活体中是肿瘤形成的一个障碍，所以由致癌基因诱导的衰老可能是对癌症的一种先天性防御。但其效果却经常因进一步的突变而丧失。了解细胞衰老与肿瘤形成之间的多层次关系，可能有助于开发基于衰老标记的诊断和预后工具。

遗传表达“噪音”的持续观测

遗传上相同的细胞在一个给定的时间产生不同水平的一种给定的蛋白。遗传表达上的这种噪音，被认为与包括细胞命运的确定及抗药性的产生在内的各种不同重要过程有关。迄今为止，该现象只在微生物种群“短暂”地直接观测到。但本期Nature上发表的一项研究取得了突破，研究人员对人类癌细胞中这种噪音随时间的变化动态进行了跟踪观测，并对不同蛋白进行比较。该工作令人吃惊地显示了各个细胞状态的持久的“记忆”，这种记忆在培养中能持续两代以上。这一根本性的结果可能是人类细胞对药物的不同的、延迟的响应的基础。

12月1日《Science》

孕酮是乳腺癌的罪魁祸首？
用小鼠做的实验提出，BRCA1基因突变导致乳腺癌的部分途径是通过荷尔蒙孕酮对细胞信号的作用。该基因的突变极大地增加了妇女患乳腺癌和卵巢癌的风险。一个重要的、但是还没有解决的问题是，为什么这些突变主要影响响应荷尔蒙的组织，尽管突变在身体大多部分中都表达。Aleksandra Jovanovic Poole和同事研究了缺少Brca1 和p53的基因改造小鼠，它们是乳腺癌的试验模式动物。研究人员发现，这些小鼠的乳腺上皮细胞中积累了大量的孕酮受体而且异常增生。用阻碍孕酮的药物mifepristone (RU 486)治疗小鼠防止或推迟了乳腺肿瘤的发展。文章作者说，他们的结果提出了在携带BRCA1变异的妇女中用抗孕酮药物防御乳腺和卵巢癌的可能性。
报告： Prevention of Brca1-Mediated Mammary Tumorigenesis in Mice by a Progesterone Antagonist , Aleksandra Jovanovic Poole, et al.

原始森林是重要的碳汇？
一项新研究提出，中国南方的一个原始森林从大气中吸收二氧化碳的量比对估计的要多。传统上认为，原始森林作为碳汇的意义不大，因为原始森林所吸收的碳称认为与森林中其它生物体降解有机物所释放的碳基本平衡，这个过程被称为"呼吸"。周国逸和同事测量了中国广东省的鼎湖山森林自然保护区原始森林土壤层中有机碳的水平。他们报告说，从1979到2003年中土壤积累的大气碳的速度比期待值高，造成这个增加的原因现在还不清楚，作者说他们的发现指出了进一步研究原始森林对全球环境变化的复杂响应的必要性。
简报：Old-Growth Forests Can Accumulate Carbon in Soils, Guoyi Zhou, et al.

繁殖力更强的雄性动物生更多的雄性后代
研究显示，在野外有蹄动物后代的性别比通常取决于雌性的条件，条件好的雌性生的雄性比雌性多。确定雄性是否也影响性别比要困难得多。Montserrat Gomendio和同事检验了雄性繁殖力对性别比的影响。他们把从自然种群中采集的精子人工受精给家养的雌性。这些雌性都很健康，也都有充足的饲料，以尽量减小雌性对性别比变化的影响。研究人员发现，从精子质量的估计，繁殖力更高的雄性生殖更多的雄性后代，而繁殖力相对低的雄性生殖更多的雌性后代。这些发现为我们对了解野生种群中的性别比的进化提供了一个新视角。
报告：Male Fertility and Sex Ratio at Birth in Red Deer, Montserrat Gomendio, et al.

气候变暖增强了印度的季风
研究人员报告说，印度中部的极端季风降雨事件从1951年到2000年间变得更常见。大多数气候模型预测极端降雨事件随着空气温度的升高将变得更常见，但是对这个趋势的观测还很少。B.N. Goswami和同事分析了印度中部的一组降雨数据，发现在20世纪的下半叶强降雨事件的频率和强度都增加了，而且小到中雨发生的频率降低了，因为这两个趋势的相互抵消，平均降雨量的纪录没有表现出大的变化，研究人员说。他们预测如果全球变暖像估计的那样继续的话，印度的强降雨事件将会更普遍。
报告：Increasing Trend of Extreme Rain Events Over India in a Warming Environment, B. N. Goswami, V. Venugopal, D. Sengupta, M. S. Madhusoodanan, and Prince K. Xavier

可能比太阳老的陨石
当落在Tagish湖的陨石2000年前撞到加拿大不列颠哥伦比亚省时，随它而来的有不少碳质的碎片，非常适合研究。这些陨石样品有带有富碳壳的、极小的空心球。Keiko Nakamura-Messenger和她的小组测量了这些碳纳米球中的氮-15与氮-14以及重氢与氢的同位素比，发现这些比率比陨石其他物质中的这些同位素比高得多。这些同位素比表明这些球是在极低的温度下形成的，大约是10到20开氏度，这样低的温度是冷分子云的特征。研究人员写道，这个陨石可能来自柯伊伯带的外部、或是来自超出太阳和初期行星系统影响的先前冷分子云。
报告：Organic Globules in the Tagish Lake Meteorite: Remnants of the Protosolar Disk, Keiko Nakamura-Messenger, Scott Messenger, Lindsay P. Keller, Simon J. Clemett, and Michael E. Zolensky

本期专题部分：细胞信号传导
本期细胞信号传导专题部分介绍了《科学》的信号转导知识环境数据库中细胞信号的最新或最近更新的信号转导通道。细胞生物学中的信号转导指细胞响应它们内部或外部环境所发生的生物化学过程。本期三篇研究评述描述了受体信号传导的三个范例。受体是蛋白，通常位于细胞的表面，它们接受细胞外的信号，启动一个使细胞响应信号的级联放大。
（生物通：万纹）