本期《自然》《科学》精选

8月末《自然》《科学》精选

　　

8月24日Nature

封面故事：与感知酸味有关的离子通道被发现

近年来，研究人员发现了哺乳动物5个基本味觉中3个的分子机制，它们分别是甜味、鲜味（谷氨酸单钠的一种味道）和苦味。其他两种味觉（即酸味和咸味）的分子机制却捉摸不定。现在，研究人员发现，PKD2L1离子通道是哺乳动物一个候选的酸味传感器。 PKD2L1 (一种多囊肾病类的离子通道)在舌头上一个亚组的受体细胞中表达，这个亚组的受体细胞与主管甜味、苦味和鲜味的受体细胞明显不同。它还存在于脊髓中央管道周围的神经元中，这些神经元会响应于细胞外pH值的下降而诱发行动势。这些细胞可能是科学家长期寻找的脑脊髓液体化学传感系统的构成部分。这项工作为很不相同的生理条件下酸味的感觉指出了一个共同的基础。在本期封面图片上，舌头组织中感知甜味、鲜味和苦味的味蕾标记为绿色，感知酸味的味蕾标记为红色。

RNAi诱导的转录沉寂的多代遗传

决定RNA干涉（RNAi）治疗潜力的一个重要因素是其抑制效应的寿命。以前，RNAi诱导的转录沉寂作用的遗传只在一代小鼠身上被发现。现在，研究人员发现，线虫Caenorhabditis elegans的一次RNAi所诱发的转录沉寂作用，能在没有这种诱发因素和没有RNAi机器的情况下，在有性生殖所产生的后代中无限制地遗传下去。

关于受损DNA修复的新模型

关于大肠杆菌中受损DNA的修复的一个新模型，有可能解决早先观测结果和模型中所存在的矛盾。未修复的DNA病灶可阻断基因组复制，所以细胞已经形成了防卫机制，来在复制机器碰到这种病灶时对付它们。在大肠杆菌中，这个过程涉及pol V（一种专门的DNA聚合酶）和RecA（一种DNA修复蛋白）。以前的研究工作表明，RecA结合到一个单链DNA（ssDNA）上，与病灶在同一条链上，刺激pol V在受损的模板上合成DNA。但是现在，Schlacher发现，RecA事实上结合到一个不同的同源ssDNA上，并激发对面链上的pol V，而不是在被复制的链上的pol V。

能引起痴呆的突变

两组神经科学家发现，为一种生长因子编码的progranulin基因所发生的一个突变，能引起“额颞叶痴呆症”(FTD)。该疾病是65岁以下人群中第二种最常见的痴呆形式，能够损坏记忆和个性，而且还可能影响运动。这一发现也许可帮助解决关于该疾病病因的困惑：以前的研究工作表明，一个相邻的被称为“与微管相关的tau蛋白”的基因中所发生的突变与某些FTD病例有关，但并不是与全部FTD病例有关。

中心体复制与染色体分离

中心体每个细胞周期只复制一次，所以在细胞周期开始有一个中心体，而在有丝分裂中有两个。这一过程中的缺陷能引起基因组不稳定，甚至癌症。一项体外研究表明，在细胞控制中心体复制的方式与染色体分离之间存在一个惊人的相似性。中心体中的中心粒对在有丝分裂的最后分开，这是一个需要分离酶的过程。分离酶是姐妹染色单体在有丝分裂中分离时所涉及的一种蛋白酶。分开的中心粒是下一个细胞周期中复制过程的一个基质。新复制的中心粒是成对的，所以它们在通过有丝分裂之前是不能再次复制的，而在通过有丝分裂之后，它们就可以通过由分离酶调控的分离过程进行复制。这项工作揭示了导致每个周期只有一次复制的两个细胞过程背后的一个共同机制。

神经元的增添怎样影响大脑功能

成年大脑会不断增添新的神经元，但这一现象怎样影响大脑功能却不清楚。Tashiro等人通过研究一项新的单细胞基因剔除技术，发现选择让哪些新神经元存活取决于它们的突触输入。该发现为在学习和记忆过程中新的、但却一致的神经回路的建立提供了一个可能的机制。在上图中，成年齿状脑回中的新神经元通过绿色荧光蛋白由逆转录酶病毒调控的表达而显示出来，通过对神经核蛋白（NeuN）进行免疫染色（红色），齿状颗粒和CA3锥形细胞层被显示了出来。

8月25日Science

早期哺乳动物的牙齿特征
来自俄罗斯一考古点的单个牙齿化石提示，一个所有哺乳动物都有的牙齿特征在1.3亿年前的早白垩纪就已经进化出来。哺乳动物上臼齿的尖部与对应的下臼齿的凹部相配，很像研杵与研钵的匹配。这个特有结构给予哺乳动物压碎和研磨食物的能力，同时也使它们能用牙撕裂和切断食物。这个结构的研钵部分已被发现在过去找到的其他早期哺乳动物牙化石上存在，现在Alexey Lopatin和Alexander Averianov描述了新的上臼齿有的重要的研杵部分。在本期这篇简报中，研究人员讨论了这一新发现可能如何改变人们对早期哺乳动物进化的认识。
报告：An Aegialodontid Upper Molar and the Evolution of Mammal Dentition, Alexey V. Lopatin and Alexander O. Averianov

叶子化石虫咬痕迹记录灭绝事件后的进化
研究人员报告说，在一次大规模的物种灭绝发生后，有些植物和吃植物的昆虫的多样性也许不是相互依赖的。正如R. L. Kitching在一篇相关的研究评述中指出的，过去的研究曾提出，吃植物的昆虫的多样性也许与它们能吃到植物的多样性有直接关系。但是这项Peter Wilf和同事做的新研究使这个问题变得更复杂。文章作者研究了6500万年前白垩纪末期灭绝事件的几百万年后的几千个被虫子咬过的叶子化石。许多食植物的虫子对叶子有特有的损坏，从而在叶子化石上留下了它们的标志，使研究人员得以同时分析史前昆虫与植物的多样性。文章作者报告说，在大多数情况下，灭绝事件后植物和昆虫的多样性都相对较低，但是有两个重要的特例，表现出植物和昆虫的相对高的多样性。这使研究人员们得出结论，在有一段时间中在某些地点，植物看起来是在不被昆虫食用的情况下进化的，在另一些地方，尽管没有植物的多样性，昆虫也得以进化。
报告：Decoupled Plant and Insect Diversity After the End-Cretaceous Extinction, Peter Wilf, Conrad C. Labandeira, Kirk R. Johnson, and Beth Ellis
研究评述：Crafting the Pieces of the Diversity Jigsaw Puzzle, R. L. Kitching

"化学伴随物质"类药物能治小鼠的糖尿病

研究人员报告说，某些帮助细胞完成新合成的蛋白的最后修饰的药物能保护小鼠不环2型糖尿病。如果这些药物在人体中同样工作，它们也许能为治疗人类的2型糖尿病提供新线索。过去的研究发现，肥胖症激发细胞的内质网(ER)的应激，该网在蛋白质折叠和运输上有作用。而ER应激转过来打乱身体的胰岛素信号系统。Umut Ozcan 和同事研究了一类名为"化学伴随物质"的、使ER功能正常化的药物，在2型糖尿病的小鼠模式中是否有治疗作用。在遗传肥胖和患糖尿病的小鼠中，该药物治疗了血糖过高症，恢复了对胰岛素的敏感性，研究人员报告说。他们注意到这些药物在其他临床试验中已被证明是安全的。
报告：Chemical Chaperones Reduce ER Stress and Restore Glucose Homeostasis in a Mouse Model of Type 2 Diabetes, Umut Ozcan, et al.

学习加强了神经元的连接
两项研究也许为我们的大脑通过名为"长时程增强(LTP)"的过程存贮记忆提供了最终的实验证据。LTP指大脑皮层中连接神经元的"突触"强度的持续增加，LTP是30多年前发现的，吸引了众多科学家对其作为学习和记忆机制的研究，但是一直没有人能直接揭示LTP的确是由学习导致的。一篇相关的研究评述简单描述了LTP假说的两个关键的预测：大脑的海马区域中的学习应该带来LTP，而且在学习一个任务后抑制LTP应该将这个任务的记忆消除。Jonathan Whitlock和同事现在为第一个预测提供了证据。他们让大鼠在学习避免进入一个隔间，大鼠在隔间曾受到轻度电击，研究纪录了大鼠学习之前与之后的海马电活动。他们在记录电极的一部分中观察到了LTP。在另一项研究中，Eva Pastalkova和同事用一个消除突触增强的名位ZIP的肽来检验第二个预测。他们首先训练大鼠在一个旋转的平台上避免一个受电击的区域，但是在给动物注射ZIP后，它们不再避免这个电击区域。
研究文章：Learning Induces Long-Term Potentiation in the Hippocampus, Jonathan R. Whitlock, Arnold J. Heynen, Marshall G. Shuler, and Mark F. Bear
报告：Storage of Spatial Information by the Maintenance Mechanism of LTP, Eva Pastalkova, et al.

 

DNA损坏哨兵与p53蛋白的关系

研究人员搞清楚了DNA损坏哨兵ATM（该蛋白在共济失调毛细血管扩张症患者身上有突变）与无处不有的肿瘤抑制蛋白p53之间的关系，搞清楚这两者间的关系也许能帮助解释为什么为什么患共济失调毛细血管扩张症的人患癌症的风险增加。David Dornan和同事显示，ATM对p53的作用是通过一个叫COP1的酶实现的。在通常情况下，COP1降解p53, 降低活跃的肿瘤抑制因子的数量。但是，当ATM检测到DNA损坏后，它改变COP1酶的作用，使该酶不再降解p53，而转变为降解自身。研究人员发现，如果这个混合中没有COP1，p53会响应DNA的损坏从而增多。
报告：ATM Engages Autodegradation of the E3 Ubiquitin Ligase COP1 After DNA Damage, David Dornan, et al.

本期专题部分：淡水资源
世界上近五分之一的人口没有安全的饮用水，超过三分之一的人口面临的卫生条件不令人满意。每年有超过150万的儿童死于腹泻，这些数据给本期的全球淡水问题提供了一些背景，淡水在发达国家经常被当成理所当然的东西。来自日本、瑞士、以色列、和美国的一组综述和研究评述，加上几篇特别新闻报道，介绍了世界各地致力于获得和维持淡水资源的科学和工程的努力。
专题介绍：A Thirsty World, Jake Yeston, Robert Coontz, Jesse Smith, and Caroline Ash