本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

9月7日Nature

本期（9月7日）《自然》杂志上发表的文章中，与生物、医药领域有关的文章多达7篇。其中两篇为生物分子结构的研究成果。本期的封面故事是有关精子生成因子的最新发现。

封面故事：影响精子生成的因子

利用基因组学方法对线虫（Caenorhabditis elegans）所做的一项研究工作，识别出了DNA压缩、染色体分离和生育能力所需要的专门针对精子生成的因子，其中很多会引起小鼠雄性不育。该研究所获得的结果为识别雄性不育的原因提供了新机会，为男性避孕提供了可能的目标。本期封面所示为线虫的一个雄性性腺中的细胞核正在经历精子生成过程，该性腺已被固定，并用荧光标记物染了色。图中所示DNA为红色，组蛋白H2A的变体HTAS-1的存在示为绿色，图中的黄色表示位置重叠（colocalization）。


能催化手性反应的一种不含金属的催化剂

可靠的、具有选择性的、对环境友好的化学反应，是有效合成天然产物和治疗药物所经常需要的。尽管对这种合成反应有若干催化剂可供使用，但化学家却经常在寻找能以高产率和高对映纯度生成有机分子的新催化剂。现在，Zhao等人开发出了一种简单的不含金属的催化剂，可用来利用一个甲硅烷基保护基团来保护一个特定的醇分子，而不会改变附近的另一个醇分子。对若干种基质，他们都获得了高产率和对映异构体。他们希望，该催化剂可导致能够生成重要有机分子的一组新的“绿色”催化剂的诞生。

性的演化起源问题

几十年来，科学家一直在寻找有利于性的出现和重组的演化力量。将有害突变从基因组中清除的需要，是一个可能的推动力。这种说法如果是对的话，那么有害突变可能需要表现出负面的异位显性，也就是说，它们可能需要协同发挥作用，来产生一个较大的累积效应。然而，实验证据表明，负面的异位显性在有害突变中不普遍。现在，利用一个被称为Hill-Robertson干涉的概念，Peter Keightley 和Sarah Otto开发出一个电脑模型，它在选择重组时不管有害突变是否变现出异位显性。这个结果为重组的演化、也许还包括性的演化提供了一个可信的解释。


用硝酸盐代替氧来呼吸的生物

几种有孔虫目的原生动物可在海洋沉积物中的缺氧区生长，但过去，维持它们生存的缺氧呼吸的精确性质我们却不知道。现在，研究表明，这些生物能在细胞内以比环境值高500倍的浓度积累硝酸盐。在这些缺氧生境中，硝酸盐可以代替氧。所积累的大量硝酸盐甚至还使它们能够“屏住呼吸”超过一个月时间。

RNA酶-II的晶体结构

由II-类RNA酶家族的成员对RNA的降解，在RNA的成熟、周转和质量控制中起着根本性的作用。现在，一种RNA酶-II的晶体结构已被首次确定，它以两种形式存在：一种是与RNA结合的形式，另一种是没有配体的形式。出乎意料的是，该结构并不与序列分析所预测的结构相对应。该分子有两个点与RNA相接触：一个点固定RNA，另一个点催化解理反应。该结构细节可解释为什么RNA酶-II只对单链RNA发生作用，也可解释它是怎样沿RNA前进、并逐渐对其进行降解的。

神经氨酸苷酶N1、N4 和N8的结构被确定

H5N1禽流感病毒是根据该病毒衣壳上的血凝素（H）和神经氨酸苷酶（N）蛋白命名的，每个蛋白都有几种不同形式。神经氨酸苷酶帮助该病毒逃脱被感染的细胞并进攻新的细胞，是Tamiflu (oseltamivir) 和 Relenza (zanamivir)的作用目标。这些药物是根据神经氨酸苷酶N2 和N9的晶体结构设计的，是当时唯一可以获得的这种结构。现在，N1、N4 和N8的结构也已经确定。与以前的结构相比，它们都有一个关键的区别：在活性点的一个角上有一个空腔，该空腔闭合后就可以锁定到其目标上。设计用来寻找这一活性点的药物也许可以利用该结构，从而也许可避免某些病毒对Tamiflu所形成的药物抗性。

粘性突变的原因

不久前，“粘性”小鼠突变体还主要因其皮毛不整洁的、“粘性”的外表为人们所知。这种突变小鼠也会逐渐失去其毛发。在6个星期大的时候，在受到刺激时它会轻轻颤抖，8个星期大时，它开始出现渐进性共济失调。这与其小脑中Purkinje细胞的丢失在时间上是一致的。现在，粘性突变已被发现是丙氨酰转移RNA合成酶所发生的一个单核苷变化。随后出现的转录失真和蛋白误折叠引起细胞死亡，因为异常蛋白在神经细胞中累积。很多人类疾病与蛋白误折叠和神经细胞损失有关，粘性小鼠的性质说明，这些疾病中有些可能是由于能够破坏tRNA合成酶的突变。

9月8日Science
测序癌症基因组
一组研究人员首次完成了一项大规模测序乳腺癌和结肠癌中13,000个编码蛋白的基因的工作，为与癌症有关的突变提供了独有的视角，也为诊断和治疗提供了可能的新靶标。Tobias Sjoblom和同事的分析发现了189个“可能的”癌症基因，其中许多过去没有与癌症联系起来，这些基因在乳腺癌和结肠癌中突变的频率很高。这些基因编码涉及与细胞附着 、信号转导以及转录调节有关的蛋白。乳腺癌和结肠癌所表现出的突变不同，意味着器官特异的致癌物质的存在。这两类肿瘤中的突变癌症基因集合也存在着不同，甚至同一组织中不同肿瘤的基因突变也不同。研究人员说，这项研究所提供的信息也许能帮助指导设计计划中的大规模“癌症基因组”测序项目。
科学特快报告：The Consensus Coding Sequences of Human Breast and Colorectal Cancers, Tobias Sjoblom, et al.

清洗掉我们罪孽
研究人员报告说，身体和道德的纯洁在心理上是相互纠缠的，甚至在某种情况下互换。在世界上的文化和宗教中，干净和肮脏的概念对身体和道德都适用。Chen-Bo Zhong和Katie Liljenquist现在用一系列科学试验揭示了这一联系。当他们让志愿者先集中想道德或不道德的行为，然后做不同的练习。先想了不道德行为的志愿者更可能挑表示感觉不干净的选择。比如，他们更可能把字母"W _ _ H"的片段解释成"清洗"和选择一个抗菌擦手巾而不是铅笔作为所获得的免费礼品。在另一项试验中，志愿者首先记住一个道德的行为，之后他们或洗手或不洗手。然后他们被问及是否愿意义务参加一项帮助一个绝望的研究生做实验的工作。没有洗手的人中74%愿意提供义务帮助，而洗手了的人中只有41%愿意。文章作者写道："干净的手是否真正能产生纯洁的心尚待分晓，但是我们的研究表示，在做了违背道德的事之后洗手至少提供一个干净的良心"。
报告：Washing Away Your Sins: Threatened Morality and Physical Cleansing, Chen-Bo Zhong and Katie Liljenquist

帮助HIV在细胞中休眠的蛋白
科学家显示一个保镖蛋白在帮助HIV将自己的基因组插入宿主细胞核中起关键作用，这使得HIV能长时间潜伏（比如在抗病毒治疗阶段）然后在条件合适时东山再起。HIV产生能进入细胞核与宿主DNA混合的DNA，这个过程由病毒的整合酶催化。科学家一直在寻找可能在这个整合过程中起辅助作用的分子，一个首选可能是个叫p75的蛋白。这个蛋白与整合酶结合，将病毒tether在宿主细胞核的遗传物质上，帮助病毒不被细胞的防御系统降解。但是75蛋白在整合中其关键作用的证据一直不太一致，使人们对其真正的重要性有怀疑。Miguel Llano和同事用一个改进了方法降低了细胞中p75的活性，从而使他们能够显示该蛋白在帮助病毒整合上的关键作用。文章作者提出，干涉p75和整合酶相互作用的药物也许对抗HIV有用。
科学特快报告：An Essential Role for LEDGF/p75 in HIV Integration, Manuel Llano, et al.

类似地球的行星与热木星
一项新研究预测，许多巨大的行星系统中可能有地球大小的行星。这些行星中有些可能在系统中的"适于居住区"环绕，从而温度适宜并有水，有些可能在离它们的太阳很近的轨道上运转，从而极为炎热。巨大行星在环绕新恒星的原行星盘的外围冷区域中形成，但是科学家最近发现了一些"热木星"，其轨道离它们的中心恒星要比环绕我们的太阳的木星近得多。这些行星一定是在螺旋轨道上向着它们恒星旋转，但是在这个过程中它们也一定打乱了系统中其它行星的轨道。Sean Raymond和同事模拟了一个有向内螺旋旋转的巨大行星系统中地球大小的行星的形成和行为。他们显示，这些较小的行星能够在巨大行星的轨道内或轨道外形成。一些在巨大行星轨道外的地球大小的行星可能向地球一样，是位于适于居住区的富有水的星体。
报告：Exotic Earths: Forming Habitable Worlds with Giant Planet Migration, Sean N. Raymond, Avi M. Mandell, and Steinn Sigurdsson

基因转位使杂交雄性不育
科学家发现了一个新的在自然种群中形成生殖隔离的机制，这个机制虽然被提出过，但是在自然界这是首次被观察到。一个果蝇的对生殖至关重要的基因从一个染色体跳到另一个染色体上，导致杂交雄性丧失了生育能力。John P. Masly和同事步达尔文的后尘，寻找使使一个物种进化为两个的原因。DNA序列的变化通常对这个过程有帮助。比如，当马和驴交配时，它们生下没有生育能力的骡子，是因为这两种动物的遗传不同。这些不能生育的骡子于是“生殖隔离”了马和驴。研究人员在实验室中交配两种果蝇：Drosophila melanogaster和D. simulans，这两种果蝇大约是在300万到500万年前分离出来的。研究人员意外地发现，在那个时期，对精子的能动性有关键作用的JYAlpha基因从D. melanogaster的4号染色体跳到D. simulans的3号染色体。许多缺少JYAlpha的雄性杂交果蝇没有生育能力，表明在这个情况下，生殖隔离是由基因转位，而不是基因DNA序列的变化，造成的。
报告：Gene Transposition as a Cause of Hybrid Sterility in Drosophila, John P. Masly, Corbin D. Jones, Mohamed A. F. Noor, John Locke, and H. Allen Orr

改造酵母使其生产人糖类蛋白
用一种复杂的基因工程技术，研究人员使一些酵母能生产类似人的糖类蛋白。这些糖类蛋白，比如红细胞生成素蛋白和某些抗体具有重要的治疗价值。目前，这些重要的蛋白是用哺乳动物培养细胞制造的，但是它们如果能用酵母来做，则能更容易和更快地生产。Stephen Hamilton和同事在酵母Pichia pastoris剔掉4个基因、加了14个新基因，然后用其来生产类似人的带有关键唾液酸糖类蛋白。这个基因改造过的酵母分泌了红细胞生成素蛋白，该蛋白帮助红血细胞的产生，是一个治疗贫血的重要药物。
报告：Humanization of Yeast to Produce Complex Terminally Sialylated Glycoproteins, Stephen R. Hamilton, et al. （生物通：万纹）