5月《PNAS》 中国科学家受瞩目

5月《PNAS》 中国科学家受瞩目

　　

生物通报道：美国国家科学院院刊 Proceedings of the National Academy of Science of the United State of America简称PNAS， 是影响因子非常高的世界著名的多学科科学连续出版物，创办于1915年，主要发表研究报告、科学评论与展望、学术报告会论文以及报道重要研究成果。

今年初进入5月，中国科学家在《PNAS》杂志上就接连发表了9篇研究报道，这些在生命科学各领域中获得的重要进展是我们科学家们在生命科学研究道路上的一个又一个坚实的脚印。

北大生科院特聘教授最新《PNAS》文章

来自北京大学生命科学学院、蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室（National Laboratory of Protein Engineering and Plant Genetic Engineering），美国阿拉巴马州大学微生物学系的研究人员得到了一种NADP(H)感应蛋白的结晶结构，并发现了一种只对NADP(H)水平的巨大变化敏感的新调控机制。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线版上。

这一研究的通讯作者是来自北京大学生命科学学院的长江特聘教授(讲座) 罗明教授，以及北京大学生命科学院生物化学及分子生物学系副教授郑晓峰博士。

NAD（烟酰胺腺嘌吟二核苷酸）和NADP（烟酰胺腺嘌吟二核苷磷酸）是最早知道的辅酶，与脱辅基酶蛋白（apoenzyme）结合，可形成很多的脱氢酶。广泛地参于糖、脂肪、蛋白质及其他物质的代谢，进行氧化还原反应，成为来自基质的电子传递体。

一直以来，大家都知道NAD(P)在细胞中是作为一种关键的能量携带分子起作用，然而近期的数据表明NAD(P)在细胞功能调控方面也扮演着重要的信号角色。

在这篇文章中，研究人员分析了一种之前功能未知的人类蛋白：HSCARG的晶体结构（2.4-Å分辨率），这一结构揭示HSCARG可以形成一种不对称的二聚物，其中的一个亚基会被一个NADP分子占据，而另一个空置。研究人员通过重构NAD(P）结合Rossmann fold发现HSCARG在细胞中NADP(H)处于正常水平的时候是呈现出休眠的状态，而当NADP(H)水平到达一个极限，HSCARG的重构就会导致其调控功能的启动。

进一步免疫荧光成像（Immunofluorescent imaging）研究表明了HSCARG的重新分配：从休眠状态的与中间纤维（intermediate filaments）相连接改变成在细胞核和细胞质成分散状。因此研究人员认为这一HSCARG在NADP（H）结合位点的结构变化也许是一种新的调控机制，这种调控机制只对NADP(H)水平的巨大变化敏感。

中科院微生物所连发三篇《PNAS》文章

来自真菌地衣系统学重点实验室（Key Laboratory of Systematic Mycology and Lichenology）的刘杏忠研究员，植物基因组学国家实验室的方荣祥院士以及张立新博士分别在真菌类群捕食器官研究，RNA病毒治疗潜在药物，和高通量高效筛选系统方面获得了本领域的认可，研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

在第一篇文章中，来自微生物研究所真菌地衣系统学重点实验室，美国默克研究实验室（Merck Research Laboratories）的研究人员通过对RNA聚合酶第二亚基基因(rpb2)、延伸因子Ⅰα亚基基因(ef1-α)、β微管蛋白基因(bt)和核糖体DNA的ITS区域等四个基因片段的研究分析，针对真菌捕食器官（trapping devices）的分化和进化提出了新的观点。

就真菌而言，最基础的生存策略就是腐生（saprophytism），寄生（parasitism）和捕食（predation），其中子囊菌目圆盘菌纲（Orbiliaceae (Ascomycota)）主要是通过特殊的捕食器官来捕食微小，目前研究人员共发现5种捕食器官，但是它们之间的起源与演化却没有一个非常明确的结论。

微生物所的刘杏忠研究员和默克技术专家安志强博士通过对研究组多年积累的相关菌株的RNA聚合酶第二亚基基因(rpb2)、延伸因子Ⅰα亚基基因(ef1-α)、β微管蛋白基因(bt)和核糖体DNA的ITS区域等四个基因片段进行多基因系统发育分析，有力地证明了食线虫丝孢菌捕食器官的进化历程。根据捕食机制的不同，原始的捕食结构沿着两条不同的方向分化：一个分支形成了收缩环，另一分支则形成了粘性的捕食器官。在粘性捕食器官中，粘网首先分化出来并保持着一个稳定而温和的进化速率。而粘球类的捕食器官则沿着柄长增长的方向不断进化，并最终形成了非收缩环。分析显示，这些捕食器官仍处于一个快速的进化阶段。真菌捕食器官的进化历程是适者生存的又一个证据。

在第二篇文章中，来自中科院昆明植物所植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室、微生物所植物基因组学国家重点实验、中国疾病预防控制中心病毒病预防控研究所和云南省农科院生物技术研究所联合研究，首次发现双裂孕烷甾体glaucogenin C及其苷类化合物有选择性地抑制-正链RNA病毒，但对其它RNA病毒或DNA病毒没有作用，且对病毒宿主没有毒性。

据动物体内实验证实：该类化合物能保护BALB/c小鼠不被SINV侵染致死而对小鼠没有副作用。以TMV和SINV作为模式病毒，探讨了该类化合物抗病毒的作用机制，结果表明该类化合物选择性地抑制病毒亚基因组RNA的复制，而对病毒基因组RNA的复制没有影响。正链RNA病毒包括植物病毒烟草花叶病毒、动物(人)病毒辛德比斯病毒、东方马脑炎病毒和盖塔病毒等。该文认为：病毒亚基因组RNA可以作为发现抗病毒药物的新靶点，从两种药用植物中发现的双裂孕烷甾体glaucogenin C及其苷类化合物有可能发展成为抗-正链RNA病毒新的一类抑制剂。

植物在漫长的进化历程中，具备了以多种机制选择性地抵御病源侵染的能力，这种能力可以通过其合成的次生代谢产物来实现。因此，从植物中直接筛选抗病毒化合物可以发现新的具有抗病毒潜力的、同时对宿主植物本身没有毒性的成分。

第三篇文章，中科院微生物研究所，广州生物医药与健康研究院等处的研究人员

真菌感染是一个日益值得重视的问题，免疫缺损（immunocompromised）的病人真菌感染有高致死率，目前有效安全的药物来源也并不多，因此需要发展新的抗真菌治疗方法。 发展了一种高通量高效筛选系统（high-throughput synergy screening，HTSS）可以进行新微生物天然产物的筛选，利用这一系统，他们获得了抗真菌感染潜在药剂。

在这篇文章中，研究人员利用一种高通量筛选方法（high-throughput synergy screening，HTSS）筛选了微生物天然产物，获得了一个微生物天然产物库，通过对近20000个微生物提取物的筛选，研究人员发现了12 hits具有广谱抗真菌活性，其中7个对人类肝脏肿瘤细胞（hepatoma cells）有较少的细胞毒性。更加重要的是，在免缺缺损小鼠模型中，BEA (0.5 mg/kg) 和KTC (0.5mg/kg)的复合使用延长了感染有Candida parapsilosis小鼠的存活时间，并且减少了肾脏，肺部和脑髓的真菌群体数量。这说明BEA和KTC的复合使用也许是一种颇具希望的抗真菌治疗方法。

胡新天研究员《PNAS》文章：大脑运动控制机理

在运动控制研究中，大脑发出命令后，如何通过神经元控制肌肉采取行动？这个无法绕开又令人困惑的重要问题由我国科学家找到了部分答案。科技日报消息，近日，最新一期的《美国科学院院刊》（PNAS）在线发表了中科院昆明动物所研究员胡新天的论文《运动命令在单个运动前神经元上的可靠性研究》。这一研究表明，每个运动命令在单个神经元上得到了高度精确的表达，这是世界首次对这一基本问题进行探讨。  

　　众所周知，我们每一个动作都是脑内与运动相关神经元活动的结果，这些成千上万神经元活动的总和就是运动系统发出的运动命令。那么，大脑产生的每一条运动命令在运动通路的单个神经元上以何种方式表现？去年，胡新天和他的实验室以猕猴的眼动系统为模型，用一种全新的分析方法对这个问题进行了定量研究，并发现在单个运动前神经元上，相似的运动命令所对应的神经电活动是高度相似的。  

    “通俗地讲，大脑中运动通路上的神经元就像整齐划一的部队，每个神经元都接受到一致的大脑信息并以非常精确的方式传达这些命令，从而提高了运动控制的有效性和可靠性。”胡新天告诉记者，这一发现不但加深了我们对大脑运动控制机理的认识，而且对机器人运动控制设计、眼睛运动障碍治疗等应用领域也有启迪。  

    该论文的评审专家认为，这个发现第一次讨论了运动研究的重要问题，填补了在此领域的空白，为运动系统的神经机制提供了关键性的深入了解。

北京大学重点实验室发表《PNAS》文章

来自北京大学心血管病研究所（Institute of Cardiovascular Research），健康科学院（Health Science Center），分子心血管学教育部重点实验室（Key Laboratory of Molecular Cardiovascular Sciences of Education Ministry），加州大学河滨分校（University of California, Riverside）的研究人员联合阐明了AngII（血管紧张素II）调控sEH（可溶性环氧化物水解酶）表达的机制，从体内和体外实验分别证明了AngII对sEH的正调控作用，为血管细胞信号传递研究提出了新的思路。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
领导这一研究的是北京大学医学部生理学与病理生理学系副主任，北京大学糖尿病中心副主任朱毅教授。

环氧-二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acids, EETs)是花生四烯酸(arachidonic acid, AA)的代谢产物，研究证明这种物质也许可以作为抗高血压和抗动脉粥样硬化作用（antiatherosclerotic）的介质，因而近年来引起重视。

EETs可由可溶性环氧化物水解酶(soluble epoxide hydrolase,sEH）降解，而sEH药理学抑制和遗传沉默（genetic ablation）可以增加EETs的水平，同时用sEH选择性抑制剂治疗血管紧张素II（angiotensin II，Ang II）融合高血压小鼠可以增加EETs的水平。

为了搞清楚Ang II（是心血管系统发育，电解质和体液平衡，血压调节等生理过程的重要组份）调控sEH表达的机制，研究人员将AngII施用到人类脐带血管上皮细胞（ECs）和牛大动脉ESc上，结果发现sEH的mRNA和蛋白水平都增加了。瞬时转染实验表明人类sEH启动子的活性与AngII成正相关关系，进一步sEH基因启动子区域的研究分析证明AngII的作用就像是c-Jun/c-Fos的过量表达，可以通过一个AP-1结合位点激活sEH启动子。相反的阻断AngII结合到AngII受体1上的实验也证明会抑制sEH的诱导。

因此研究人员认为在ECs中AngII对sEH的转录正调控与AP-1相关，并且AP-1也许引起了AngII诱导的血管紧张。

北大来鲁华教授课题组《PNAS》发表蛋白质功能设计进展

来自北京大学的消息，北京大学理论生物学中心/化学与分子工程学院来鲁华教授领导的课题组在功能蛋白质设计方面取得可喜进展，其研究成果发表于3月27日出版的《美国科学院院刊》上（Liu  S,  Liu  SY,  Zhu  XL,  Liang  HH,  Cao  AN,  Chang  ZJ  and  Lai  LH*.  Nonnatural  protein-protein  interaction-pair  design  by  key  residues  grafting.  PNAS,104:5330-5335,2007）。论文发表后引起了学界关注，BioCentury就此成果发表了专访。该论文的第一作者刘森同学是理论生物学中心2002年正式招收的第一批跨学科的研究生。

蛋白质在生命活动中占有非常重要的地位，几乎所有的生命活动都需要蛋白质的参与。来鲁华教授课题组的研究目的，就是将一个蛋白质行使功能的关键“齿纹”（氨基酸残基），复制（“嫁接”）到另一个结构完全不同的蛋白质上，使它具有开同一把“锁”的功能（和同一个蛋白质结合）。

蛋白质和蛋白质结合时，往往存在少数几个非常关键的残基，对结合起到主要作用。基于这种情况，来鲁华教授课题组发展了一种“蛋白质关键残基嫁接”的算法，用于将一个蛋白质的关键功能性残基嫁接到另一个不同结构的蛋白质上，并将这种方法应用到了实际体系的研究中，取得了成功。促红细胞生成素（EPO）通过和它的受体（EPOR）相互作用，促进红细胞的分化和成熟。将EPO上的关键功能性残基嫁接到一个结构完全不同的PH结构域蛋白上后，PH蛋白具有了和EPOR结合的功能，而这种功能在自然界中是不存在的。这种方法将有可能应用在更为广泛的例子上，实现蛋白质功能的自由设计。

贺福初研究小组最新《PNAS》文章

来自军事医学科学院放射与辐射医学研究所蛋白质组学国家重点实验室（State Key Laboratory of Proteomics），北京生物技术研究院（Beijing Institute of Biotechnology），以及复旦大学生物医学科学研究院的研究人员发现PACT（p53相关细胞蛋白-睾丸来源，p53-associated cellular protein-testes derived，也称为P2P-R, RBBP6）这种蛋白是p53的负调控因子，而且在细胞生长和胚胎发育过程中起到了重要作用，这对于p53与胚胎发育，肿瘤发生等的研究意义重大。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章通讯作者包括贺福初院士，军事医学科学院发育和疾病遗传学研究室主任杨晓，以及张令强博士。

肿瘤抑制基因p53是细胞癌基因中研究最为广泛和深入的基因之一，有关的研究论文平均每年超过1000篇，并被Science杂志评为1993年度的明星分子。这种肿瘤抑制因子可以调控细胞周期过程和细胞凋亡，但是过多的p53活性也会造成负面的影响。目前已发现p53与多种基因之间均存在相互调节的作用，但对其中大部分的调节机制尚不明确。

1997年Simons等人报道了命名为PACT（p53-associated cellular protein-testes derived）的基因克隆和特征，这个基因的克隆是以p53作探针从表达文库中得到，可编码相对分子质量250000的核内蛋白。之后的研究发现PACT蛋白能与野生型p53和Rb蛋白直接结合，在食道癌中表达量很高，可能是一种免疫治疗的靶标，但是PACT–p53相互作用的生理学功能至今仍然不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员发现PACT被剔除了的小鼠会导致早期胚胎致死（胚胎期7.5天（E7.5）），同时出现p53聚集和普遍细胞凋亡，而p53-null突变则可以部分减少这种致死表型的出现，将存活期延长到E11.5。内生性的PACT与Hdm2相互作用，增加Hdm2介导的泛素化，以及p53的降解。因此研究人员认为PACT可以抑制p53依赖性的基因转录。

进一步的PACT敲除实验表明无PACT会极大的减少p53和Hdm2的相互作用，降低p53多聚遍在蛋白化(polyubiquitination)，以及增加p53聚集，导致细胞凋亡和细胞生长停滞。从这些实验中，研究人员得出结论：PACT-p53相互作用在胚胎发育与肿瘤发生中扮演了关键的角色，而且可以认为PACT是一种p53负调控因子。

郝小江主任最新《PNAS》文章

来自中科院昆明植物研究所植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室（State Key Laboratory of Phytochemistry and Plant Resources in West China），中科院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室（State Key Laboratory of Plant Genomics），中国疾病预防控制中心传染病预防控制国家重点实验室，以及云南农业科学学院的研究人员发现一类对于类α病毒（alphavirus-like）正链RNA病毒（包括植物性感染的烟草花叶病毒TMV，动物性感染的辛德毕斯病毒SINV等）的复合物，这说明病毒亚基因组RNA可以作为抗病毒药物的一种新靶标。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章通讯作者分别是中科院微生物研究所的方荣祥院士和中科院昆明植物研究所植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室主任郝小江。

植物通过进化发展了许多机制用于选择性抑制病原体，其中就包括产生具有抗菌活性的次级代谢物（secondary metabolites）。因此从植物中直接筛选具有抗病毒作用的复合物是一种较好的筛选药物的方法——即具有抗病毒活性又对宿主无害。

在这篇文章中，研究人员发现seco-pregnane类固醇glaucogenin C和monosugar-glycoside cynatratoside A（Strobilanthes cusia），以及三种新的pantasugar-glycosides of glaucogenin C（Cynanchum paniculatum)组成的一类复合物对类α病毒（alphavirus-like）正链RNA病毒具有选择性抑制作用。这说明毒亚基因组RNA可以作为抗病毒药物的一种新靶标。
（生物通：万纹）