本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

5月24日《Nature》

封面故事：细胞膜曲率诱导的蛋白间吸引力 

细胞膜远不只是细胞外的一层包裹物，对其拓扑进行的重塑研究，将它们与内吞作用、囊泡形成和蛋白分选等重要功能联系了起来。专门的蛋白能够感知和生成膜曲率，指导膜的重塑。几种蛋白需要一起发挥作用才能完成这一任务，所以一种比较普遍的效应被认为也在发挥作用。多年来，物理学家、数学家、材料科学家和细胞生物学家对一种可能的普遍作用——完全由膜曲率诱导的蛋白之间的吸引力进行了研究。但是，诱导蛋白间相互作用的膜曲率的性质、甚至它们之间的相互作用是吸引还是排斥都仍然比较模糊。现在，计算机模拟显示，曲率诱导的相互作用的确可以是一种吸引力，并且是强大的、很有力的吸引力，完全能够胜任影响膜重塑的任务。本期封面图片所示为一个在协同分裂期间被衣壳所覆盖的虚拟细胞膜。Page: 461

亨廷顿病的诱因

氧化损伤几十年来一直被与衰老和神经退化疾病联系在一起，但氧化与衰老之间的生理联系却仍然不很清楚。现在，这种联系可能已经被找到了。亨廷顿病和其他几种神经退化疾病涉及以三个核苷酸为一组的CAG重复序列的扩张。在人类亨廷顿病的小鼠模型中，这种扩张在生命中期出现，并且在整个生命过程中继续。这种扩张发生在终端分异的细胞中，与氧化损伤有关。Glycolase OGG1中所存在的缺陷衰减依赖于年龄的重复扩张，而且因为OGG1是一种DNA修复酶，所以似乎氧化损伤的畸形修复诱发了这种疾病。这项工作为停止或减缓这种疾病发病的药物找到了可能的作用目标。Page: 447 

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" class="viewimg"能够形成淀粉状纤丝的短肽及其晶体结构

阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退化疾病与淀粉状纤丝在大脑中的沉积有关。纤丝在结构上非常统一，看看产生它们的蛋白的多样性就知道了。现在，Sawaya等人识别出了来自很多不同淀粉状疾病的能够形成纤丝的短肽，并且获得了由它们当中的13种所形成的晶体的原子结构。迄今分析过的所有这些肽，都通过形成“steric zipper”的变种而进行自组装。“steric zipper”是在酵母锯蛋白Sup 35中首次发现的一种结构特征。这种“拉链”可能是淀粉状纤丝强度的关键，是治疗干预的首要目标。Page: 453 

纳米晶体单激子光增益成为可能

半导体纳米晶体有非常好的发光性能，所以具有用作容易采用基于溶液的方法来处理的光学放大媒介的潜力。这种材料的可能应用包括微电子中的光互联、“芯片实验室”（lab-on-a-chip）技术、以及量子信息处理。这些结构所存在的问题是，一个晶体中至少需要存在两个激子（束缚在一起的电子-空穴对），才能实现光增益，这个要求限制了其性能表现。在效果上相当于，在能够出现光放大之前激子会相互湮灭。现在，这一障碍已经利用核与壳来自不同半导体材料、电子和空穴彼此分开的纳米晶体克服了。这使得基于单激子的光增益成为可能，显著增强了它们作为激光应用中实用光学材料的希望。Page: 441 

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" class="viewimg"“灿烂的红色新星”——OT2006-1

很多重要天文发现开始于一道转瞬即逝的光或一个射电源的发现。2006年1月在室女座星团中的Messier 85星系中发现的异常明亮的光学瞬时天体OT2006-1因此是天文学家非常感兴趣的。Kulkarni等人报告了这一新光源的发现及其前几个月的情况。该光源比一颗新星要亮，但比一颗超新星要暗。对“哈勃太空望远镜”、“斯皮策太空望远镜”和“钱德拉X-射线天文台”的档案资料所做的一番搜索，没有发现其前身的任何迹象。这一结果及主星系的性质表明，两颗老恒星的合并可能是这一“灿烂的红色新星”形成的原因。Page: 458 

肢发育的原始性

四足动物（陆生脊椎动物）的四肢通常被认为是这样一个类群的动物所独有的演化创新。现在，对一种名为“匙吻鲟”（Polyodon spathula）的“活化石”的鳍的发育过程中Hox基因的表达所做的一项研究表明，被认为是四足动物四肢特征的基因表达和调控模式也见于处在演化树根部的条鳍鱼的鳍中。“匙吻鲟”是2.5亿年前海洋中常见的一种类型的有骨鱼的少数遗迹之一。这项工作表明，肢发育的某些方面是原始的，是所有有骨鱼共同的，但在斑马鱼等高度发达的鱼类中已经丢失。这些结果与最近新的化石发现如Tiktaalik是一致的，它是一种显示出骨骼从鱼类向四足动物渐进的鱼。Page: 473 

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" class="viewimg"从环礁湖沉积芯推知强烈飓风的频率

飓风的仪器记录比较短， 这也是为什么控制飓风活动的因素仍然不是很清楚的一个原因。Jeffrey Donnelly 和 Jonathan Woodruff通过建立北大西洋西部热带海域中飓风活动的一个长期记录已经解决了这一问题。与袭击波多黎各Vieques岛的强烈飓风相关的风暴，在该岛的一个环礁湖中沉积了多层粗糙沙质物。来自这一环礁湖的沉积芯被用来获取过去5000年强烈飓风袭击的频率。该记录与热带非洲厄尔尼诺事件和降雨的记录惊人地相似，说明厄尔尼诺/南方涛动及西非季风强度的变化，在控制热带北大西洋中强烈飓风频率上曾经扮演一个重要角色。Page: 465 

代谢通道与生理时钟的耦合之谜

很多生理参数，如体温、血糖和心率，随生理时钟的24小时节律发生周期性变化。代谢通道与生理时钟是怎样耦合到一起的一直是一个谜，但现在用小鼠所做实验表明，代谢转录调控因子PGC-1alpha是一个关键因素。缺少PGC-1alpha的小鼠表现出异常的昼间活动节律、体温和代谢速度。在机械层次上，PGC-1alpha通过ROR家族的孤核受体的共激发来调控时钟基因表达。Page: 477 

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" class="viewimg"肿瘤的“金蝉脱壳”之计

若干高级肿瘤似乎通过脱掉与I-类 “主要组织相容性复合体”相关的可溶性配体MICA（该配体使 NKG2D受体失去活性）来逃避天然杀手细胞的免疫识别。用肿瘤细胞培养所做的新的研究工作表明，这一“金蝉脱壳”过程的机制涉及ERp5，它是一种与内质网相关的蛋白异构酶。这表明，表面ERp5是阻止肿瘤逃避免疫系统的治疗干预的一个战略目标。Page: 482 

细胞分裂轴取向的控制

细胞分裂轴的取向是正常生长和发育的关键，因为它决定未来子细胞的命运。细胞附着在其上的细胞外基质在决定分裂轴取向中发挥一个作用。研究人员将用HeLa细胞所做实验与定量理论结合起来所做的研究表明，轴取向由皮层力发生器根据来自细胞微环境几何的提示信息来控制。一个基于由力发生器在轴微管上所施加的拉力的简单模型，能够定量描述很多不同几何中的轴取向。Page: 493

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" class="viewimg"5月25日《Science》

抵抗麦草畏的农作物?
研究人员研制出能抵抗除草剂麦草畏(dicamba)的农作物植物，麦草畏是一种对环境相对友好的除草剂。由于有抵抗力的野草种群的出现，其他除草剂的效率正在下降，所以用遗传改造来抵抗麦草畏也许能为农业中的野草控制提供一种新战略。在研究一种能降解麦草畏的土壤细菌时，Mark R. Behrens和同事找到了将除草剂转化为一个对植物无害的化合物的酶。然后这些研究人员将这个酶的基因转移到几种农作物植物中，用麦草畏处理过这些植物后，该酶能够阻碍除草剂使其达不到毒药的水平。文章作者指出，麦草畏是一种广泛使用的、廉价、环境友好的除草剂，不在土壤中长久存在，而且对野生生物以及人类几乎不具有毒性。
英文摘要：Dicamba Resistance: Enlarging and Preserving Biotechnology-Based Weed Management Strategies,Mark R. Behrens, Nedim Mutlu, Sarbani Chakraborty, Razvan Dumitru, Wen Zhi Jiang, et al.

陨石雨揭示我们的过去
本期两篇文章用精密测量为我们太阳系的早期提供了新信息，在太阳系的早期不同的同位素还没有很好地混合，而且有的是被附近的超新星后来注射过来的。 Richard Carlson和同事研究了球粒陨石，发现它们的化学成分与在太阳系早期经历了混合的地球、火星、月球、以及小行星的有微小的不同。尽管天文学家一致认为太阳系统是均质的，但是他们在用更精密的仪器来检测均质中最微小的不同，从而寻找了解太阳系形成的微妙线索。研究人员测量了球粒陨石中钡、钕、钐的特定同位素的含量。这些同位素提供有关早期太阳系的信息。球粒陨石中钕和钐的同位素略微低一点，与地球的样品相比差别小于百万分之一(ppm)的十分之一。这个发现支持早期地球是从早期行星系统分化出来的想法，该理论称随着行星的发展，密度较高的部分下沉形成了内核。通过在分化或熔化的陨石以及来自地球、火星的陨石和球粒陨石中比较只有恒星才制造的铁-60同位素，Martin Bizzarro和文章共同作者发现，与其它的相比，分化或熔化的陨石含有略微低的铁-60同位素。研究人员提出，当我们的太阳系只有几百万年的年龄时，一个附近的超新星曾与太阳系相互作用，在陨石中留下了其痕迹。
英文摘要：Chondrite Barium, Neodymium, and Samarium Isotopic Heterogeneity and Early Earth Differentiation ,Richard W. Carlson, Maud Boyet, and Mary Horan.

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" class="viewimg"癌症易患基因在DNA修复上也起关键作用
研究人员报告说，一组复合蛋白质与肿瘤抑制基因(也被称为乳腺癌易患基因)BRCA1一起工作来修复DNA。虽然BRCA1的确切功能现在仍然不清楚，但是这些发现给对癌症发展和治疗感兴趣的研究人员提供了该基因的更多线索，BRCA1的突变与乳腺癌、卵巢癌、输卵管癌、前列腺癌、以及结肠癌有关。Bin Wang和共同作者显示，BRCA1被合作伙伴蛋白质Abraxas 和Rap80 调动到DNA修复位置来修复DNA受损的细胞。Abraxas蛋白质调解Rap80和BRCA1的相互作用。Rap80被招到有DNA损伤的细胞的一个部位。根据Bijan Sobhian和同事、以及Hongtae Kim和共同作者的报告，Raps80将BRCA1标定到DNA损伤的位置，并且在正确的DNA损伤修复响应中起关键作用。在一项涉及DNA损伤修复系统的调节响应中有关蛋白质的大规模研究中，Shuhei Matsuoka和同事发现了900多个涉及700多个蛋白质的位置。这个新数据库揭示了比期待的更大的DNA损伤响应网络，同时显示带有DNA损伤的细胞完全改变了其生理。这个数据库是研究癌症和神经退化疾病的研究人员寻找新候选基因的资源。John H. J. Petrini针对四篇相关的论文撰写了一篇研究评述。
英文摘要：Abraxas and RAP80 Form a BRCA1 Protein Complex Required for the DNA Damage Response, Bin Wang, Shuhei Matsuoka, Bryan A. Ballif, Dong Zhang, Agata Smogorzewska, et al.

小鼠研究揭示大麻可能打乱大脑发育的线索
用培养细胞和小鼠做的新研究显示了自然界存在的“大麻素”化合物影响发育的大脑，大麻素化合物与大麻中的精神活性化合物的关系很近。这些发现也许能为过去的研究提供一个分子基础，过去的动物研究发现在怀孕期间用大麻能给后代带来永久性的认知缺陷。内源性大麻素(endocannabinoids)抑制成熟神经元发送的信号，但是它们究竟如何在发育的大脑中操作在此之前并不清楚。通过用培养的青蛙细胞以及成年小鼠做的实验，Paul Berghuis和同事发现，内源性大麻素给年轻神经元的轴突导航，随着它们的生长，帮助建立神经元到神经元的连接。(皮层神经元在离它们最终的位置相对远的先祖区生成，然后它们在发育的大脑中迁移，沿途建立连接模式。)因为来自大麻的THC和内源性大麻素激活的受体是同样的，文章作者提出，母体的大麻消费可能会打乱内源性大麻素调节健康大脑发育的自然过程。
英文摘要：Hardwiring the Brain: Endocannabinoids Shape Neuronal Connectivity, Paul Berghuis, Ann M. Rajnicek, Yury M. Morozov, Ruth A. Ross, Jan Mulder, Gabriella M. Urbán,et al.