清华大学Nature及其子刊发表论文2014最新盘点

　　生物通报道：11月14日Nature杂志以增刊的形式出版了2014自然指数，提供了指数相关结果速览，并且也对上一年的数据进行分析解读，聚焦于上一年度全球范围内贡献部分最高质量科研论文的国家和机构。有关分析还包括了其他来源的不同层面信息，如人口统计数据、国家研发投入、科技制度和拨款政策变化，以帮助正确解读自然指数数据。

文章的数量能反映这个特定的研究机构或者国家在这一领域的总共的文章数量，因此这一排序对于了解各国，已经各研究机构2010年所获得的成果具有重要的意义。

为了确保正确性，这一检索考虑了每个作者的附属机构，以及每个机构的作者百分比，每个作者在文章中的贡献大小没有列入考虑的范围，并且呈递地址也没有囊括进排列中。所有的文章排列分别考虑了Articles&Letters和Reviews。

中国高校及研究机构的排名依次为中科院系统，北京大学，深圳华大基因BGI，上海交通大学，清华大学，中国医学科学院北京协和医学院，华中农业大学，复旦大学，浙江大学和第二军医大学。

其中清华大学在过去一年中发表的重要Nature及其子刊论文有：

Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1

利用上海光源生物大分子晶体学线站（BL17U1），颜宁研究组最终解析了GLUT1的三维晶体结构。GLUT1呈现经典的MFS家族折叠方式—12个跨膜螺旋组成N端和C端两个结构域。两个结构域之间的腔孔朝向胞内区，即该结构呈现向内开放构象。而在结晶中用到的去污剂头部恰好是葡萄糖苷，其结合位点与此前XylE中观测到的葡萄糖结合位点基本重合，证实了MFS家族具有单一结合位点。有趣的是，GLUT1在胞内可溶区还具有一个由4个α螺旋组成的结构域（简称ICH），这一序列只在MFS中的糖转运蛋白亚家族中（Sugar Porter subfamily）观察到，因此ICH是属于该家族蛋白的特有结构特征。

利用GLUT1的晶体结构可以精确地定位与疾病相关的突变氨基酸，揭示其致病机理。分析显示，三十余个突变氨基酸基本集中于三个区域：底物结合区域、胞外门控区、胞内门控区，它们的突变或者影响了底物识别，或者影响转运蛋白的构象变化。晶体结构使得理解这些致病突变的机理一目了然。与之前获得的向胞外半开口的XylE晶体结构比较揭示出 ICH在GLUT1的构象变化中起关键作用。鉴于ICH在糖转运蛋白亚家族的保守性，这一发现可能适用于该亚家族所有成员。

至此，颜宁实验室分别捕获了FucP向胞外开放、XylE结合底物半开放、GLUT1向胞内开放的三个MFS家族最具有代表性的转运状态结构，结构比对初步揭示出MFS糖转运蛋白在转运循环中的构象变化，对于理解MFS家族糖转运蛋白的转运过程提供了重要的分子基础。

Crystal structures of the Lsm complex bound to the 3′ end sequence of U6 small nuclear RNA

施一公研究组通过特殊的蛋白质表达手段获得了均一性和稳定性良好的自组装Lsm蛋白质复合物，克服了传统Lsm蛋白提取方法对蛋白质造成的潜在变性危害。在此基础上，作者对蛋白质复合物和RNA片段进行了共结晶，结合结构生物学和生物化学的分析手段，揭示了Lsm2-8七聚体蛋白质复合物特异性识别U6 snRNA末端的分子机制。Lsm2-8蛋白质复合物中的四个亚基Lsm4/8/2/3分别使用两个保守的序列模式特异性地把U6 RNA 3’末端4个尿嘧啶锚定在七聚体圆环形成的中间空腔内，其中Lsm3识别最末位的尿嘧啶核苷酸。有趣的是，当这个核苷酸被截去之后，Lsm3仍可以以及其相似的识别模式锚定最后一个尿嘧啶，引起整个结合序列的后移。除与Lsm4相邻的Lsm7对RNA的结合贡献了微弱的氢键以外，其他两个亚基并没有直接参与到RNA识别中去。这一创造性的新发现首次从三维晶体结构上描述和解释了Lsm蛋白对U6 RNA的“末端识别”模式。

由于剪接通路的动态复杂性，自1993年基因剪接的发现被授予了诺贝尔生理学医学奖以来，科学家们仍在步履维艰地探索着其中的奥秘。此课题的完成攻克了世界上多个研究组感兴趣的难题，将7个不同蛋白质共同表达并结晶。为此领域的相关研究提供了新的设计思路和研究方法。

Lsm蛋白质复合物晶体结构的解析是施一公研究组首次在RNA剪接通路中取得的重大进展，为更好地理解真核生物剪接体的功能实现和揭示生命现象的基本原理奠定了扎实的理论基础。

Three-dimensional structure of human γ-secretase

这项研究成果让人类第一次看到了γ-secretase的真实形状、组成和几乎所有的蛋白质二级结构（α-螺旋和β-折叠）。该结构显示，γ-secretase膜内部分呈马蹄型，全部19个跨膜螺旋清晰可辨。在胞外区有一个分子量较大、分辨率相对更高的结构域，即负责底物识别的Nicastrin亚基的胞外结构域，其原子结构模型得到构建，并初步显示出底物结合的可能位点。

值得一提的是，膜整合蛋白酶主要负责蛋白质受控膜内水解(Regulated Intramembrane Proteolysis, RIP) 这一重要生理过程，即跨膜肽链在磷脂双分子层中被膜整合蛋白酶水解剪切的反应。这是二十年前被发现的一个重要的细胞信号转导过程，在从细菌到人类的各种生物体内广泛存在，并参与了生物体发育、胆固醇代谢、胁迫反应等生命活动。膜整合蛋白酶包括三大类蛋白，即丝氨酸蛋白酶Rhomboid, 金属蛋白酶S2P以及天冬氨酸蛋白酶Presenilin和SPP。

施一公教授研究组在过去十年引领着蛋白质受控膜内水解结构生物学研究领域的发展，先后解析了细菌Rhomboid同源蛋白GlpG, 古细菌S2P同源蛋白，以及古细菌Presenilin同源蛋白的晶体结构并揭示了这些膜整合蛋白酶的工作机理。此次获得的γ-secretase复合物的三维结构将该领域研究又向前推进了重要的一步。

Visualization of distinct substrate-recruitment pathways in the yeast exosome by EM

在中心法则中，RNA由DNA转录而成，并经过复杂的转录后加工，成为成熟的多种RNA。细胞中的RNA质量控制，在细胞基因表达及调控的多个过程中发挥着不可缺少的作用，对细胞的发生、生长、分裂、分化、死亡等过程都具有重要意义。目前对细胞中的RNA质量控制，尤其是对RNA分子被降解的决定因素知之甚少。真核生物细胞中有多种识别及调控RNA降解的蛋白质大分子及其复合物，其中， Exosome复合体通过外切酶方式从RNA的3’端对RNA进行水解。真核生物Exosome是由无酶活性的9亚基核心及具有促进RNA水解活性的亚基Rrp44组成的蛋白复合物。大量研究表明，Exosome在RNA加工成熟，质量控制及降解代谢过程中起着决定性的作用，该复合物及其任何一个亚基的缺失对有机体均是致死的。由于该复合物在体内负责加工和降解包括mRNA、tRNA及snoRNA等多种在序列及结构上具有较大差异的底物，因而该复合物如何识别不同种类底物，以及复合物内针对不同的底物是否存在不同的降解通路一直是该领域研究者的关注热点。

王宏伟教授实验室利用清华大学生命学院冷冻电子显微学平台，通过蛋白质单颗粒分析技术，对Exosome与不同种类RNA底物结合时的二维形态及三维结构进行解析，从而揭示Exosome内部存在至少两条RNA降解途径。一条通路中，线性RNA底物通过9亚基核心进入Rrp44亚基的降解活性区域（through-core route）；而另一条通路中，3’端单链RNA较短的底物（如tRNA等）则可以不通过9亚基核心直接进入Rrp44亚基活性区域被降解（direct route）。这也是生物学领域研究者首次用最直观的方式—结构解析，证明direct route的存在。王宏伟教授课题组还充分利用电子显微镜的成像及计算优势，对Exosome与RNA底物在不同孵育时间点的反应体系进行了直接观测，通过多维统计分析，捕捉到该复合物在降解底物过程中的多种形态，并形象地展示了不同结构及通路间的可能变换过程。

（生物通：万纹）