2016年7月8日Science期刊精华

本周又有一期新的Science期刊（2016年7月8日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来

1. Science：重大突破！利用CAAR-T细胞疗法靶向治疗自身免疫疾病 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf6756 在一项新的研究中，来自美国、意大利和瑞士的研究人员发现一种方法将导致自身免疫疾病的一部分制造抗体的B细胞清除，同时不会伤害免疫系统其余部分

他们研究的一种自身免疫疾病被 称作寻常性天疱疮（pemphigus vulgaris, PV），在这种疾病中，病人自己的免疫细胞攻击一种在正常条件下将皮肤细胞粘附在一起的被称作桥粒芯蛋白-3（desmoglein-3, Dsg3）的蛋白

相关研究结果于2016年6月30日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Reengineering chimeric antigen receptor T cells for targeted therapy of autoimmune disease”

为了治疗PV同时又不导致广泛性的免疫抑制，研究人员设计出一种CAR类型的人工受体，它将指导病人T细胞只攻击产生有害的抗Dsg3抗体的B细胞

同时，他们对提取出的T细胞进行基因修饰 ，让它们表达这种人工受体

研究人员设计出的这种人工受体被称作嵌合自身抗体受体（chimeric autoantibody receptor, CAAR），它呈现自身抗原Dsg3的片段，也就是导致PV的抗体和产生这些抗体的B细胞通常结合的 同样的片段，而这一点Payne实验室和其他人在之前的研究中已证实过

这种人工受体起着一种诱饵的作用，诱导靶向结合Dsg3的B细胞结合，从而让它们与这些治疗性的T细胞进行致命性的接 触

研究人员证实利用他们的新技术，他们成功地治疗了PV模式小鼠所患的这种致命性的自身免疫疾病，同时没有明显的能够伤害健康组织的脱靶效应

2. Science：人类基因组编写计划 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf6850 在一次秘密会议首次报道将近一个月之后，科学家们提议开展一项公共-私人计划：从头合成完整的人类基因组—这一计划可能花费十年时间和需要几十亿美元用于技术开发—于2016年6月2 日正式公之于众

这个计划被称作“人类基因组编写计划（Human Genome Project—Write, HGP-write）”，它的支持者在发表在Science期刊上的一篇标题为“The Genome Project–Write”的文章中写道， 从多种资金来源筹集的1亿美元将有助启动他们的计划（Science, doi:10.1126/science.aaf6850）

这个支持者团队是由纽约大学合成生物学家Jef Boeke、哈佛医学院基因组科学家George Church和商业设计工作室欧特克研究中心（Autodesk Research）未来主义者Andrew Hessel领导的

但是这一想法—实际上目标在于开发降低DNA合成成本的技术—并没有让广大研究人员感到激动人心

对一些研究人员而言，提出构建人类基因组的雄心和勇气值得赞扬；当前仅有微小的细菌基因组以及酵母基因组的一部分能够从头合成出来

但是其他的研究人员觉得HGP-write代表着不必要 的研究集中化，这已经在努力降低DNA链合成价格的公司中发生着

3. Science：我国科学家在HIV-1病毒包膜刺突蛋白质的跨膜区结构研究取得进展 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf7066 国际顶尖学术期刊《科学》Science在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心（上海）周界文研究组与哈佛医学院Bing Chen博士研究团队 的合作研究论文“Structural Basis for Membrane Anchoring of HIV-1 Envelope Spike”

该研究采用液体核磁共振技术首次揭示了HIV病毒包膜刺突（HIV-1 Envelope Spike）跨膜区域 的精细三维结构

该研究首次在原子水平上展示了跨膜结构区域是如何锚定、稳定和调控HIV病毒包膜刺突三聚体的分子机理

为针对艾滋病病毒的疫苗设计提供新的思路

HIV-1包膜刺突（Envelope Spike，Env）是病毒粒子表面上的唯一抗原，是目前疫苗设计的唯一目标

Env的作用是，通过与宿主细胞受体发生相互作用，帮助病毒进入细胞

成熟的Env，（ gp120/gp41）3，是由三个gp120和三个gp41亚单元组成的三聚体

其中gp41是跨膜蛋白，gp120位于表面，并与gp41通过非共价作用结合

近年来，关于这个包膜刺突的胞外区的结构信息有 很多研究报道，但是关于跨膜区（TM）和它的膜近端区域（包括近外膜区域和胞质尾区），的结构机制还不是很清楚

在周界文研究员的指导下，利用近期建立的一整套高效的膜蛋白核磁技术，并充分利用国家蛋白质科学研究（上海）设施和哈佛大学的高场核磁共振谱仪，该研究团队在类似磷脂膜的双 分子环境中，首次解析了HIV-1包膜刺突跨膜区域和近膜端区域的高分辨空间结构

结果表明, 跨膜区域形成有序的三聚体结构，保护埋在膜内保守的精氨酸残基

N端卷曲螺旋和C-末端的亲 水核心一起稳定这个三聚体，而后者可以在结构上联接到胞质区尾巴

个别保守残基的突变不能完全破坏TM三聚体，它们对膜融合和病毒的感染的影响非常小

但是，亲水核中的氨基酸突变 ，可以改变成熟Env对抗体的敏感性

该研究首次证实了跨膜区域形成的有序三聚体结构，不仅对Env的膜锚定和膜融合起关键作用，而且对于整个HIV包膜刺突的结构稳定性非常重要

4. Science：首次在体内实时观察肌肉干细胞再生受损组织初始步骤 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aad9969 在一项新的研究中，来自澳大利亚莫纳什大学澳大利亚再生医学研究所（Australian Regenerative Medicine Institute, ARMI）的研究人员首次发现证据证实当遭受损伤时如何触发受损肌 肉再生或愈合

这一发现可能为改善老年人和患上肌肉萎缩症的病人的生活和甚至增强运动员肌肉恢复铺平道路

相关研究结果于2016年5月19日在线发表在Science期刊上，论文标题 为“Asymmetric division of clonal muscle stem cells coordinates muscle regeneration in vivo”

在这项研究中，莫纳什大学ARMI主任Peter Currie教授和他的团队利用模式生物斑马鱼研究肌肉再生

这种模式生物斑马鱼中，研究人员着重关注成体肌肉干细胞，它们与成熟的肌纤维靠得很近

当肌纤维受损时，它们产生突出部分来捕获肌肉干细胞，将它们拉回，从而再生受损的组织

尽 管科学家们长期以来就已猜测这些干细胞在肌肉再生中发挥作用，但是它们是如何被激活和控制的仅在细胞样品中进行过充分研究，但未在模式动物体内开展过研究

如今，研究人员以斑马 鱼为研究对象在动物体内开展研究

利用专门的显微镜，Currie教授和他的同事们能够实时地观察和拍摄活的肌肉组织再生，因而能够首次看到这些干细胞如何移动、作出表现和修复受损的组织

5.Science：纤维素合酶S-酰化反应是定位到细胞膜上所必需的 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf4009 纤维素合酶是一种大分子的多亚基复合体

当它在延长纤维素纤维时，它沿着植物细胞膜移动

在一项新的研究中，研究人员证实这种纤维素合酶复合体大量发生S-酰化反应

一部分酰化反应位点是这种复合体整合进植物细胞膜所必需的

单个功能性的纤维素合酶复合体能够携带多达 100个酰化修饰位点，从而潜在地改变它的生物物理特性，并且有助它与植物细胞膜结合

6. Science：海洋热浪触发了生态系统的剧烈转变 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aad8745 据一项新的研究，澳大利亚西海岸外的快速升温已将大片海草林转变成热带与亚热带的海洋生态系统

这些结果揭示了短时间内发生的剧烈转变——在这段时间内，一波海洋热浪导致了963平 方公里海草林的丧失

自1970年代以来，沿着澳大利亚海岸中-西段的海草林经受了海洋温度的不断增加，最近还穿插了在过去215年中最热的三个夏天

为了更好地理解这些升温如何对该地区生态系统造成冲击，Thomas Wernberg等人于2001-2015年间在65处岛礁对海草林、海藻、鱼、无脊椎生物和珊瑚进行了勘查，因为在那段时间内，该区 域受到了一波极端海洋热浪的袭击

在2010年12月的极端热浪发生之前，海草林覆盖着澳大利亚中西段海岸外浅岩礁的70%以上——然而，2年之后，勘查数据显示，43%的该海草林已经消失

在29°S以北地区所受冲击尤烈，过去那里茂密的海草林已经消失或减少了90%以上

在热浪发生的5年之后，研究人员没有观察到海草林恢复的迹象

相反，他们注意到，会形成自己地盘的海 藻有了大幅增加，而那里的具亚热带和热带水域特征的物种也发生了大幅改变

例如，他们发现，刮削和吃草鱼类的生物质增加了400%，这是一组具有生活在珊瑚礁区域特征的鱼类

7. Science：尾巴的演化—从水中到陆地 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf0984; doi:10.1126/science.aag1092 据一项新的研究报道，当早期脊椎动物从水中出现时，它们的尾巴可能对帮助它们在陆地游走起着关键作用

这些基于动物和机械模型以及数学分析的结果或能对了解地球上陆地生命的起源 提供线索

在大约3.85亿至3.6亿年前，生命体首先出现在海洋深部的水中，接着，早期的四足动物开始登陆；但是，这些动物所适应的是水中生活，它们必须找到独特的方法让它们能在陆地 上行动，而海岸线所呈现的颗粒状表面和倾斜的海岸更给其行动增添了挑战

为了更多地了解这些动物的这一早期运动，Benjamin McInroe和同事对现代弹涂鱼的动作进行了研究，这种鱼有时喜欢用其鳍在陆地上”溜达”，并偶尔会用尾巴做腾跃动作

研究人员发现， 在平地上，尾巴对横向运动的益处甚微

然而，随着表面坡度增加（如人们沿着河岸可能见到的），尾巴在帮助弹涂鱼向前行进的过程中显然变得更为重要

例如，在坡度为100时，在弹涂鱼 完成的所有”步数”中，有大约三分之一用到了尾巴；当坡度升到200时，尾巴使用的比例超过了一半

而在平地上前行时，它们基本上不用尾巴

该团队还制造了一个能模拟弹涂鱼和早期四足 动物不同动作的机械装置，并通过操纵其肢体来更好地了解鱼鳍和鱼尾如何协调而将鱼体在陆地上向前推动

研究人员证实，在平地上，角度是该机械鱼用”鳍”向前移动身体的关键；在坡度 较陡时，与弹涂鱼的情况相似，机械鱼的尾巴成为其横向运动的主导因子

相同地，机械鱼的尾巴可用于锚定身体，使它不会沿着斜坡往回下滑

由John Nyakatura撰写的《视角》对这一研究做了更详细的讨论

8. Science：机械魟登场，由光活化大鼠细胞提供动力 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf4292 研究人员制造出了一种魟鱼机械模拟，它是由光敏大鼠心脏细胞提供动力和制导的

鳐鱼类包括魟鱼，它们以其扁平身体和从其头部延伸而成的长翼状鳍而著称

这些鳍会模仿由鳍前至鳍后 的高能效波浪状运动来移动，令鳐鱼类能优雅地在水中穿行

受到这种构造的启发，Sung-Jin Park等人致力于建造一种具有类似性质和功效的微型、软组织机械

他们制造了模拟魟鱼形状的电荷中性的金质骨架，其外覆盖着一薄层弹性聚合物

沿着该 机械魟鱼的顶部，他们策略性地排列了大鼠的心肌细胞
当受到刺激时，这些心肌细胞会令鳍部向下收缩

刺激这些鱼鳍回复至向上运动则需要第二层的心肌细胞；但是研究人员所设计的金 质骨架的形状储存着某些向下的能量，它们源自这些心肌细胞最初受到刺激之时，并会在心肌细胞松弛时被释放，令鱼鳍抬高

这些心肌细胞通过遗传工程而会对光做出反应，因此研究人员 能通过光脉冲来控制该机械鱼运动

不对称脉冲可被用来让该机械鱼向左或右转，不同频率的光线可被用来控制其运动速度，作者们在一系列的视频中进行了演示

该方法好到足以指导机械 鱼通过一个基本的障碍训练场

该机械魟鱼含有大约20万个心肌细胞，它的长度为16毫米，重量仅10克

9. Science：揭示出脑室存在一种基于纤毛的脑脊髓液流动网络 Science, 08 Jul 2016, doi:10.1126/science.aae0450 大脑组织间隙充满着脑脊髓液（CSF）

在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克生物物理化学研究所的Gregor Eichele和同事们研究小鼠、大鼠和猪大脑第三脑室中的脑脊髓液运输

通 过进行复杂的最新的流体动力学分析，他们揭示出一种复杂的纤毛跳动模式，从而导致一种复杂的脑脊髓液流动高速通路网络

这种流动网络快速地和高效地运输和分配脑脊髓

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