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2019年3月Cell期刊不得不看的亮点研究
  • 发布日期:2019-04-01      浏览次数:432
    • 2019年3月份即将结束了,3月份Cell期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。

      1.Cell:迄今为止最大规模人体微生物组研究揭示出数千种新型微生物物种
      doi:10.1016/j.cell.2019.01.001


      在一项新的研究中,来自意大利特兰托大学计算宏基因组学实验室的Nicola Segata、Edoardo Pasolli及其团队创建出一个迄今为止最大规模的普遍存在于世界各地人体中的细菌和古细菌目录。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为“Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle”。
       

      图片来自University of Trento。


      他的团队研究人体微生物组的方法被称为“计算宏基因组学(computational metagenomics)”:他们通过分析人体微生物组的遗传信息来进行研究。他们从一滴唾液、皮肤拭子或一克粪便中提取样品微生物的总DNA,并对DNA进行高通量测序。利用专门的软件分析所产生的大量遗传数据,以便重建人体微生物组中存在的微生物的基因组。

      Segata博士详细介绍了这项新研究的一些方面:“我们的研究结果鉴定出将近5000种微生物物种,重现了15。4万多个新重建的基因组,描述了在不同年龄、身体部位、生活方式和疾病中的人体微生物组。我们每个人都被数百种这样的微生物物种所定植。但是,其中的很大一部分(77%)在之前是未知的。这些微生物物种中的很多都比较少见,但是一些微生物物种非常普遍地存在于世界各地的人群中,对它们的发现是测试它们在自身免疫疾病、胃肠道疾病和肿瘤疾病中的潜在作用的起点。为了获得这些结果,我们分析了一个极其庞大的新获得的可公共访问的微生物组样本数据集,这些微生物组样本涵盖了不同地理、生活方式和年龄的人群。总体而言,我们考虑了9428个已用一种称为宏基因组学的DNA测序技术研究过的人体微生物组样本。”

      2.Cell:癌症的主要突变模式是突发性的
      doi:10.1016/j.cell.2019.02.012


      科学家们为研究导致癌症的生物学机制构建了巨大的资源。在这一项新的研究中,来自英国韦尔科姆基金会桑格研究所的研究人员鉴定出哪些DNA损伤模式---代表着癌症起源的突变指纹---存在于1000多种人类癌细胞系中。他们还揭示出在人类癌症中发现的一种之前与抗病毒免疫反应相关的主要突变模式在癌细胞系中突发,其间有很长一段时间是沉默的,但是这些突变突发的原因仍然是未知的。

      这些研究人员发现这种资源将让人们直接在人癌细胞中研究是什么导致癌症进展的突变发生。进一步了解这些突变过程可能有助于人们发现新的研究途径以便开发新的癌症预防和治疗方法。相关研究结果发表在2019年3月7日的Cell期刊上,论文标题为“Characterizing Mutational Signatures in Human Cancer Cell Lines Reveals Episodic APOBEC Mutagenesis”。

      在这项新的研究中,这些研究人员研究了1001种人类癌细胞系和577种人类癌症移植物(包括癌症研究和治疗测试中使用最广泛的模型)的基因组序列。他们使用了所有已知的突变签名,并编目了每个癌症模型中存在哪种突变签名。这种资源随后允许他们选择特定细胞系并研究每种突变模式如何随着时间的推移在癌细胞中发生变化。

      3.Cell:揭示细菌通过调节镁离子吸收抵抗抗生素机制
      doi:10.1016/j.cell.2019.01.042


      随着细菌抗生素治疗不断显示出强大的适应力---这引发涉及各种感染的公共卫生危机日益加剧,科学家们不断努力更好地理解细菌抗生素的防御,以便开发出新的疗法。

      如今,在一项新的研究中,来自加州大学圣地亚哥分校和西班牙庞培法布拉大学的研究人员通过将实验和数学建模结合在一起,发现了一种意想不到的机制,这种机制允许细菌抗生素的作用下存活。具体而言,他们发现细菌通过控制对碱金属离子的摄取来抵抗抗生素。当受到抗生素的攻击时,作为一种生存策略,细菌调节镁离子摄取来让它们的核糖体---将基因表达为蛋白的基本分子机器---稳定化。相关研究结果于2019年3月7日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Magnesium Flux Modulates Ribosomes to Increase Bacterial Survival”。论文通讯作者为加州大学圣地亚哥分校生物科学系的Gürol Süel。论文第一作者为加州大学圣地亚哥分校生物科学系的Dong-yeon Lee和Maja Bialecka-Fornal,以及庞培法布拉大学的Leticia Galera-Laporta。 

      这些研究人员研究了核糖体活性与跨细胞膜的离子电化学流量之间的关系。这种膜电位和核糖体是在从细菌到人类的所有活的细胞中起作用的最古老和最基本的过程之一。Süel说,他们鉴定出一种明显的关联性,这种关联性“揭示了这些对生命至关重要的古老和基本细胞过程是如何相互作用的”。

      4.Cell:中国科大薛天课题组利用纳米技术让哺乳动物能够看到红外线
      doi:10.1016/j.cell.2019.01.038


      在一项新的研究中,中国科学技术大学生命科学与医学部的薛天(Tian Xue)课题组和美国马萨诸塞大学医学院的Gang Han研究团队报道,通过纳米技术增强视力的小鼠能够看见红外光和可见光。在小鼠的眼睛中单次注射纳米颗粒可让它们的红外视觉保持长达10周,副作用最小,即使在白天也可以看到红外光,并具有足够的特异性来区分不同的形状。这些发现可能会导致人类红外视觉技术的进步,包括在民用加密、安全和军事行动中的潜在应用。相关研究结果于2019年2月28日在线发表在Cell期刊上 ,论文标题为“Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae”。论文第一作者为中国科学技术大学生命科学与医学部的博士生马玉乾(Yuqian Ma)、教授鲍进(Jin Bao)和马萨诸塞大学医学院的Yuanwei Zhang博士。

      图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.01.038。


      在这项新的研究中,这些研究人员开发出可在眼睛的现有结构中发挥作用的纳米颗粒。所开发出的纳米颗粒能够仅附着到感光细胞上,起着微小的红外光传感器的作用。当红外光照射到视网膜上时,这些纳米颗粒捕获较长的红外线波长并发射较短的位于可见光范围的波长。附近的视杆细胞和视锥细胞吸收这些较短的波长并向大脑发送正常信号,就像可见光照射到视网膜上一样。

      鲍进说,“在我们的实验中,纳米颗粒吸收波长约为980 nm的红外光,并将它转换为在535 nm处达到峰值的光,这就使得这种红外线观看起来像是绿色的光线。”

      这些研究人员在小鼠体内测试了这些纳米颗粒,其中与人类一样,小鼠不能自然地看到红外线。接受纳米颗粒注射的小鼠显示出它们检测到红外光的无意识体征,比如它们的瞳孔收缩,而仅注射缓冲液的小鼠对红外光没有反应。

      5.Cell:重磅!中俄美科学家揭示人类2型大麻素受体的晶体结构
      doi:10.1016/j.cell.2018.12.011


      近日,一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自中国、俄罗斯和美国的科学家们通过研究揭示了人类2型大麻素受体的晶体结构,相关研究结果有望帮助开发治疗炎症、神经变性等疾病的新型药物,这项研究中,研究人员将2型大麻素受体的晶体结构与此前发现的1型大麻素受体结构进行了比较,他们认为这两类受体是人类内源性大麻素的阴阳两面。

      这两种名为CB1和CB2的大麻素受体属于内源性大麻素系统,而该系统是人类机体中调节多种生物学过程的信号系统,比如机体代谢、疼痛感、神经活性和免疫功能等;我们都知道,通过靶向作用大麻素受体就能减缓机体特定的病理学状况,包括慢性疼痛等。CB1受体主要存在于机体神经系统中,其负责精神活性效应,而CB2受体则主要存在于机体免疫系统中,有研究表明,其实免疫疗法的主要靶点,同时也是治疗炎性和神经性疼痛疗法的主要靶点,研究者表示,阻断CB2的分子能够降低肿瘤的生长。

      为了能鉴别出单一分子的形状,研究人员利用许多这样的分子制造出了晶体,当以高度有序的方式排列时,这种分子暴露于X射线下后就会显现出其具体结构,研究者将CB2受体结合到阻断该受体的分子(潜在的候选药物)上制成了一种晶体,利用X射线分析就能帮助研究者观察到CB2的结构,并能阐明器如何与阻断分子(拮抗剂)相互关联的。

      然而受体本质上是一种不稳定的蛋白质,为了对其进行研究,研究者就需要利用基因工程学技术对其进行修饰,这就包括引入突变使得蛋白质在不改变其结构或功能的前提下保持稳定状态。研究者表示,CompoMug是一种特殊的软件,其能够预测突变对稳定受体分子功能的可用性,随后研究者就利用实验性手段来检测这些突变,这项研究中,CompoMug软件提示CB2受体含有5个突变。 

      随后研究者比较了CB1和CB2的结构,他们总结道,激活其中一种受体的物质实际上能够减缓或抑制另外一种受体的功能,反之亦然。最后研究者Petr Popov表示,每一种G蛋白偶联受体的结构都会展现出高效药物的设计思路和前景,如今我们揭示了CB1和CB2两种大麻素受体的晶体结构,后期我们将会设计出选择性的化合物来靶向作用其中一种受体,同时还会通过深入研究开发出能同时靶向两种受体的药物制剂。

      6.Cell:脑波刺激有助于缓解阿兹海默症
      doi:10.1016/j.cell.2019.02.014 


      麻省理工学院的神经科学家已经证明,通过将小鼠暴露于独特的光与声组合,可以改善与阿尔茨海默病患者相似的认知和记忆障碍。这种非侵入性治疗通过诱导称为γ振荡的脑电波起作用,也大大减少了这些小鼠大脑中发现的淀粉样斑块的数量。斑块在大脑的大片区域被清除,包括对学习和记忆等认知功能至关重要的区域。

      作者称,需要进一步研究,以确定这种治疗方法是否适用于人类患者。研究人员已经在健康人类受试者中进行了这种类型刺激的一些初步安全性测试。麻省理工学院的研究生Anthony Martorell和佐治亚理工学院的研究生Abigail Paulson是这项研究的主要作者,该研究发表在3月14日的《Cell》杂志上。

      7.Cell:为了不被团灭,衰老脑干细胞在炎症刺激下休眠
      doi:10.1016/j.cell.2019.01.040


      近日来自德国癌症研究中心(German Cancer Research Center,DKFZ)的研究人员在《Cell》上发表研究表明老鼠衰老之后大脑中的干细胞数量会骤减,剩下的干细胞会通过进入休眠状态来防止它们被完全摧毁。这些衰老的干细胞很难苏醒,但是一旦被再次激活,它们就可以和年轻干细胞一样朝气蓬勃。

      图片来自Cell期刊。


      这些细胞的休眠主要由干细胞环境中的炎症信号介导,因此抗炎物质也许是唤醒这些干细胞并刺激衰老大脑中的修复过程的关键所在。

      成年人大脑中特定部位的干细胞可以终生产生新的神经元。这些干细胞也会在大脑损伤后被激活,此外还可能成为特殊脑癌的源头。但是在衰老的大脑中,年轻神经元的补充会减少。来自DKFZ的干细胞科学家Ana Martin-Villalba及其团队与海德堡和卢森堡大学的研究人员合作发现了干细胞失能的一个原因。他们发现随着衰老的发生,这些干细胞的数量会骤减。

      8.Cell:科学家鉴别出维持细胞基因组完整性的新型DNA修复机制
      doi:10.1016/j.cell.2018.10.055


      日前,一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自范德堡大学的科学家们通过研究鉴别出了保持基因组完整性的新型DNA修复机制。研究者表示,这种机制是由一种名为HMCES的蛋白质所开启的,HMCES是此前研究者所鉴别出的200多种蛋白质家族的一种,这些蛋白质属于特殊分子机器的一员,其能在细胞分裂时帮助DNA进行复制。其中有些蛋白质是用于与DNA复制相关的功能,而包括HMCES在内的一些蛋白质则并未发现该功能。

      研究者Cortez说道,每一种有机体中都有HMCES样的蛋白质,比如人类、细菌等;这项研究中我们剔除了细胞中的HMCES基因来寻找细胞复制中的问题,但研究者并未发现任何问题,即缺失HMCES的细胞依然能够正常进行分裂和DNA复制;当研究者利用损伤的DNA来挑战这些细胞时他们发现,HMCES对于维持细胞健康至关重要。

      研究者所使用的DNA损伤制剂能够引发多种类型损伤,而这些损伤也能通过多种不相关的DNA修复通路来进行修复,在多种类型的DNA损伤剂中最常见的一种就是无碱基位点,目前研究人员并未发现单链DNA中修复无碱基位点的机制,本文研究中研究者发现HMCES或许就在其中扮演关键角色。HMCES能结合到无碱基位点并形成一种DNA-蛋白质交联结构,这就能够保护无碱基位点免于旁路聚合酶的不正确修复,缺失HMCES蛋白的细胞会积累DNA损伤,同时还会对诱发无碱基位点的DNA损伤制剂非常敏感,并且会增加细胞自身的遗传不稳定性。

      9.Cell: 染色体17号发生突变会导致遗传病的发生
      doi:10.1016/j.cell.2019.01.045


      Potocki-Lupski综合征是由于细胞中存在一小块17号染色体的额外拷贝而出现的遗传性疾病。另外一种不同的病症,称为Smith-Magenis综合征,是当一条17号染色体被删除时会出现。人们认为这些情况是由于17号染色体中改变的遗传信息不平衡所致,但由贝勒医学院的研究人员领导的一个多学科小组发现,除了重复或删除含有染色体区域的染色体区域外,整个基因组,广泛的单个Watson-Crick碱基对突变可能发生并可能有助于这些条件的特征。该研究发表在Cell杂志上。

      “在之前的一项研究中,我们曾提出,17号染色体的一小部分重复和缺失以及单一突变都发生在同一事件中,”共同第一作者Claudia M.B.博士说:“在这里,我们使用了一系列高分辨率技术和强大的统计分析来确认和扩展我们之前的观察结果。为了实现这一目标,我们仔细研究了这一小部分17号染色体在一大群无关患者中的遗传变化。无论是Potocki-Lupski还是Smith-Magenis综合征。“

      “我们发现该队列可分为两组。一组包括在同一DNA区域具有相同改变的个体。我们将其称为反复改变,因为我们观察到相同DNA区段的复发缺失或重复,”共同第一作者Christine R. Beck博士说,她是Baylor的前博士后研究员,目前是康涅狄格大学健康中心遗传学和基因组科学系的助理教授,也是杰克逊基因组医学实验室的助理教授。 

      在第二组中,研究人员将其称为非复发性,每个患者都有不同的DNA改变模式。

      研究人员接下来比较了关于DNA单碱基对突变数量的复发和非复发样本。作为参考,他们还将患者样本与其各自父母的样本和来自没有条件的个体的样本进行比较。

      “在复发组中,我们看到19例患者中只有4例在这些区域内发生突变,而非复发组中26例患者中有13例发生突变,发生率高5至50倍,”Carvalho说。 “这些突变大多发生在基因内。这很重要,因为这些类型的突变可能导致这种疾病。”

      10.Cell:科学家们绘制出恶性白血病的蓝图
      doi:10.1016/j.cell.2019.01.031


      最近,哈佛大学Ludwig中心的研究小组利用单细胞技术和机器学习为急性髓细胞白血病(AML)创建了一个详细的“细胞状态图谱”,可以帮助改善对侵袭性癌症的治疗。

      AML的特征在于骨髓和血液中白细胞的积累。众所周知,这种疾病难以研究,因为AML患者的骨髓含有多种正常和恶性细胞类型。这包括具有干细胞样特性的未分化的原始癌细胞和以不同方式影响肿瘤环境的分化的成熟癌细胞。 AML细胞也不断获得DNA突变,分支成相关“亚克隆”的谱系。

      “自20世纪60年代以来,我们已经以定性的方式知道AML肿瘤是细胞的异质混合物,”该论文的主要作者,博士后研究员Peter van Galen说:“现在,我们有一种定量的方法来确定这些肿瘤中存在的不同细胞类型。”

      这项新研究将于2月28日在线发表在Cell上,Bernstein及其同事,包括Ludwig Harvard研究员Jon Aster和Andrew Lane,结合单细胞RNA(scRNA)测序,阅读纳米孔DNA测序和机器学习等技术,区分正常细胞和癌细胞,并根据它们的DNA序列和基因表达相似性进行组织划分。(生物谷 )

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