《Nature》1月最受关注的五篇论文

　　哥伦比亚大学的一项小鼠研究发现了其中惊人的奥秘：基因组可以通过三维空间重新排列，协调每个神经元中这些基因的调控，从而产生生物多样性，检测到这许许多多种的气味。

　　英国著名杂志《Nature》周刊是世界上最早的国际性科技期刊，自从1869年创刊以来，始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破。其办刊宗旨是“将科学发现的重要结果介绍给公众，让公众尽早知道全世界自然知识的每一分支中取得的所有进展”。近期《Nature》下载论文最多的十篇文章（2018年12月10日 ～ 2019年1月18日）：

　　Lhx2/Ldb1-dependent multi-chromosomal compartments regulate singular olfactory receptor transcription

　　人类的鼻子可以区分一万亿种不同的气味，这是一项非凡的能力，科学家们预测这需要1000万个专门的神经细胞（神经元），以及400多个特殊的基因家族。但是这些基因和神经元如何协同工作，每个神经元如何能精确选择激活数百个特殊基因中的一个，才能鉴别特定的气味呢？这是一个长期以来令科学家们困惑不解的问题。

　　哥伦比亚大学的一项小鼠研究发现了其中惊人的奥秘：基因组可以通过三维空间重新排列，协调每个神经元中这些基因的调控，从而产生生物多样性，检测到这许许多多种的气味。

　　文章通讯作者，哥伦比亚大学首席研究员Stavros Lomvardas博士说，“通过今天的研究，我们发现了一种基因组机制——有限数量的基因可以帮助区分几乎无限数量的气味。”

　　Nature破解几十年谜题：移动中的基因

　　De novo design of potent and selective mimics of IL-2 and IL-15

　　IL-2是一种有效的抗癌药物，也是治疗其他自身免疫性疾病的有效药物，但其毒性副作用限制了其临床应用。

　　1月10日，Nature杂志的一篇论文中，研究者们报告说，利用计算机程序设计出来的一种蛋白质在动物模型中与自然产生的IL-2拥有同样的抗癌能力，却不会引发有害的副作用。

　　研究人员说，这项成果为设计具有治疗癌症、自身免疫疾病和其他疾病的蛋白质药物开辟了新途径。

　　新蛋白被命名为Neo-2/15，因为除了可以模仿IL-2，它还可以模仿另一种白细胞介素IL-15的作用，后者也是一种可能的抗癌免疫疗法。

　　“人们已经花费了30年，试图改变IL-2使其更安全、更有效，但由于自然生成的蛋白质往往不稳定，证明很难做到，”文章主要作者生物化学家Adriano Silva博士说。“Neo-2/15非常小、非常稳定。我们从零开始设计它，我们了解它的所有部分，并可以继续改进它使其更加稳定和活跃。”

　　“Neo-2/15具有至少与天然IL-2一样好或更好的治疗特性，但在计算上它的毒性要小得多，”另一位主要作者内科医生和生物化学家Umut Ulge说。

　　耗时30载，《Nature》新文坚守抗癌最后一道防线！

　　Mobile PEAR transcription factors integrate positional cues to prime cambial growth

　　High levels of auxin signalling define the stem-cell organizer of the vascular cambium

　　当我们伸长脖子，敬畏地注视着世界上最高的树的树冠时，我们很容易忘记，让这些活摩天大楼屹立数百年甚至数千年不倒的并非向上生长，而是向外生长，树干变得越来越粗。径向生长为植物提供机械支撑，为我们提供木材和软木塞，并在将大气碳转化为植物生物量方面发挥重要作用。

　　径向生长也产生专门的维管组织，将水和营养物质输送到植物周围，从树干横截面可以看到被称为“年轮”的同心图案。在许多情况下，植物和树木在其一生都会向外生长。径向生长还负责生产我们吃的块茎蔬菜，如芹菜、胡萝卜、甜菜和土豆等。然而，植物如何通过径向生长使其茎和根变厚的机制几乎是未知的。

　　赫尔辛基大学和剑桥大学的植物科学家们分别发现了两个指导植物径向生长的独立调控网络。他们的发现今天发表在Nature的两篇独立论文中，提供了有关植物如何径向生长的最全面的解释。这也意味着世界各地的植物教科书将需要更新有关植物两种组织类型——维管束和木质部——形成、分化和生长的描述。

　　两篇《Nature》修改植物学教科书：树木和萝卜如何长“胖”？

　　Structure of native lens connexin-46/50 intercellular channels by CryoEM

　　美国波特兰州立大学的研究人员取得了眼睛晶状体三维蛋白质结构的重大突破，这将有助于了解细胞如何相互交流，为治疗白内障，中风和癌症等疾病打开了大门。

　　由化学教授Steve Reichow领导的研究团队采用了获得去年诺贝尔化学奖的冷冻电子显微镜（Cryo-EM）技术在原子水平上观察膜蛋白通道，也就是在细胞壁上的运输通道，创建了膜通道的三维图像，更好地了解细胞间通信的过程。

　　研究人员利用Cryo-EM在中间运动过程中冻结生物分子，拍摄超高分辨率的图像，然后通过计算机建模，查看从眼睛晶状体中分离出的间隙连接蛋白的三维结构。间隙连接是微小的通道，允许相邻的细胞彼此通信，遍布全身的许多地方。

　　这一研究结果首次展示了间隙连接是如何选择性地传递或阻断化学信息的。到目前为止，科学家们还不知道这些通道如何帮助信息在细胞之间传递，或者阻止信息的。

　　Reichow表示，详细的成像图像能为理解，以及治疗与细胞通讯功能丧失相关的不同类型疾病打开大门，这些疾病涉及间隙连接，如白内障，心律失常，中风和某些癌症。

　　“目前市场上还没有可以特异性阻断或激活间隙连接蛋白的药物，”Reichow说，“但是，我们的发现有朝一日可能为药物的开发铺平了道路，这些药物可以控制与这些蛋白质通道的功能障碍或错误调节相关的心脏病或其他疾病。”

　　现在Reichow实验室已经建立了一种表征蛋白质的方法，他们希望能了解身体的不同组织和器官如何使用间隙连接的细微差别。

　　Excised linear introns regulate growth in yeast

　　Introns are mediators of cell response to starvation

　　一直以来，科学家们对许多真核蛋白编码基因中散布的没有明显生物学功能的非编码DNA片段到底起什么作用感到困惑。这些被称为内含子的序列通常在转录和翻译的时候，从它们的原始序列剪接出来并在蛋白质产生之前迅速被破坏。

　　1月16日Nature杂志上发表的两项最新研究意外发现了内含子的新作用（至少在酵母中）——许多内含子在剪接后很长一段时间都滞留在细胞中，并且在压力条件下调节细胞生长过程中扮演了重要角色。

　　伦敦大学学院的遗传学家Jürg Bähler（未参与该项研究）评论说：“这让人非常惊讶和兴奋，像内含子这种通常被认为是废物的东西在饥饿等某些生理条件下，竟然可以起到如此巨大的调节作用。”

　　自1977年内含子被发现以来，针对它们为什么存在，科学家们已经提出了几种理论，例如，内含子可能可以通过延迟将DNA转化为蛋白质所需的时间，发挥调节基因表达的作用。内含子还帮助选择性剪接，这是一种允许核糖体从单个基因组装多种不同蛋白质的过程。但是，人们还是认为内含子没有多大用处，加拿大谢布克大学的遗传学家Sherif Abou Elela说。

　　在最新两项研究中，Elela与Whitehead研究所的David Bartel两个研究组分别通过不同的方法独立发现了内含子在酵母中的功能。

　　生物学家Bartel领导的研究组是偶然获得了这一发现：在一项无关的研究中，Bartel实验室的一位博士生Jeffrey Morgan通过酵母细胞RNA测序发现了许多内含子片段，而这些细胞正处于悬浮培养，细胞生长减少的阶段，研究人员认为这表明内含子在细胞中积累，而不是降解。