一文了解2019年11月29日Science期刊精华

　　本周又有一期新的Science期刊（2019年11月29日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

　　1.Science：利用机器引导设计方法优化AAV病毒衣壳

　　doi:10.1126/science.aaw2900

　　天然的AAV并不特异性地靶向患病的细胞和组织，它们可以被免疫系统识别，因而限制它们的治疗成功性。为了改进AAV，合成生物学家一直在采用“定向进化”方法，即在组成AAV病毒衣壳的衣壳蛋白中，让直接接触靶细胞的衣壳蛋白的特定氨基酸发生随机突变。通过评估哪些氨基酸变化可以将AAV递送到靶组织，并在艰巨的迭代过程中将突变依次层叠，他们旨在改进所需的AAV特性。如今，在一项新的研究中，来自哈佛大学威斯生物启发工程研究所和哈佛医学院的研究人员报道了一种方法，该方法可以加快制造这样的改进型AAV衣壳的过程并开发出更好的AAV病毒。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Comprehensive AAV capsid fitness landscape reveals a viral gene and enables machine-guided design”。

　　通过采用一种不同的更加系统性的衣壳蛋白工程方法，这些研究人员对AAV-2衣壳中的735个氨基酸进行了逐个突变，包括在每个位点上发生的所有可能的密码子替换、插入和缺失。他们产生了一个包含约20万种病毒变体的病毒库，并鉴定出既保持了AAV-2的生存力同时又改进了它对小鼠特定器官的“归巢”潜力（即嗜性）的衣壳变化。出乎意料之外的是，他们还发现了一种隐藏在衣壳编码DNA序列中的新型辅助蛋白，该蛋白与靶细胞的细胞膜结合。

　　2.Science：新研究揭示乳糖促进移植物抗宿主病产生机制

　　doi:10.1126/science.aax3760； doi:10.1126/science.aaz7595

　　在一项新的研究中，来自美国、德国和日本的研究人员通过对来自四个临床中心的1300多名接受异基因造血细胞移植的患者进行大规模分析，发现较高水平的几种肠球菌---特别是粪肠球菌（Enterococcus faecium）---与这些患者的更高GVHD发生率和死亡率相关。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Lactose drives Enterococcus expansion to promote graft-versus-host disease”。

　　他们发现在异基因造血细胞移植后，肠球菌也在小鼠胃肠道中增殖，并且在无菌动物模型中加剧疾病的严重性。肠球菌的生长依赖于一种称为乳糖的二糖，而且剔除饮食中的乳糖会减弱肠球菌的生长，降低小鼠中GVHD的严重程度，并改善了它们的存活率。携带乳糖吸收不良基因型的患者具有更高的肠球菌丰度，在接受异基因造血细胞移植后对抗生素治疗后的肠球菌主导地位的清除能力较差。

　　由此可见，这项研究报道作为一种常见的营养物，乳糖可促进肠球菌增殖，这种肠球菌增殖加会剧肠道和全身性炎症性疾病。

　　3.Science：揭示vGluT2神经元在记住和处理负面经历中起关键作用

　　doi:10.1126/science.aay8746； doi:10.1126/science.aaz8638

　　在一项新的研究中，来自匈牙利科学院和塞麦尔维斯大学的研究人员发现小鼠脑干中的一个中枢调节它们评估、处理和记住负面经历的能力。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Median raphe controls acquisition of negative experience in the mouse”。在这篇论文中，他们描述了他们利用小鼠开展的多种神经元刺激实验以及他们从中学到的东西。美国国家卫生研究院（NIH）的Satoshi Ikemoto针对这项研究在同期Science期刊上发表了一篇观点类型的文章，概述了有关哺乳动物大脑如何应对威胁和其他负面经历的研究历史。

　　为了更多地了解有关小鼠如何处理负面经历并随后对这些负面经历做出反应，这些研究人员进行了一系列涉及神经元刺激的实验。更具体地说，他们使用了他们所描述的一套神经科学工具来研究与小鼠负面经历有关的神经回路，重点是位于脑干下部的中缝区（median raphe region, MRR）。

　　这些研究人员报道他们发现小鼠中的一组此前未知的MRR神经元（称为vGluT2神经元）是记住和处理负面经历以及此类经历再次经历时所发生的行为的主要中枢。他们还发现在实验用小鼠大脑中人工刺激这组神经元会导致规避类型的行为和焦虑相关症状。抑制这组神经元具有相反的效果---小鼠不再对通常会吓到它们的经历做出反应。

　　4.Science：脑细胞类型中的增强子遗传变异或可预测疾病风险

　　doi:10.1126/science.aay0793

　　在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校医学院和沙克生物研究所等研究机构的研究人员如今在一些增强子中发现的特定遗传变异决定着蛋白是否在大脑的特定细胞类型中表达，并且可能在人们患精神疾病或神经疾病的风险中起作用。他们使用从六名患者中提取出的健康组织，分离出四种不同类型的脑细胞---神经元、小胶质细胞、少突胶质细胞和星形胶质细胞，然后研究了每种细胞类型的增强子中与疾病相关的遗传变异，以寻找可能与疾病风险相关的变异。相关研究结果于2019年11月14日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Brain cell type–specific enhancer-promoter interactome maps and disease risk association”。

　　通过使用新的分子技术，他们能够进一步确定增强子区域与它们的靶基因之间的联系，从而对增强子区域发生的变异如何影响特定细胞类型中的下游基因表达提供了新的见解。

　　论文共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学系博士后研究员Inge Holtman博士说，“大脑非常复杂，在不同的大脑区域有许多不同的细胞类型。当前，我们对大脑调控图景（regulatory landscape）的了解在很大程度上仍然是未知的。过去的研究试图对整个大脑形成一个一致的调控图景，但是直到现在我们还并不真正了解它在单个细胞类型中是什么样子的。这项研究让我们对基因的调控方式、哪些增强子存在以及哪些增强子环行回到特定基因并影响它们的表达（尤其是大脑中的特定细胞类型）有了更好的理解。”

　　这些研究结果表明，虽然许多基因在许多不同的细胞类型中表达，但增强子区域在细胞之间有所不同，而且疾病风险通常与特定细胞类型中的特定增强子区域有关。

　　5.Science：揭示哺乳动物大脑皮层的惊人细节

　　doi:10.1126/science.aay3134

　　哺乳动物的大脑皮层是一个极其复杂的神经元突起网络，这些神经元突起长而细，存在分支且高度密集地堆积。 这种较高的堆积密度使皮层神经元网络的重建具有挑战性。Motta等人使用先进的自动化成像和分析工具，在高空间分辨率下重建了89个神经元的形态特征及其在小鼠桶状皮层（barrel cortex）中的连接。这种重建所覆盖的区域比早期的神经解剖绘图尝试大两个数量级。这种方法揭示了有关皮层-皮层连接和兴奋性丘脑皮层连接的抑制性突触和兴奋性突触的连接性信息。

　　6.Science：ParB蛋白催化的CTP水解促进染色体组装

　　doi:10.1126/science.aay3965； doi:10.1126/science.aaz8632

　　细菌着丝粒中的parS序列将ParB蛋白招募到细菌染色体上。Soh等人发现广泛分布的ParB蛋白家族不仅结合DNA，而且结合并水解三磷酸胞苷（CTP）。ParB对CTP的水解被parS激活，并调节ParB蛋白到parS侧翼区域的扩散，这对于组装细菌染色体至关重要。ParB蛋白的胞苷三磷酸酶结构域在多种蛋白质序列中均保守，这表明它在其他细胞过程中发挥着潜在的作用。

　　7.Science：揭示螺旋膜蛋白的折叠过程

　　doi:10.1126/science.aaw8208

　　膜蛋白在翻译时会插入细胞膜中，并可能同时折叠成它们的二级结构和三级结构。Choi等人描述了一种单分子力显微镜技术，这种技术允许他们能够监测囊泡和双层膜微胞（bicelles）中螺旋膜蛋白的折叠。两种螺旋膜蛋白---大肠杆菌扁菱形蛋白酶GlpG和人β2-肾上腺素能受体---都从N端到C端进行折叠，并具有以螺旋发夹为单位的结构。在细胞中，这将允许这些蛋白在翻译时开始折叠。