本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

11月29日《Nature》

封面故事：核孔复合物的结构

核孔复合物在细胞中起关键作用，它是细胞质与细胞核内物质输送活动的看护者。它是一种大型超级分子复合物，由多个版本的大约30种不同蛋白组成——总共至少有450个蛋白分子。细胞生物学家将会非常想知道这些分子中的每一个是怎样放置到各自的位置而构成核孔的，但迄今为止，传统的结构研究却未能弄清这一点。不过现在，一种复杂的、基于蛋白组学的新方法为酵母核孔复合物的结构提供了一个详细的视图。该复合物的一半是由一个核心脚手架组成的，它形成一个覆盖在核包裹膜表面上的网络，该复合物就潜入在这层膜之内。这一具有选择性的输送障碍机构由大量贴在该脚手架内面的蛋白组成。尽管这种复合物很大，但其中却只有少数几个结构模块。这种结构上的简单性为了解其演化起源提供了可能的线索：它可能起源于一种“原始的”核孔复合物。

一系列小分子SIRT1激发因子被发现

SIRT1是一种依赖于NAD+的去乙酰酶，作用于参与细胞调控的蛋白之上，被发现与寿命有关，并且是限制热量所产生的有益效应的一种调节因子。一项新的筛选工作识别出了一系列小分子SIRT1激发因子，它们在结构上与白藜芦醇（在红酒中发现的众所周知的SIRT1激发因子）没有关系，但效能却是白藜芦醇的1000倍。这些新合成的化合物能在糖尿病和肥胖症的动物模型中改善代谢功能，说明它们也许在二型糖尿病和胰岛素抗性疾病中有潜在疗效。

中孔材料中分子扩散运动的观测

具有中等孔（即直径在几百纳米的孔）的材料有很多潜在应用，包括存储、分离和催化转换等，其中大多数应用都依赖于外来分子通过这些孔所进行的扩散。然而，尚没有方法将外来分子的运动与材料的结构关联起来。随着一种将电子显微镜与光学单分子跟踪结合起来在一种中孔材料中对分子扩散进行观测的方法的开发成功，这种情况将会改变。研究人员首次能够“看到”外来分子（在本研究中进行了染色）响应于主体的结构特征而在纳米尺度上改变运动速度或方向。这一结果为更深地了解中孔固体的性质创造了条件。

细菌毒素进入细胞内的过程的成像研究

对细菌毒素吸收进细胞中的一个早期阶段（膜内折的形成）所进行的一项成像研究，显示了一个由货物诱导的机制，该机制也许还适用于其他病原体，如病毒等，并且更普遍地适用于其他细胞内吞事件。研究人员观测到，志贺氏毒素（由痢疾志贺氏菌产生）的B-亚单元通过狭窄的管状膜内折进入细胞。该毒素在管状内折形成之前诱导膜重组。在细胞上，内折独立于被认为与膜变形能力有关的蛋白复合物（如clathrin 和caveolin）而形成，并且还是在细胞能量耗尽时形成的。所以，膜内折依赖于物理原理，能够自然地出现，而不需要复杂的细胞机器，但随后的分离需要细胞因素的参与。

神经传输物质的释放

神经传输物质在神经末梢的释放是由钙离子的流入触发的，其流入是响应于神经脉冲进行的——可以是自然进行的， 也可以是作为动作电位进行的。在后一种情况下，释放是快速的（和同步的）或延迟的（非同步的）。Jianyuan Sun等人利用遗传学和电生理学工具，将同步和非同步释放区分了开来，并且提出二者存在独立的钙传感器。他们还建立了一个定量模型，来解释突触传输的钙依赖性的所有情况。

用STEM/EELS方法对原子进行二维观测

微结构定性对于复合物材料的研究很重要。例如，半导体装置由纳米尺度的部件组成，它们的性能表现取决于原子尺度的微结构。虽然电子显微镜能够分辨单个原子，但它不能区分它们的化学类型。将扫描透射电子显微镜（STEM）与电子能量损失光谱（EELS）结合起来，应能分析各列原子的化学组成，但实际存在的困难意味着完全的二维分析一直不可能进行。现在，这些问题中的其中一些已经被克服，STEM/EELS成像已被用来对层状水锰矿La1.2Sr1.8Mn2O7中的镧、锰和氧以二维图像方式进行观测。

地核-地幔之间物质混合的机制

曾经有人提出，地球的地核外层材料在地核形成之后回到地幔中去的过程，可能要对上层地幔岩石中所观测到的元素比例负责，但这种情况发生的可能机制仍不清楚。Leslie Hayden 和 Bruce Watson报告了对喜铁元素通过多晶MgO在颗粒边界层的扩散所进行的一项研究工作的实验结果。喜铁元素由于在地核中极为丰富，因而是地核对地幔中这些元素所做贡献的很好指示器。他们发现，这些元素的扩散率非常高，按照地球的年龄来说，在具有地质意义的距离之上（如几十公里），这种扩散率高到足以说明颗粒边界层扩散是喜铁元素沿地核-地幔边界输送中的一个潜在的重要机制。

p53的正常功能

转录因子p53作为一种肿瘤抑制因子已经受到广泛研究，但人们对其正常生理作用却知之甚少。现在，用小鼠所做的一项研究将p53的正常功能与繁殖和生育联系了起来。p53缺乏导致雌性小鼠胚胎着床较差、受孕率较低和后代身材较小。p53是通过调控LIF来发挥这一功能的。 LIF是一种细胞因子，参与囊胚的着床。这项工作让我们看到这样一个可能性：p53的正常功能对于着床的成功很重要，尤其是对经历体外授精或胚胎转移的妇女来说；同时这一结果也让我们看到了提高习惯性着床失败妇女的着床效率的一个潜在策略。

抗生素的一个新的作用目标

传统抗生素通过抑制重要病原体功能来发挥作用，它们因此也容易受病原体所形成的对抗生素的抵抗力的影响。一种替代的办法是以支持病原体生长的宿主因子为作用目标。现在，研究人员通过对能够抑制鼠伤寒沙门氏菌和结核分枝杆菌细胞内生长的激酶所进行的一项新颖的RNA干涉筛选，识别出这种方法的一个可能的作用目标。这种关键分子是Akt1，它是一种激酶，以前被称为PKB，因其所具有的抗细胞程序死亡活性和在失控癌症中所起作用而受到了广泛研究。

mTOR与细胞能量的关系得到证明

营养物传感分子mTOR（雷帕霉素的哺乳动物目标）是参与调控细胞生长和增殖的一种激酶。它与细胞能量的密切联系表明，它也许能够与线粒体发生相互作用。现在一项计算遗传学研究证实了这一点。mTOR通过对线粒体基因表达的转录控制及氧化功能来平衡能量代谢，以转录调控物质PGC-1alpha 和YY1为调控因子。这一通道为线粒体活性受损的代谢疾病的治疗干预提供了新的可能性。

运动蛋白kinesin与微管的结合状态

研究人员对普遍存在的运动蛋白kinesin已经进行了广泛研究，但一个基本的机制问题仍然没有得到回答：当kinesin在每8纳米的步长之间等待时它是两头都与微管结合在一起的还是只有一头与微管结合？现在，Mori等人研制出单分子荧光共振能量转移传感器（smFRET），用来在该运动蛋白沿微管运动时对其进行跟踪。他们发现，在生理浓度的ATP中，kinesin是以一种双头结合状态在两个步长之间等待的，而在低浓度的ATP中，它主要以单头结合状态出现。

11月30日《Science》

原始人科雄性成熟晚
考古新发现提出，在早期人科南方古猿粗壮种(Paranthropus robustus)中，雄性比雌性成熟得晚，而且垄断一群雌性。推论早期人科的社会特征很困难、而且充满不确定性，这部分地因为化石很少、很分散，难以揭示群体互作用。一个比较可靠的指示也许是雄性和雌性的发育模式，通过其他灵长类物种模式来推论人科的社会和繁殖战略。Charles Lockwood和欧洲以及南非的同事用来自大约生活在200万年前的南方古猿粗壮种的一大组面部化石显示，这个物种的雄性比雌性的发育要晚。这种模式提出，雄性的繁殖战略是靠垄断一群雌性，与银背大猩猩的类似。这个模式可能也使雄性更容易被捕食。
英文摘要： Extended Male Growth in a Fossil Hominin Species,Charles A. Lockwood, Colin G. Menter, Jacopo Moggi-Cecchi, el al.


基因帮助植物耐高硼
本期两项研究提出，涉及硼转运的基因帮助植物在毒性生长条件下存活。虽然研究人员还不知道这个微量营养素究竟对植物起什么作用，但是他们知道植物需要适量的硼，太多或太少都对植物的生长不利。硼毒性在赤道附近国家和旱区的农业中最为明显。现在，两项研究对植物如何处理硼提供了一些线索。在一篇报告中，Tim Sutton和澳大利亚的同事描述了克隆一个大麦的硼转运基因、并显示一种特别能耐高硼的大麦有该基因的多个拷贝。在另一篇简报中， Kyoko Miwa和日本的同事揭示，用基因工程改造后过渡表达一个与硼转运有关的基因的拟南芥植物，其生长条件能承受更高的硼。这两篇文章为基因改造作物使其能耐硼、从而适应贫瘠土地种植指出了方法。
英文摘要：Boron-Toxicity Tolerance in Barley Arising from Efflux Transporter Amplification,Tim Sutton, Ute Baumann, Julie Hayes, Nicholas C. Collins, el al.
英文摘要：Plants Tolerant of High Boron Levels,Kyoko Miwa, Junpei Takano, Hiroyuki Omori, Motoaki Seki, el al.


猎户座星云中的高温气体
一个国际研究小组报告说，猎户座星云充满了百万度的高温气体，意味着来自恒星尘埃的冲击加热气体在我们的星系中很普遍。猎户座星云是猎户座“腰带”下一片模糊的星云，是我们星系中一个最有名、并且被研究得最多的天文点。该星云由高密度的湍流分子气体组成，很多恒星从中诞生。这个星云主要由其中四个极亮和大质量的恒星（统称为四边形区）照亮。Manuel Guedel和同事现在揭示猎户座星云发出的X射线很亮，因为它含有大量的高温气体，温度超过百万度。他们提出，这个气体被来自四边形区一个亮星的高能量尘埃的冲击波加热。由于我们星系中的大多数恒星出现在类似于猎户座星云的区域，意味着这个现象在星系平面中很普遍。
英文摘要： Discovery of a Million-Degree Plasma Pervading the Extended Orion Nebula,Manuel Güdel, Kevin R. Briggs, Thierry Montmerle, Marc Audard, el al.


粘附分子封闭神经绝缘
一项新研究发现，一个在血小板和肠道内壁细胞发炎研究中很有了解的粘附分子JAM-C也帮助封闭周围神经的关键绝缘。在没有JAM-C的小鼠中，这个髓绝缘鞘退化，小鼠表现出神经传出放电故障、肌肉无力、比正常步子短的步姿等，Christoph Scheiermann和同事说。JAM-C看来封闭Schwann细胞之间关键缝隙的绝缘，Schwann细胞产生包在神经细胞周围的髓鞘。虽然没有JAM-C 的人类细胞也是失去它们的髓绝缘鞘，但是研究人员说，还需要有更多的研究来确定这个粘附分子是否在脱髓鞘疾病（比如多发性硬化症）中起部分的作用。
英文摘要：Expression and Function of Junctional Adhesion Molecule-C in Myelinated Peripheral Nerves,Christoph Scheiermann, Paolo Meda, Michel Aurrand-Lions, Rime Madani, el al.