Science杂志最受关注的文章（11月）

　　

生物通报道：美国的《Science》杂志由爱迪生投资创办，是国际上著名的自然科学综合类学术期刊，与英国的《Nature》杂志被誉为世界上两大自然科学顶级杂志。Science杂志主要发表原始性科学成果、新闻和评论，许多世界上重要的科学报道都是首先出现在Science杂志上的，比如艾滋病与人类免疫缺陷病毒之间的关系，标志性基因组研究成果等。Science杂志近期下载量最多的文章包括：

RNA editing with CRISPR-Cas13

将RNA编辑酶融合到靶向RNA的Cas蛋白中，这样研究人员就能编辑人体细胞中特定的核苷酸了，张锋研究组将这种方法称为RNA Editing for Programmable A-to-I replacement (REPAIR), 这一技术不仅可以用作研究工具，而且可作为由突变引发的疾病的临时治疗方法。

来自哈佛大学的化学生物学家David Liu（未参与该项研究）点评道：“这项工作是一个非常有成效，令人令人印象深刻的研究成果，它提出了编辑RNA转录本。从而以编程的方式改变其编码的潜力可能性。对于通过靶标RNA序列的暂时变化达到最好解决问题的应用，这种方法具有很强的潜力”。

CRISPR这一明星技术在基因组DNA编辑方面发挥了许多重要的作用，虽然其主要应用于DNA，但一些新的研究已将它的范围扩展至RNA编辑。去年Nature Methods评选出的年度技术中就有将革命性的CRISPR基因编辑技术用来靶向RNA，其中的一大进展就是麻省理工张锋研究组关于能够靶向和降解RNA的一种RNA引导酶——C2c2（也被称为Cas13a）功能特征的研究。

在此基础上，张锋研究组在10月5日Nature杂志上又公布一项成果，证实了切割RNA的Cas13a酶能够特异性地降低哺乳动物细胞中的内源性RNA和报告RNA水平。并指出这种方法比RNA干扰（RNAi）的效率更高，能被用于抑制细胞RNA靶标，结合和富集感兴趣的RNA，以及通过序列特异结合对细胞内的RNA进行成像。CRISPR下一个技术趋势—RNA编辑

Nε-Fatty Acylation of Rho GTPases by a MARTX Toxin Effector

创伤弧菌是一类让人类谈“菌”色变的病原细菌，俗称“吃人肉细菌”。处理海鲜时如不小心扎了手，创伤弧菌就有可能趁虚而入，迅速引发败血症、组织坏死等，致死率极高。创伤弧菌、霍乱弧菌等病原菌会分泌一类MARTX毒素，这类毒素“块头”很大，由4000多个氨基酸残基组成，它穿过细胞质膜时，会把自己“切割”成一小段一小段，成为“小个头”的效应因子进入到细胞质中，RID就是其中的一个，它在MARTX毒素家族中广泛存在。

在最新这篇文章中，这一研究团队发现这类病原菌的一项“攻术”：它分泌的毒素会“放冷枪”，定向“冻”住宿主细胞的信号通路，让细胞动弹不得，甚至“散架”。

研究人员指出，RID在细胞里实施的坏事就是锁定并“冻住”Rac1。Rac1平时循环于细胞膜和细胞质之间，作为一种关键信号分子，参与肌动蛋白细胞骨架的信号调节。就像人类有了骨骼才能运动，肌动蛋白细胞骨架不但支撑出细胞的形状，并为其实现迁移、变形等功能提供了基础。此外，Rac1还参与细胞产生抗菌氧自由基的过程。

RID特异地识别Rac1后，会对其进行修饰。修饰后的Rac1“变样”了，多了一些长长的“脂肪链”。这些“链条”不但让Rac1滞留在细胞膜不能动弹，还屏蔽了Rac1重要的功能区域，阻断了它与上下游的信号传递。这样一来，关键信号分子Rac1就像被RID点了穴，束缚了“手脚”，无法调节肌动蛋白细胞骨架的信号通路，从而破坏了宿主细胞的结构和功能。浙江大学生科院教授最新发表《Science》文章

Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function

CircRNA是近年来RNA领域最新的研究热点。它是前体RNA（pre-mRNA）通过一种叫做反向剪接反应（back-splicing）的特殊选择性剪接产生，在真核细胞中广泛表达的环形内源性RNA分子。尽管被低效地加工，大多数呈低水平表达，但研究发现一些circRNAs源自与人类疾病相关的基因组位点，而且有越来越多的证据表明它们在转录、转录后及翻译调控中的潜在作用。

Cdr1as是一种在哺乳动物大脑中大量表达的环状RNA，也是目前研究的最多的几种环状RNA之一。最早Cdr1as就是由德国MaxDelbrück研究中心的Nikolaus Rajewsky（本文作者）及其同事在2013年报道，他们指出这种分子可以作为miRNA的“吸收棉”，因为它有超过60个miRNA miR-7的结合位点，不过其具体作用依然不清楚。

之后的研究又发现Cdr1as能从DNA的反义链转录，并且没有多余的对应表达物，因此可以通过诸如CRISPR-Cas9之类的DNA编辑工具进行功能缺失型研究，“这非常吸引人，这样就能操控DNA，在功能水平上看到环状DNA缺失后的应答。”

在最新这项研究中，Rajewsky等人首先利用一种之前研发的技术发现了miRNAs和其它分子之间的体内相互作用。研究人员采用小鼠和人类死后大脑，结果表明miR-7，以及另外一种miRNA：miR-671（较少）都能与Cdr1as结合。首次发现环状RNA的体内功能

Spindle asymmetry drives non-Mendelian chromosome segregation

宾夕法尼亚大学的研究小组通过小鼠卵母细胞（卵细胞的前身）实验，发现了一个驱动减数不对称分裂的分子信号。证明女性卵细胞存在“右倾”偏见。

几十年来，科学家们冥冥之中感觉到减数分裂过程中的各种遗传因素似乎参与了一场无声的战斗。因为，有些基因传递的几率高于“偶然概率”，这一现象的专业术语是“减数分裂驱动或比偏移（meiotic drive）”

“我们一般优先考虑外在影响驱动的自私基因，意味着这些基因可能使你活得更长，或繁殖更多，或杀死更多敌人，或更容易被传播等等，”宾大文理学院副教授、文章通讯作者Michael Lampson说。“但另一方面，我们认为也有可能是基因本身的问题，基因自身是通过竞争进入精子/卵子的。虽然种种迹象表明，这很有可能，但我们并没有真正理解它的发生机理。”研究小组推断，这可能是细胞分裂时的一种物理机制。看完这篇《Science》我竟无言以对，居然连性细胞都有偏见了！

A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia

近日，研究人员对一个女性尼安德特人的基因组进行了完整测序，这些骨骼碎片来自克罗地亚的凡迪亚（Vindija）洞穴，距今大约有5万年。这一成果发表在《Science》杂志上，证实了有关尼安德特人的若干推测，也揭示了该人种对现代人基因的影响。

这个基因组是迄今为止第二个高质量的尼安德特基因组，能够可靠地揭示DNA在何时何地从尼安德特人传播到现代人，以及它可能引起或预防哪些疾病。“这真是太令人兴奋了，因为拥有两个尼安德特基因组的好处可不止两倍，”范德堡大学的进化学家Tony Capra说。

第一个尼安德特基因组来源于凡迪亚洞穴的三名个体。几年后，研究人员对另外两个尼安德特基因组进行了测序，仅得到一组高质量的数据，它们来自在西伯利亚发现的阿尔泰尼安德特人，距今约12万年前。基因组信息表明，尼安德特人曾与走出非洲的智人杂交，因此欧洲和亚洲人携带痕量的尼安德特DNA，而非洲人没有。

那么，关键的问题来了：这么古老的DNA在现代人类中发挥什么作用？研究人员通过基因组序列分析，发现了大约20多个尼安德特基因变异，它们影响现代人的抑郁症、脂肪积累、过敏、皮肤病变、免疫疾病及其他疾病的风险。第二个高质量的尼安德特基因组带来进化线索

Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9

早年毕业于北京大学的杨璐菡（Luhan Yang）曾因第一个利用CRISPR-Cas9技术修改细胞基因组和领导eGenesis公司，而被福布斯杂志评为2014年30岁以下30个科学医疗领域(30 under 30)领军人物之一。

这家公司是由杨璐菡和她在哈佛大学的博士生导师、遗传学领军人物George M. Church共同创立的致力于推动异种器官移植临床应用。从2014年起，杨璐菡做为异种器官移植课题带头人，带领10个人的科研团队在哈佛和eGenesis利用CRISPR-Cas9技术，敲除猪基因组中可能的致病基因。

去年，他们与浙江大学动物科学学院等处合作使用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功地在猪胚胎中灭活了62种PERVs。研究组设计gRNA靶向了猪肾细胞DNA中62个PERV序列共有的一个基因。在一小部分细胞中，CRISPR系统除去了每一个靶基因，这是当时通过单次CRISPR达到的最大数量基因改变。在实验室培养皿中这些编辑细胞用PERV感染人类肾细胞的能力下降了1000倍。Science发布CRISPR基因编辑重大成果

在此基础上，今年杨璐菡，Church教授同样与浙江大学动物科学学院，云南农业大学合作，发表了题为“Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9”的文章，首先证实猪细胞中的内源性逆转录病毒（PERVs）在与人类细胞共同培养时可传播给后者，此后他们通过分析猪成纤维细胞基因组内存在的PERVs，发现了25种PERVs，而且更重要的是他们利用CRISPR令所有25个基因组位点失活。

Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass

“一般来说，因为具有高毒性，氨被认为是必须清除的代谢废物，”哈佛医学院细胞生物学副教授、通讯作者Marcia Haigis说。“我们发现，氨不仅对乳腺癌细胞没有毒性，还可作为肿瘤生长所需的物质来源。”

为了生长，细胞（尤其是癌细胞）养分消耗很大，也会产生多余的代谢废物，其中，氨通常通过血管运输至肝脏，在肝脏中转化为毒性较小的物质，以尿素的形式排出体外。

但是，肿瘤周围血管很少，氨就会在肿瘤局部环境积聚，这对许多细胞来说是致命的。

为了探究肿瘤如何应对高浓度氨，Haigis和同事使用一种技术标记谷氨酰胺上的氮，当谷氨酰胺在代谢过程中被分解后，被标记的氮就被释放到副产物氨上。

使用这种追踪方法，研究人员分析了乳腺癌细胞和人类肿瘤异种移植小鼠模型中200多种不同的细胞代谢物。

Loci associated with skin pigmentation identified in African populations

本周《Science》杂志在线发表文章，揭示负责肤色调色的新基因突变，以及这些基因的传播之旅。科学家指出，一些肤色黝黑的太平洋岛民的肤色基因，甚至欧亚大陆居民的基因突变都可以追溯回非洲。令人意外的是，一些导致欧洲人白皮肤的基因突变都来自一个古老的非洲起源。

研究人员承认，人类在非洲的早期祖先，南方古猿的皮毛下很可能是浅色的皮肤。“如果你给一只黑猩猩剃过毛，你就会知道它们的皮肤颜色实际很浅，”宾夕法尼亚大学的进化遗传学家Sarah Tishkoff说。“倘若你也有相当厚的体毛，你根本无需黑色皮肤来阻挡紫外线伤害。”大规模调查揭示控制黄、白、黑肤色的基因突变

（生物通）