Science杂志最受关注的文章（10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：

Ultrasound imaging of gene expression in mammalian cells

现代细胞生物学家工具箱中有一些特别重要的工具，那就是能报告细胞的功能的特殊DNA片段，这些DNA被称为报告基因，使研究人员可以通过观察遗传程序的开启和关闭，了解细胞的功能。

其中一种经常用到的就是绿色荧光蛋白（GFP），如果研究人员想了解有关细胞如何成为神经元的更多信息，他们可以将GFP基因与神经元基因一起插入胚胎的DNA中。当胚胎的细胞打开神经元基因时，它们也会表达GFP基因，从而细胞发出绿色光，这使研究人员知道了编码神经元形成的遗传程序是活跃的。

尽管这一技术一直在使用，但它有一个很大的局限性：由于光线无法很好地穿透大多数生物组织，因此GFP基因无法用于监测生物体内深层细胞的活性。而现在，来自加州理工学院的Mikhail Shapiro研究组提出了新的方法，他们开发出了一种报告基因，能够使用超声波观察遗传活性（超声波可以穿透组织深处）。

这种“声学报告基因（acoustic reporter genes）”是在一种漂浮细菌的蛋白质，这些细菌形成包含微小充满空气的蛋白质小室，也就是气体囊泡。

除具有浮力外，气体囊泡还具有另一个有用的特性：它们在超声成像中表现出强烈的优势。如果研究人员能够找到一种在特定的遗传程序活跃时对细胞进行工程改造，形成这些纳米结构的方法，那么用超声检测时，细胞就会凸显出来。

为了验证这种方法，研究人员进行了对照实验，他们在一些癌细胞中引入了这种结构，另外则不用，然后将癌细胞分别注射到小鼠体内，诱导生成癌症。结果表明，有特殊结构的一侧，超声成像清楚的看到了特殊的报告基因表达。

研究人员表示希望通过进一步的改进，世界各地的生物学家能利用这个技术，使用超声波研究模型生物，分析自然生物学环境中的细胞，并希望医生有朝一日可以使用超声波来监测患者情况。

Shapiro说：“20多年前，我们就开始改善荧光蛋白，现在我们还可以用20年的时间来改善我们开发的蛋白质。”

Tibetan hot-spring snakes under threat

全世界已知蛇类约有2800种，主要分布在热带、亚热带和温带地区，少数在寒带地区。从垂直分布来看，沿海、沿湖低地到海拔1000米上下的种类最多，有一部分种类分布在海拔2000~3000米的地方。能分布在海拔4000米左右甚至4000米以上地方的，闻所未闻。而温泉蛇却可以在西藏4500米的地方生活，但是最近来自黄山学院的黄松教授等人在Science上发文“Tibetan hot-spring snakes under threat”，指出这种蛇类目前濒危，需要积极采取保护性措施。文章由黄松教授和彭丽芳完成。

The intestinal microbiota regulates body composition through NFIL3 and the circadian clock

据一项新的研究披露，破坏肠道菌群的日常活动会对调节宿主代谢产生重大冲击，从而令小鼠代谢功能障碍的风险增加。这些结果表明，在我们现代的，昼夜节律紊乱的环境中，人类的肥胖与微生物群损害或睡眠中断之间存在着某种关联。

该研究的共同作者Lora Hooper说：“我们的发现显示，诸如抗生素或长途飞行等现代生活方式等因素可能会破坏微生物群-生理时钟间的相互作用，从而加剧代谢性疾病。”

包括肠道微生物组等哺乳动物代谢的许多方面都与昼夜生理周期有关，后者可影响食物摄入的时间及食物的消化方式。然而，微生物组和昼夜节律通路间的关系以及将昼夜光照周期与代谢基因表达关联的分子机制尚不十分清楚。

研究人员在一个小鼠模型中研究了微生物群通过改变组蛋白乙酰化而在调节每日代谢基因表达节律中的作用；组蛋白乙酰化是已知的昼夜节律-表观遗传的重要机制。Kuang 等人发现，微生物群可在小鼠的小肠上皮细胞中诱导组蛋白脱乙酰基酶3（HDAC3）的节律性表达，从而在与营养物运输和脂质代谢有关的代谢基因表达中产生同步性的每日振荡。缺乏肠道菌群的无菌小鼠也会缺乏对其代谢的节律性调控。作者还发现，HDAC3出乎意料地参与促成了脂质吸收和肥胖。长期性地破坏昼夜光照周期和HDAC3的表达节律会加剧饮食诱导的肥胖。

Genetic regulatory variation in populations informs transcriptome analysis in rare disease

纽约基因组中心、哥伦比亚大学等机构的研究人员近日在《Science》杂志上发文，称RNA测序数据有助于发现罕见的遗传变异。他们开发出一种新颖方法，能够通过了解两个等位基因的表达失衡来诊断罕见疾病。

文章的第一作者、斯克里普斯转化科学研究所的Pejman Mohammadi博士表示，出现罕见疾病时，罕见的遗传变异通常会出现在一个拷贝上。查看一群人的每个基因就能了解亲本拷贝之间有多少变异是ok的。“如果母本拷贝的表达量比父本拷贝高得多，那么我们可以假设其中一个带有突变，”他说。

这个过程不一定能够说明哪个变异是引发疾病的原因。不过，它可以让人们关注某些基因，从而开展下一步的分析。在这篇论文中，研究人员展示了如何应用这种方法来研究70名罕见病患者的RNA-seq数据。他们确诊了之前的一项诊断结果，并提出了几个病例的新诊断结果。

Sleep-wake cycles drive daily dynamics of synaptic phosphorylation

根据两项小鼠研究显示，对睡眠的自然需求与脑突触功能有密切的关联；这表明剥夺睡眠也可能剥夺大脑进行突触活动（包括可塑性）所需的关键蛋白。

睡眠对我们的大脑是必不可少的，而剥夺这一至关重要的过程可能会导致严重的认知障碍—后者仅能通过安眠得到弥补。我们的睡眠能力受每日节律和大脑对睡眠的需求或睡眠压力的支配，后者会随着我们保持清醒的时间变长而逐步增加。但是，人们对睡眠如何能恢复脑功能或如何计算对睡眠的需求却了解甚少。

在两项研究中，Sara Noya、Franziska Brüning和同事报告了对小鼠前脑（这是包括大脑皮层的脑的最大分部）中突触转录组和蛋白质组磷酸化每日变化的综合概述。Chiara Cirelli和Giulio Tononi写道：“ Noya、Brüning和同事的新发现以及先前的证据毫无疑问地证明了突触功能反映了清醒和睡眠所花的时间。”

Noya等人在睡眠正常小鼠和睡眠被剥夺小鼠中评估了突触的信使RNA（mRNA）和蛋白质丰度的昼夜变化节律。结果表明，近70％的突触mRNA以及许多蛋白和磷蛋白均显示了昼夜节律性振荡；那些与代谢和翻译有关的振荡会在近黎明时（这是夜间活动小鼠的就寝时间）达到顶峰，而那些与突触信号传导有关的振荡则会在它们于黄昏时醒来前达到巅峰。然而，在剥夺了睡眠的小鼠中，这一模式被发现出奇地不同。尽管mRNA的周期性变化在很大程度上未受影响，但几乎所有蛋白质的日常节律（对大多数的突触功能至关重要）都失去了，表明在该生物钟之外有一个驱动因子。

在这项工作的基础上，Brüning等人更仔细地检查了小鼠的睡眠-觉醒周期、睡眠压力与突触磷蛋白组学之间的关系。作者发现，睡眠不足会导致近1,000种磷蛋白的每日周期性变化突然终止，其中包括许多对突触功能（如可塑性和细胞健康）至关重要的激酶。总之，Noya等人和Brüning等人的研究结果证明了睡眠和觉醒压力（与昼夜节律机制无关）对维持突触功能至关重要的突触蛋白的磷酸化具有重要的作用。这些结果还表明精神功能障碍如何也可能与睡眠不足有关。

（生物通）