Cell杂志最受关注的五篇文章（8月）

　　

生物通报道：Cell创刊于1974年，现已成为世界自然科学研究领域最著名的期刊之一，并陆续发行了十几种姊妹刊，在各自专业领域里均占据着举足轻重的地位。Cell以发表具有重要意义的原创性科研报告为主，许多生命科学领域最重要的发现都发表在Cell上。本月《Cell》前五名下载论文为：

Structure and Function of a Bacterial Gap Junction Analog

蓝藻（cyanobacteria）是一类能够进行光合作用的特殊细菌。从进化角度来看，它们非常古老。它们的祖先大约在25亿年前首次出现在地球上，通过光合作用产生氧气，为更高形式的生命铺平了道路。

部分蓝藻属于多细胞生物，拥有分化的细胞功能：一些细胞进行光合作用；另一些细胞吸收大气中的氮。所以它们可以一边通过光合作用以葡萄糖的形式获得能量，也可以直接用氮生产氨基酸。

那么，一个问题摆在科学家面前——蓝藻单个细胞如何交流以获得物质交换呢？光合细胞向它们的固氮姐妹细胞提供葡萄糖，同样的，氨基酸也需要反向运输。为了达到这个目的，蓝藻发展出了特殊的细胞连接点，允许跨细胞边界交换营养物质和信使，而不必将细胞融合在一起。

然而，有关多细胞丝状蓝藻细胞连接的结构和精细功能还知之甚少，在《Cell》中，苏黎世理工大学和Tübingen大学的一组研究人员对Anabaena属的细胞间连接（被称为间隔连接）的结构和功能提出了前所未有的详细解析。

研究人员发现，连接通道由一个蛋白质管组成，两端有塞子密封。管子上覆盖着5个臂状的蛋白质元件，它们的排列方式很像照相机的光圈。

通道穿过不同的细胞膜和细胞壁，将被只有几纳米宽的超薄间隙隔开的两个相邻细胞的细胞质连起来。

“传统显微镜无法解析这些细节，我们通过扩展的低温电子显微镜才获得了前所未有的精度，”分子生物学和生物物理学研究所教授Martin Pilhofer说。

A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that Initiates Xenophagy

真核细胞通过选择性自噬的方式识别胞内病原体的过程称为异源自噬（xenophagy）。异源自噬在宿主天然免疫防御中发挥重要作用。关于异源自噬发生的分子机制一直是领域内研究的热点问题。虽然已有众多假说被提出，但由于现有模型中异源自噬发生比例低等问题的存在，使得人们很难判断假说的正确性。

来自北京生命科学研究所的研究人员报道沙门氏菌编码的效应蛋白SopF可以特异抑制异源自噬，敲除sopF基因后沙门氏菌可高效诱导异源自噬的发生。以此为突破口，鉴定出V-ATPase是感知细菌感染的关键蛋白，通过招募自噬蛋白ATG16L1介导异源自噬的启动。为真核细胞如何识别胞内细菌并触发自噬通路提供全新的分子机制。

这项研究从沙门氏菌转座子筛选发现异源自噬的抑制蛋白SopF出发，一方面利用宿主细胞的遗传学筛选鉴定到V-ATPase复合物，另一方面通过ADP-核糖基化蛋白组学鉴定出SopF的修饰底物ATP6V0C，最终共同证明V-ATPase-ATG16L1的结合介导异源自噬通路。

宿主细胞巧妙地利用V-ATPase识别细菌感染早期引发的膜泡损伤，激活异源自噬通路；沙门氏菌也进化出高效的应对机制，即通过分泌效应蛋白SopF特异性修饰V-ATPase，阻断自噬蛋白的招募，逃脱宿主细胞的免疫识别(下图)。V-ATPase-ATG16L1的发现为异源自噬的发生机制提供了强有力的实验证据，解答了长期以来关于异源自噬识别的疑问，也为其他选择性自噬通路的研究提供新的实验思路。

Human Artificial Chromosomes that Bypass Centromeric DNA

过去20年，研究人员一直在努力完善人类人工染色体构建（简称HACs），发表在《Cell》杂志的一篇论文，来自宾夕法尼亚大学的研究人员描述了一种形成着丝粒的新方法，该方法甚至绕过了自然染色体形成所需的生物学要求。

过去20年，研究人员一直在努力完善人类人工染色体构建（简称HACs），本周发表在《Cell》杂志的一篇论文，来自宾夕法尼亚大学的研究人员描述了一种形成着丝粒的新方法，该方法甚至绕过了自然染色体形成所需的生物学要求。

简单来说，他们是把一个名为CENP-A的蛋白质直接递给HAC DNA，从而简化了HAC的实验室合成。

“我们的方法简化了HACs的构建和表征，为制造全人造人类染色体扫清了障碍，”宾夕法尼亚大学生化和生物物理学教授Ben Black博士说。

HACs本质上是一个携带工程基因合集的小染色体，这些基因与细胞的天然染色体一起是可遗传的，生物工程师们设想，HACs可以完成包括为基因治疗提供大蛋白或运输自杀基因等各种各样的工作。

“我们把HACs想象成染色体的小模型，”Black实验室的博士生（现华盛顿大学的博后）文章一作Glennis Logsdon说。“通过一种更直接的方式在一个HAC上建立一个着丝粒，对扩大到全尺寸的人类染色体来说是更进一步了。”

在分裂过程中，HACs从母细胞到子细胞的遗传是关键，着丝粒在其中起着重要作用——细胞分裂时，着丝粒将成对的姐妹染色体捆绑在一起，没有它，整个染色体会在细胞分裂过程中七零八碎。

Fc Glycan-Mediated Regulation of Placental Antibody Transfer

Fc Characteristics Mediate Selective Placental Transfer of IgG in HIV-Infected Women

想象一下，如果孕妇体内疫苗诱导的免疫力可以转移给她的孩子，这多么好啊。来自杜克大学的一组研究人员发现了一种细胞过程，可以开发更安全，更有效的疫苗，保护孕妇及其新生儿免受危险感染。

文章通讯作者，杜克人类疫苗研究所Sallie Permar等人描述了一种先前未确定的抗体从母体转移到胎儿的途径，利用这一过程，可以控制何时以及如何共享某些抗体的潜在途径。

虽然针对某些疾病（如麻疹）的母体抗体可以从母亲转移到婴儿，但其他严重疾病如，脊髓灰质炎的抗体转移效率较低。

“科学家们一直假设认为有一些母体抗体类型可以通过胎盘传递给胎儿，因此通过这种途径，所有抗体都有相同的机会转移到胎儿体内，”Permar说。

 “我们的研究发现抗体上似乎有一个代码，可以确定哪种抗体能更有效地转移到胎盘中。”

Permar等人分析了美国和非洲马拉维共和国感染艾滋病毒的孕妇群体，研究表明，艾滋病毒会抑制抗体转移到胎儿体内（包括艾滋病病毒抗体）。这就为探索鲜为人知的分子机制提供了一个独特的研究环境，比如许多常见病原体，包括破伤风，百日咳，流行性感冒等的感染机制。

结果研究人员发现了一种与胎盘受体相互作用的糖分子，这种相互作用之前并未被认为与抗体转移过程有关。

研究显示，胎盘优先筛出并向胎儿提供激活自然杀伤（NK）细胞的抗体，这些细胞是先天免疫系统的关键元素。虽然几种重要的免疫细胞在新生儿中并不成熟，无法提供有效保护，但NK细胞是生命最初几天中最丰富和功能最强的免疫细胞。

研究小组发现了类似的偏爱胎盘转移NK激活抗体对抗流感和呼吸道合胞病毒，这是一种常见的儿童疾病，并且研究人员还发现了似乎可以调节胎盘选择的抗体特征，这些特征可能被纳入下一代疫苗中。

“我们已经证明，跨胎盘的抗体转移效率受到差异性调节，”Permar说，“这可以用于改善各种传染病疫苗的设计，改善胎盘抗体向胎儿的转移。”

“我们的研究结果提供了抗体如何通过胎盘到达胎儿的路线图，我们希望这一研究结果能够用于开发抗体疗法，保护婴儿早年免受传染病的侵害。”

同期Cell杂志上，另外一个研究组也发文证实了健康女性中存在类似的机制。

Insulin/IGF-1 Drives PERIOD Synthesis to Entrain Circadian Rhythms with Feeding Time

英国医学研究委员会（Medical Research Council，MRC）的科学家们第一次发现胰岛素可以作为进食生物钟的一个关键信号分子，这对于进一步了解生物钟，以及生物钟相关的疾病具有重要意义。这一新发现也将有助于理解在特定时间进食或服用针对胰岛素信号传导的药物的作用机理。

生物钟，也称为昼夜节律，是我们体内一个24小时的生物循环，在身体的每个细胞中单独发生，驱动我们生理学每日节律，从何时睡觉到激素水平，再到我们对药物的反应等等。生物钟通过日光和用餐时间与周围环境同步。这种同步对于长期健康非常重要，众所周知，轮班工作或跨时区旅行会扰乱昼夜节律，这可能对健康有害。

更重要的是，科学家们认为，在轮班工作和时差过程中经常发生的不寻常时间进食是导致生物钟中断的主要原因，我们平时也都知道深夜进食对健康不好，而且容易引发肥胖，然而，之前并未准确的了解生物钟如何感知和响应用餐时间的，因此难以找到可能缓解该问题的医疗建议或干预措施。

在最新研究中，MRC分子生物学实验室（LMB）的研究人员发现了在这其中胰岛素的重要作用——胰岛素有助于将膳食时间传达给身体的细胞时钟，加强昼夜节律。

研究团队首先在培养细胞中进行实验，然后再在小鼠中进行验证，他们发现胰岛素这种在我们进食时释放的激素，会通过刺激一种名为PERIOD的蛋白质生成，调节许多不同细胞和组织中的昼夜节律，因此PERIOD是每个细胞昼夜节律中的必需因子。

O'Neill博士说：“这些细胞钟的核心是一组复杂的分子，它们的相互作用提供了精确的24小时计时。我们在这项研究中发现我们进食时分泌的胰岛素，可以作为整个身体细胞的定时信号。”

当把胰岛素在“错误的”生物时间，比如通常休息的时间里注入到小鼠体内，就会扰乱正常的昼夜节律，造成昼夜失衡。

文章的另一作者，David Bechtold博士说：“我们已经知道现代社会对我们的健康构成了许多挑战，一些被视为司空见惯的事情，例如轮班工作，熬夜和时差，扰乱了我们的生物钟。现在我们更加清楚了昼夜节律中断会增加许多疾病的发病率和严重程度，包括心血管疾病和2型糖尿病。”

（生物通）