《Nature》公布08最佳论文II

　　生物通报道：在本期（12月18日）《Nature》上，Nature编辑选出了2008年的最佳论文：

Enter the 'adipomyocyte'

人体中有两种类型的脂肪组织：一种是棕色脂肪，主要功能是燃烧卡路里，产生身体所需热量；另一种是白色脂肪，用来储存能量。


现在，研究人员获得一个令人吃惊的发现：棕色脂肪是骨骼肌的一种衍生物。这一发现也许会促使我们去重新思考我们关于这两种组织之间关系的观点。以前，关于脂肪发育的大多数模型都认为，棕色和白色脂肪细胞来自同一种成脂肪前体细胞，但体内细胞系跟踪研究表明，棕色脂肪细胞起源于表达Myf5基因（迄今只在肌肉细胞中发现的一种标记）的成骨细胞。PRDM16（一种锌指蛋白，已知能够刺激棕色脂肪选择性基因表达）可强有力地调控肌肉与棕色脂肪之间的双向细胞命运转换。作为棕色脂肪细胞命运的一种支配性调控因子，PRDM16在治疗肥胖症上可能有潜在用途，能够诱导PRDM16在白色脂肪或肌肉前体中表达的化合物也可能有这种作用。

An upheaval in ocean biology

Nature：病毒在深海沉积物生态系统中所起作用


深海沉积物含有大量以微生物质形式存在的碳，这一生态系统的动态只是到现在才正在被确定。上期Nature上的一篇论文指出，在一个大面积的沉积物真核生物群落中，古细菌相对于细菌来说居支配地位。在本期Nature上，Danovaro等人报告了病毒感染在这一生态系统中的影响。


来自232个沉积样品的数据表明，病毒的产量是非常高的。病毒感染能使真核生物质产量减少80%以上（在1000米深度之下接近100%），从而将大量溶解的有机碳释放进深海中。在因其他原因缺乏资源的水域，营养物的这种注入尤为重要。因此，病毒在全球生物地球化学循环、深海代谢和我们生物圈最大生态系统的总体功能方面似乎扮演一个重要角色。

An artificial tree

Nature：能产生蒸腾作用的“合成树”

水从植物叶子上的蒸发，通过一种被动的、与灯芯的毛细作用相似的动作将水从根部向上抽。这种蒸腾拉力（transpirational pull）所产生的压力比用合成材料做成的灯芯中所产生的压力大近百倍。

现在，来自康奈尔大学的一个研究小组研制出一种微流体系，它存在于一种合成的水凝胶中，具有植物蒸腾作用的主要属性，包括将水分向上拉的力量。这种微流“合成树”有一个能从亚饱和水蒸气中向液相负压环境中抽取水分的“根系”。液态水通过“树干”在大负压下流动，并通过一个类似“根系”的系统蒸发。这个过程确证了关于蒸腾作用的内聚力-张力理论，而且这种“合成树”对于研究亚稳态液体将是一个有用的平台，并且还可作为设计化学过程、热转移和环境工程中水管理新技术的一个起点。



Cell biology revisited

低频调制细胞核的定位引发了协同基因的调控

Watching speciation

Nature：物种形成可通过感官驱动而发生


非洲湖泊中的慈鲷鱼是教科书中关于物种快速形成的典型例子，但其中所涉及的机制仍然不是很清楚。


现在，对维多利亚湖中的慈鲷鱼所做观测研究，揭示了导致（通过自然和性别选择进行的、由感官驱动的）物种形成过程的视觉系统趋异演化（表现为视觉基因的分化、雄性的彩色化和雌性的喜好）的生态及分子基础。感官驱动假说预测，感觉和信号系统中对不同环境的趋异适应，可在种群的第二接触点（secondary contact）上引起交配前隔离（premating isolation）。


除了为证明物种形成可以通过感官驱动发生而不需要地理隔离提供明确证据外，这项工作还为在由人为原因造成的维多利亚湖富营养化期间慈鲷鱼物种多样性的崩溃提供了一个机制性的解释。

Turn on the insulin

Nature：不同类型细胞转化有望修复受损组织器官


在活的有机体内，通过简单的指令让其他细胞类型转化为那些已经损失的细胞，从而修复受损的组织或器官不是很好吗？根据美国科学家日前发表在《自然》杂志上的一项新的研究结果，这一切是有可能实现的。

针对蝾螈、蛙类和鱼类的再生研究显示，当成熟细胞恢复为前体细胞后便又能够重现胚胎调节因子的作用。从这些发现中得到了灵感，美国哈佛大学干细胞研究所的Douglas A. Melton和同事研究了在成熟外分泌细胞中诱导发育调节因子的表达，从而在活的有机体内将它们重新转变为胰岛β细胞（分泌胰岛素的胰腺细胞）的可能性。


利用原位杂交，研究人员确定了在成熟β细胞和它们的直接前驱物中表达的9种候选转录因子——当它们产生突变时，会在β细胞中导致发育缺陷。他们利用腺病毒载体——同时表达核子绿色荧光蛋白（GFP）——将这些因子植入成熟小鼠的外分泌细胞，导致GFP阳性胰岛素分泌细胞的数量在被处理的啮齿动物体内的增加。


为了搞清哪些因子是这种程序重调所必需的，研究人员每次都会从中去掉一个因子，并同时重复一遍实验。而这种程序重调的功效随着因子的逐一去除而不断增加，研究人员随之识别出了3种基因（Ngn3、Pdx1和Mafa），它们足以将超过20%的被处理的细胞转化为胰岛素分泌细胞。


接下来，研究人员在具有遗传标记成熟外分泌细胞的动物体内表达了这3种因子，结果显示，只有外分泌细胞被转化了。除此之外，还有一些新β细胞在转化过程中出现了分裂，但它们并没有表现出前体细胞的标记，这意味着，在活的有机体中，从外分泌细胞向β细胞的转化对于多能细胞的状态并没有直接的逆转。


转化细胞的大小及超微结构与内生β细胞类似，并且被表达的基因对于β细胞的内分泌功能而言是必需的，例如基因编码血管内皮细胞生长因子，通过促进血管发生重构从而推动了胰岛素向循环系统的释放。这一点通过转化细胞周围的血管生成得到了证实。


利用具有化学消融胰岛β细胞的糖尿病小鼠，Melton和同事通过病毒传递了转化因子。经过处理的小鼠包含有大量的转化β细胞，能够在活的有机体内分泌胰岛素，并且在抑制血糖水平上表现出了长时间的改善。因此成熟胰腺外分泌细胞能够在活的有机体内直接转化为功能β细胞，至少在小鼠体内是这样。


Crossing the membrane

新合成蛋白的易位路径


新合成的蛋白通过一个在演化中保留下来的蛋白传导通道或易位子(在真核细胞中被称为Sec61;在原核细胞中被称为SecY)穿过真核内质网膜或原核胞质膜被移位。在细菌中，SecA ATPase被认为是SecY通道的“发动机”。Tom Rapoport及其同事所发表的两篇论文报告了人们等待已久的来自细菌的SecA-SecY复合物的结构。本期封面所示的该结构，显示了这一复合物中两部分之间的主要构形变化，说明SecA利用一个双螺旋“手指”将易位蛋白推入SecY的胞质漏斗（cytoplasmic funnel）中。交联研究为这一机制提供了进一步的实验支持。在第三篇论文中，Osamu Nureki及其同事介绍了与一个反-SecY Fab片段结合在一起的SecY的晶体结构，显示了该通道的一个开启前状态。这三篇论文一起为了解一个易位蛋白所选择的路径提供了新线索。在News and Views文章中，Anastassios Economou分析了这项研究工作对人们目前关于这一“令人吃惊的细胞纳米机器”的认识有何影响。

The personal touch

Nature：不同人种之间的基因差异


本期Nature介绍的两项重大协作研究工作，展示了最新大规模并行合成DNA测序技术的威力，这两项研究为了解基因组随种族变化而变化的性质提供了线索。


第一篇论文描述了对来自西非Yoruba族群的一个人的基因组定性研究。第二篇论文报告了一个汉族人的个人基因组，汉族占世界人口总数的30%。


现在，这些新的资源可与Venter、Watson 和NIH的参考序列结合起来使用。（Articles pp. 53, 60; News & Views）另一项单独的研究工作，根据来自超过30个欧洲国家的1,387人的数据，在大陆尺度上对遗传种族问题进行了研究。


总体上来说，国与国之间几乎没有遗传差异，但的确存在的差异与地理位置有密切对应关系。对该基因组数据所做统计分析表明，这些人中50%在他们自己所说的起源地的310公里之内。这项工作除了对验证遗传世系有参考意义外，对于评估将基因与疾病联系起来的基因组范围内的关联研究也有意义。


Cancer stem cells in the news

Nature 封面：“癌症干细胞”疗法受到质疑


人体肿瘤中的癌症干细胞，已在功能实验中被定义为当移植进免疫缺陷小鼠体内时能形成肿瘤和自我更新的细胞。实验证明，对若干肿瘤类型来说，这种细胞相对较少见。


据此，研究人员总结出了一些基于一个“癌症干细胞模型”的治疗方法，该模型正是以这些干细胞为目标，而不是以整个肿瘤或整个细胞群为目标。新的研究工作表明，至少对人体黑素瘤来说，癌症干细胞模型可能并不适用。


肿瘤形成潜力是黑素瘤细胞的一个共性。在这些实验中，研究人员从12位患者身上取来黑素瘤细胞，并进行异种移植分析，发现约四分之一的黑素瘤细胞可在小鼠身上形成肿瘤。


这表明，一系列不同癌症细胞都有帮助肿瘤发展的潜力，从而也向专门针对“癌症干细胞”这一小细胞群的治疗方法提出了质疑。

Neuromotor prosthetics

Nature：脑-机接口设计研究


脑-机接口（Brain–machine interfaces）是治疗因脊髓损伤造成的瘫痪的一种很有希望的方法，该方法可将控制信号从大脑重新路由到肌肉。以前的研究工作表明，可训练猴子利用来自植入脑中的电极的信号来移动机械臂。


现在，研究表明，猴子可学习利用从脑中单个神经元人工路由出的信号来移动一个暂时瘫痪的手腕，人们以前并没有将这些神经元与该运动联系起来。这一结果对于今后脑-机接口的设计可能会有重要意义，这种接口的设计传统上依赖于专门的神经元类群的活动。

（生物通张迪整理）