新一期《自然》《科学》文章选读

　　

生物通综合报道：4月24日、25日《自然》和《科学》杂志，生命科学领域重要论文选读。

 

 

4月24日《自然》文章

 

揭示癌细胞关键蛋白结构

来自美国芝加哥大学的一个研究组证实了两个蛋白质如何定位并修复细胞内的遗传物质。其中一种蛋白能检测并修复恶性细胞中的损伤。在发表在4月24日的《自然》杂志上的一篇文章中，研究组的研究暗示出设计一种可干扰这个修复过程的分子的可能，进而使癌症治疗更加有效。

 这个研究组的领导人是芝加哥大学生物化学和分子生物学助理教授、华人学者何川（Chuan He，音译）博士。研究人员首次确定出两个相关DNA修复蛋白的三维晶体结构，这两个蛋白分别是一种叫做AlkB的细菌蛋白和相对应的人类蛋白ABH2。一直以来，研究人员都在试图弄清这些蛋白的结构，以更好地了解他们如何在修复DNA过程中履行其功能。

 这种细菌蛋白能够结合到单链或双链DNA上。DNA双链在复制过程中分开，但这种细菌蛋白则会避免碰到双链。这一点很奇怪，因为大多数其它DNA修复酶都偏爱双链。AlkB蛋白也避开双链DNA，其原因是与双链结合耗费较多能量。

这个研究组所使用的产生晶体的技术非常精巧聪明。知道了这种酶的哪些片段对与双链DNA的相互作用很重要以及哪些片段在它偏向单链时被错过，将帮助研究人员预测相关蛋白的功能。这个研究组就是利用相同的策略来分析其它所有类型的蛋白质－DNA复合体。

 AlkB和ABH2蛋白能够修复DNA烃化（alkylation，表观遗传修饰）损伤，包括由烃化癌症治疗造成的损伤。烃化作用时将特定化学集团添加到DNA上，并且对迅速生长的细胞（如癌细胞）尤其有害。在去年的一项意外进展中，来自欧洲的研究组鉴定出一种人类肥胖基因和AlkB蛋白属于同一个家族。这个叫做FTO的基因的一种缺陷与体重增加有关。

公布番木瓜基因组草图

来自南开大学和美国的研究机构进行的一项大型联合研究获得了番木瓜基因组的首个草图。这个草图拼出了90％的番木瓜基因编码序列，揭示出了开花植物的进化新信息。由于这项研究计划包含了转基因番木瓜基因组，新的测序番木瓜基因组提供了有关导致植物对番木瓜环状病毒抗性的遗传变异的最详细图谱。

番木瓜是第五个获得了详细基因组信息的被子植物（开花植物）。其它的几种植物分别为拟南芥、水稻、白杨和葡萄。该研究的美方负责人、伊利诺斯州大学植物生物学教授、华人科学家雷鸣（Ray Ming，音译）表示，这项研究有助于了解被子植物基因组的进化情况。

 新的研究表明，番木瓜基因组在与拟南芥于7200万年前分化后，采取了一种不同的进化途径。拟南芥在近代进化中发生了两次的整基因组复制。这些叫做α和β的复制与番木瓜或者葡萄不同。更早的基因组三倍复制（gamma）被认为发生在大约1.2亿年前，该进化过程是四种双子叶植物——拟南芥、白杨、葡萄和番木瓜共享的。

 

昆虫的气味受体

 

在从蠕虫到人类在内的很多生物中，嗅觉提示是由7种跨膜受体的大家族来探测的，这些受体此前一直被划分为G-蛋白耦合受体。然而，昆虫形成了非常简单而有效的嗅觉，在这种嗅觉中，气味受体需要第二个成分才能正确发挥功能，该成分便是“铁通道形成伴护蛋白Or83b”。在本期所发表的两篇相关论文的第一篇，Sato等人发现，这些异型受体形成受配体门控的阳离子通道，它们并不依赖于G-蛋白耦合的第二种信使；他们猜测，其他7种跨膜受体也许能够表现出类似的铁通道活性。Wicher等人发现，除了引导通道激活外，结合到气味受体上的配体还能引起G-蛋白耦合通道的激活。对于寻找昆虫气味受体抑制剂、在可能的情况下将其用于控制蚊子等携带疾病的昆虫寻找宿主的行为的研究工作来说，这项工作有参考价值。

 

类脂能调控葡萄糖水平

 

人们知道，只要小肠中有类脂，就能使啮齿类和人类的营养吸收减少，因为类脂可以激活小肠—大脑神经轴。最近的研究表明，大脑能够直接探测血液中的类脂，以抑制葡萄糖的生成，从而通过一个大脑—肝脏神经轴来维持啮齿类的葡萄糖体内平衡。现在，研究工作首次表明，小肠上层类脂能够通过一个小肠—大脑—肝脏神经回路迅速抑制葡萄糖生成。用大鼠所作实验表明，进入小肠的类脂或脂肪能够触发传入大脑的神经信号，后者随后将信号发送到肝脏，以降低葡萄糖的生成和血糖水平，用时不到15分钟。但食用高脂肪食物仅仅三天，就能干扰这一信号，使其失去作用，不能再向其他器官发出降低血糖水平的信号。这让我们看到，降低肥胖症或糖尿病患者葡萄糖或血糖水平有更有效的方法。

 

4月25日《科学》杂志精选

 

针对阿尔茨海默氏症的化合物

 

德国的研究人员已经合成了一种化合物，它能够有效阻止部分与阿尔茨海默氏症起病有关的细胞活动，即当它固着在细胞区室的壁上时便会起效。这些新的发现可能握有设计更为有效的抗阿尔茨海默氏症药物的关键性答案，而且它们还代表了一种针对其他膜蛋白的固着性抑制剂新方法的“原理验证”。

在测试了一种在细胞内自由浮动时仅轻度有效的抑制剂之后，Lawrence Rajendran及其同僚尝试性地将他们用的该抑制剂附着在被称作内质体的细胞区室的膜壁上，而这些恰是人们希望药物阻断的有害的酶活性的部位。研究人员观察到，这种新的固着在膜上的抑制剂比单独的抑制剂本身对阻断该酶活性更为有效。在取得这一发现之后，研究人员在果蝇与小鼠模型中测试了这种新的抑制剂的有效性。结果显示，该抑制剂降低了毒性并增加了这些生物的存活率。

 

学科交叉拓展基因组学研究

在本期《科学》杂志上发表的两篇文章突出了多学科合作研究在了解从基因型和表型到群落生态的所有信息方面的重要性。

在第一篇文章中，来自美国北亚利桑那州大学、西弗吉尼亚大学和田纳西州大学的研究人员对生态系统遗传学（基因组在一个生态系统中的相互作用方式）进行了研究。他们提出，生态学和基因组学应该被整合在一起来分析，从而使研究人员能够在遗传和基因组信息基础上了解群落和生态系统。

 研究人员表示，通过阐明与群落遗传和生态系统显型有关的特定基因、等位基因和表观遗传机制，基因组学观点能够进一步促进我们对群落结构和生态系统过程的了解。群落和生态系统中有数百、数千物种相互作用，这些物种之间的关系能够对群落一种或更多物种产生一种选择压力。这意味着实验室中的基因组学研究可能无法完全解释真实世界的基因组。这也意味着群落和生态系统能够具有可遗传特征。研究人员指出，由于群落中，并不是所有的基础物种都被作为模式生物加以研究，因此研究人员呼吁对非模式基础物种进行更多的遗传和基因组研究，从而促进遗传群落和生态系统的研究。

 第二篇《科学》文章强调了交叉学科研究的重要性。杜克大学的生物学家Philip Benfey和Tomas Mitchell-Olds叙述了将基因型翻译表型有关的挑战。Benfey表示，要想实现成功的“翻译”就需要系统生物学和群体遗传/进化生物学两个领域的合作。这是因为，与旧的平行研究方向观点不同，大多数基因似乎都在复杂的网络中起作用。Benfey等人认为，研究人员需要在将基因型与表型联系在一起时考虑到所有这些网络。（生物通雪花）