千人权威推荐：七大细胞生物学论文

　　

生物通报道：“F1000（Faculty of 1000 Medicine）”又名“千名医学家”，是由美国哈佛大学和英国剑桥大学等全世界2500名国际顶级医学教授组成的国际权威机构。其中近期最受关注的七篇神经科学论文如下：

L.Q. Chen et al., "Sugar transporters for intercellular exchange and nutrition of pathogens," Nature, 468:527-32, 2010. Evaluations by Julian Schroeder, UCSD; Akiko Sugio and Saskia Hogenhout, The John Innes Centre, UK; John Patrick, Univ Newcastle, Australia; David Alpers, Wash U Sch of Med; Bruno Stieger, Univ Hosp Zurich; Tapio Palva, Univ Helsinki; H Ekkehard Neuhaus, Univ Kaiserslautern, Germany.

一组以前不知道的糖运输蛋白已被识别出来---最初是在植物中， 但由于同源蛋白明显广泛分布，所以它们也在动物中被识别出。

在植物中，这些SWEET受体相应于那些人们长期寻找的、向花蜜、种子和花粉发育供应葡萄糖的运输蛋白。这些运输蛋白中的其中一些被病原体利用来为复制提供糖。后生动物同源蛋白也调控葡萄糖运输，并且还可能涉及糖从小肠、肝脏、附睾和乳腺细胞中的流出。

G. Kudla et al., "Coding-sequence determinants of gene expression in Escherichia coli," Science, 324:255-58, 2009. Evaluations by Jonathan R Warner, Albert Einstein Coll of Med; Panayiotis Benos, Univ Pitt; Daniel Dykhuizen, Stony Brook; Jurg Bahler, UCL; Neeraj Dhar and John McKinney, EPFL, Switzerland; Audrey Gasch, Univ Wisc-Madison.

P. Kanchanawong et al., "Nanoscale architecture of integrin-based cell adhesions," Nature, 468:580-84, 2010. Evaluations by Martin Humphries, Univ Manchester; Herbert Schiller and Reinhard Fassler, Max Planck Gesellschaft, Germany; Ronen Zaidel-Bar, Nat Univ Singapore; John Couchman, Univ Copenhagen.

来自美国国立卫生研究院，霍德华休斯医学院，佛罗里达州立大学等处的研究人员利用一种称为干涉测量光激活定位显微技术（iPALM，interferometric photoactivated localization microscopy）的方法，发现了细胞粘着斑(focal adhesion)蛋白的显微结构，从而为理解这一重要的蛋白结构，以及分析蛋白功能提供了新的信息。这一研究成果公布在Nature杂志封面上。

这项研究由物理学家与生物学家共同完成，是高分辨率显微镜技术发展的又一成果。近年来随着各项工具方法的发展，尤其是物理学界接二连三出现的重大科研进展，显微技术发展迅速：2008年，本文的作者之一Harald F. Hess与另外一位研究人员利用一部在自家客厅组装的光学显微镜发展出一套光敏定位显微镜：PALM观察细胞中个别蛋白质分子的位置，从而达到了电子显微镜的分辨率，这是高分辨率显微技术发展的一个里程碑。

传统光学显微镜受限于光的波长，对于200nm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到奈米级的分辨率，但通电的结果容易造成样品的破坏，因此能观测的样本也相当有限。分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标，但这些蛋白质还是经常挤在一块，在显微镜下分不出谁是谁。

光敏定位显微镜：PALM可以用来观察纳米级生物，相较于电子显微镜有更清晰的对比度，如果给不同蛋白接上不同的荧光标记，就能用来进一步研究蛋白质间的相互作用。

这几年高分辨率荧光显微镜跨越了一大步，使得研究者可以从纳米级观测细胞突起的伸展，从而宣告200—750纳米大小范围的模糊团块的时代结束了。最新的这篇文章就是这一技术的新进步，这种iPALM是将PALM技术与光的干涉原理结合起来，将三维的分辨率提高到20 nm以内，并极大地提高了收集同样光子后的定位精度。

在这篇文章中，研究人员就是通过这一新技术在纳米尺度上观测到了粘着斑的蛋白组织方式，粘着斑是细胞外基质与一个细胞的肌动蛋白细胞骨架之间的物理联系，它们能通过整联蛋白（或称整合素）发挥作用。它们在人体生理中具有根本性的重要性，因为它们调控细胞粘附、机械传感和控制细胞生长及分化的信号。

研究人员发现这种蛋白是组织良好的超级结构，整联蛋白和肌动蛋白被一个40纳米长、由部分重叠的蛋白特异性层组成的核分开，又被人踝蛋白(talin)联系在一起。这种多层架构产生三个或更多单独的腔室，它们调控粘着斑的相互独立的功能。

F. Zhang et al., "Differential arginylation of actin isoforms is regulated by coding sequence-dependent degradation," Science, 329:1534-37, 2010. Evaluations by Sarah M P Jacobo and Andrius Kazlauskas, Harvard Med Sch; Jike Cui and Dennis Wall, Harvard Med Sch; Irina Kaverina, Vanderbilt Univ Med Cntr; Zhihua Li and Edward M Marcotte, Univ Texas.

S.F. Ng et al., "Chronic high-fat diet in fathers programs beta-cell dysfunction in female rat offspring," Nature, 467:963-6, 2010. Evaluations by Russell Bonduriansky, Univ New South Wales, Australia; Enrico Avvedimento, Univ Federico II, Italy; Qingchun Tong and Perry Bickel, Univ Texas; Atsushi Iriki, RIKEN Brain Sci Inst, Japan; Mehboob Hussain, Johns Hopkins Univ; William H Colledge, Univ Cambridge.

来自澳大利亚新南维尔士大学（The University of New South Wales）的研究人员发现父亲的肥胖会影响女儿的健康，研究结果发表在Nature杂志上。

新南维尔士大学的研究人员发现父亲的饮食与女儿的耐糖性差有关，小鼠实验表明，正常雌性与吃高脂肪食物、耐糖性差的雄性所生雌性后代的耐糖性差，因为其胰岛素分泌和胰腺功能受损了。

儿童肥胖和糖尿病与其父母当中一方的这些状况密切相关，但父亲是怎样对子女的这些状况造成影响的并不清楚。这是在任何一个物种中关于父方的饮食会诱发后代逐渐患糖尿病的第一个研究报告。这项工作凸显了环境诱导的父方因素在影响后代的代谢疾病及肥胖症和糖尿病的流行性不断增加中所起的一个新颖作用。

Y. Shibata et al., "Mechanisms determining the morphology of the peripheral ER," Cell, 143:774-88, 2010. Evaluations by Charles Barlowe, Dartmouth Med Sch; Matthias Seedorf, Univ Heidelberg, Germany; Sascha Martens, Univ Vienna.

P.J. Stephens et al., "Massive genomic rearrangement acquired in a single catastrophic event during cancer development," Cell, 144:27-40, 2011. Evaluations by Jordi Camps and Thomas Ried, NCI/NIH; Yamini Dalal, NCI/NIH; Giovanni Neri, Univ Cattolica del S Cuore, Italy; Robert Booth, Virobay Inc; Yan Xu and Makoto Komiyama, Univ Tokyo.

在大多数情况下癌症似乎是随着时间的推移而逐渐显露的。细胞首先出现癌前病变，然后越来越表现异常最后才转变为癌细胞。但有些时候癌症又像是突如其来，从天而降的。在《细胞》（Cell）杂志上的一篇论文中研究人员称他们找到了解释癌症突发的新证据。研究人员在对各种不同类型的肿瘤样品进行DNA测序后证实当一次细胞危机引起几十个或数百个基因组重排时有可能会导致癌症突发。

“我们在肿瘤样品中发现了这一过程的标志事件，我们将其称之为染色体碎裂（chromothripsis）。在20-30%的癌症以及25%的骨癌中均可看到这一标志性的现象，”研究人员称。

“我们认为癌症突发是由于某一时刻染色体发生了大量的损伤所致，”维康信托基金会和剑桥大学的工作人员Peter Campbell说道：“通常情况下这些细胞会启动自毁机制而诱导细胞死亡，但在某些时候一些细胞会设法进行自救，而当其以错误的方式进行自我修复时，带有难以置信的癌变特性的基因组就出现了。”

Campbell研究小组最初的目的是研究肿瘤中DNA重排的模式。然而随着测序工作逐步展开研究人员发现在某些肿瘤中大量的重排紧密地集中在基因组（通常是一条或几条染色体）的一些区域。“最初我们尝试提出一个方案以重建可能导致如此大量重组的一系列事件，然而我们发现我们根本无法做到，”Campbell说。

于是研究人员开始质疑这些染色体是否是在一次突发事件中发生断裂，然后以一种“杂乱”的方式再度拼合到一起。“当有人提出这一假设时，我们发现基于这一假设，一切的问题都可随之迎刃而解，”Campbell说：“细胞将染色体错误地拼接到一起，生成了错误的基因组，从而缩短了癌症发生的进程。”

“尽管我们尚不能确定引起如此大规模重组的原因，但是我怀疑电离辐射的单脉冲有可能有此作用。众所周知电离放射能够诱导双链DNA断裂，而断裂的方式有可能仅局限于一条区带，一条臂或是导致整条染色体都发生断裂。”Campbell说。

“对我们来说在接下来的研究中关键的事情之一就是要找到可能导致这种损伤的原因。如果我们能了解其根源，我们或许能够知道如何防止这种损伤发生，”研究人员说：“我们已经计划对暴露在电离辐射下的人们进行肿瘤检测以找到这类重排的根据。”

“无论损伤的机制是什么，影响结果是相当深远的，”研究人员在结论中写道：“面对数百个DNA断裂，细胞的DNA修复机制试图去修复基因组，然而杂乱地拼凑却使其完全脱离了原来的结构，这种错误修复所生成的基因组无疑会导致大量的潜在的致癌作用。”

“Faculty of 1000 Biology”创办于2002年1月，是一种在线科研评价系统，其推荐原则立足于论文本身的科学意义而非发表在什么杂志上。该系统根据全球2300多名资深科学家的意见，提供对近期发表的生物科学论文的快速评论，目的是帮助广大科研人员遴选和发现有价值的研究工作。该机构专家根据论文对当前世界生物医学和临床实践的贡献程度和科学价值，每年对全球SCI文章总数不足千分之二的优秀精品医学论文进行推荐和点评，并赋予“F1000论文”称号向医学界推荐，涵盖了医学各个学科，是一项很高的学术荣誉。

（生物通：万纹）