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2020年2月14日Science期刊精华

2020年2月29日讯—本周又有一期新的Science期刊(2020年2月14日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。

1.Science:揭示一种奇怪的海洋动物在一生当中都可产生卵子和精子之谜
doi:10.1126/science.aay6782

一种鲜为人知的海洋生物通常生长在死的寄居蟹的蟹壳上,这听起来似乎不太可能成为科学家们的研究对象,但这种动物有一种罕见的能力,它可以在一生中制造卵子和精子。这种称为贝螅(Hydractinia)的动物之所以能够做到这一点,是因为它会产生生殖细胞—卵子和精子的前体细胞,而且在整个生命过程中都不会停止。研究这种独特的能力可能为人类生殖系统发育和人类生殖相关疾病的形成提供新的见解。

在一项新的研究中,来自美国国家人类基因组研究所、佛罗里达大学和爱尔兰国立高威大学的研究人员报道贝螅成体干细胞中的Tfap2基因激活可以将这些干细胞转化为生殖细胞,并且这一个过程可以不断重复。相关研究结果发表在2020年2月14日的Science期刊上,论文标题为“Transcription factor AP2 controls cnidarian germ cell induction”。

论文共同作者、美国国家人类基因组研究所计算基因组学部主任Andy Baxevanis博士说,“通过测序和研究在实验室中更易于操作的简单生物的基因组,我们能够梳理出有关决定生殖细胞命运的生物学基础的重要见解,这些知识最终可能有助于我们更好地理解人类生殖障碍的潜在过程。”

2.Science:从结构上揭示INSTI药物结合HIV整合体机制
doi:10.1126/science.aay8015

在一项新的研究中,来自美国国家糖尿病与消化疾病研究所、美国国家癌症研究所、沙克生物研究所和斯克里普斯研究所的研究人员发现了一类强大的HIV药物如何结合HIV整合体(intasome)的一个关键部分。通过首次解析出这种整合体与不同药物结合在一起时的三维结构,他们发现了是什么让这类药物如此有效。这项研究提供了可能有助于设计或改进HIV新疗法的重要见解。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“Structural basis for strand transfer inhibitor binding to HIV intasomes”。

HIV整合体是这种病毒感染的一种关键结构,它由HIV蛋白整合酶(integrase)和病毒DNA链组成,而且是在这种病毒入侵人细胞时形成的。这种整合体进入人细胞,随后进行必要的化学反应,从而将这种病毒的遗传物质整合到人DNA中。一些称为整合酶链转移抑制剂(integrase strand transfer inhibitor, INSTI)的药物成功地阻断这种整合体;当它不能将病毒DNA整合到人类基因组中时,HIV就不能够感染人细胞。目前,有四种INSTI药物获得美国食品药物管理局(FDA)的批准,还有一些正在开发当中。

在这项新的研究中,Lyumkis的研究团队获得了HIV整合体被四种INSTI—市售药物bictegravir;三种称为4f、4d和4c 的实验性化合物—之一阻断时的结构。他们使用了倾斜单粒子低温电子显微镜(single-particle cryo-electron microscopy(他们帮助优化的一种成像技术)来揭示每种HIV整合体-药物复合物的结构。

Lyumkis的第一个观察结果是,这些药物与HIV整合体结合在一起时与它们与PFV整合体结合在一起时有何不同。比如,化合物4f在与PFV整合体结合时会回环到它自身上,而在与HIV整合体结合时却保持相对平坦,这些细节可以帮助人们改善潜在的未来分子的结合特性。

3.Science:HIV耐药性机制新见解
doi:10.1126/science.aay4919

如今,已有许多有助于控制HIV感染的药物,包括整合酶链转移抑制剂在内。该药物家族中有四种药物:raltegravir,elvitegravir,dolutegravir和bictegravir。它们都通过与HIV的一种被称为整合酶的关键酶类结合而起作用,以阻止其将病毒的遗传物质插入人体细胞的DNA中。尽管最初非常有效,但随着时间的流逝,HIV会对这些药物产生抵抗力。

近日,Dana-Farber癌症研究所的研究揭示了HIV对多种药物产生耐药性的机制,这一发现为开发更有效的治疗方法打开了大门。这项研究于2020年1月30日在《Science》杂志上在线发表,该研究发现了HIV产生药物耐药性的机制。尽管这些药物通常在结合和阻断整合酶方面非常有效,但随着时间的流逝,病毒会削弱药物的能力,从而使HIV再次起作用。

“我们的结构生物学方面的研究使得我们能够看到药物与病毒酶活性位点的精确结构。这一结构将为设计更有效的整合酶抑制剂提供参考,从而可以改善数百万HIV感染者的生活。”美国Dana-Farber癌症研究所癌症免疫学和病毒学教授Alan Engelman说。

4.Science:揭示创伤后应激障碍发生后的记忆抑制机制
doi:10.1126/science.aay8477; doi:10.1126/science.aaz9451

针对试图自愿抑制创伤记忆的侵入是否有助于对抗创伤带来的痛苦影响,治疗师们已经讨论了很长一段时间。Mary等人研究了2015年巴黎恐怖袭击中的幸存者,这些幸存者有些患上创伤后应激障碍(PTSD),有些没有患上PTSD。他们使用功能磁共振成像技术研究了控制和抑制记忆提取的神经网络。结果表明PTSD的特征性症状与记忆本身无关,而与它的适应不良控制有关。这些结果为PTSD的产生和的潜在治疗途径提供了新的见解。

5.Science:构建造血过程中的细胞命运选择图谱
doi:10.1126/science.aaw3381

生物学家长期以来一直试图了解再生组织和胚胎组织中的干细胞和祖细胞如何分化成成熟的细胞类型。使用最新的技术进步对在数千个细胞中表达的基因进行测序就可揭示这种分化机制。Weinreb等人扩展了这些方法以在一段时间内追踪细胞克隆(细胞家族)。他们的方法揭示了细胞在造血过程(一种产生血液的过程)中的基因表达差异。通过机器学习,他们测试了基因表达测量如何较好地解释了细胞作出的命运选择。这项研究表明在了解分化机制方面仍然存在相当大的空白,在未来人们仍然需要开发新的方法来充分理解并最终控制细胞分化。

6.Science:揭示植物泛基因组免疫全貌
doi:10.1126/science.aax4079

植物病原体通过效应蛋白引发免疫反应。反过来,植物基因组编码的基因通过一种统称为效应分子触发的免疫反应(effector-triggered immunity, ETI)的过程来确定这些效应蛋白的物种特异性识别。通过研究多种感染模型植物拟南芥的致病菌丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)菌株,Laflamme等人构建出丁香假单胞菌III型效应蛋白纲要(P. syringae Type III Effector Compendium, PsyTEC),随后在拟南芥中鉴定了导致ETI的基因。这项泛基因组分析表明,相对较少的拟南芥基因负责识别丁香假单胞菌的大多数效应蛋白。这些结果提供了为何大多数致病性微生物仅感染特定植物物种的见解。

7.Science:干旱驱动的全球生态系统阈值
doi:10.1126/science.aay5958; doi:10.1126/science.aba7115

全球旱地覆盖了约45%的地球。预计由于气候变化而导致的干旱增加将影响全球旱地的多种生态系统结构和功能属性。Berdugo等人发现干旱的增加提高了旱地结构和功能的阈值。他们的数据库包括20个变量,总结了生态组织(ecological organization)的多个方面和水平。 他们发现证据表明一系列突然的生态事件依次发生在三个阶段,最终转变为低覆盖的在高干旱度条件下缺乏营养和物种的生态系统。他们估计,到2100年,超过20%的陆地表面将超过至少一个阈值,这可能导致全球范围内的土地退化和荒漠化。

8.Science:在生物钟基因Bmal1缺乏的情况下也可观察到昼夜节律
doi:10.1126/science.aaw7365; doi:10.1126/science.aba5336

在缺乏BMAL1的动物中,与短暂的糖皮质激素地塞米松(dexamethasone)脉冲同步的外周组织似乎保留了24小时起搏器,该起搏器在离体的肝细胞和成纤维细胞中维持节律性的基因表达、蛋白丰度和蛋白磷酸化。这些振荡在没有光或温度变化线索的情况下持续存在。这些结果引起了关于维持观察到的节律的振荡器的可能性质的有趣问题。

9.Science:在大量的两栖动物消失后,热带蛇的多样性消失了
doi:10.1126/science.aay5733

由两栖类真菌病原体蛙壶菌(Batrachochytrium dendrobatidis)引起的全球大流行使得全世界的青蛙种群数量减少。这种减少被称为两栖动物的潜在灾难。人们较少被探索的是两栖动物数量减少对它们所在的生态社区其他成员的影响。Zipkin等人通过使用13年来收集的调查数据,考察了大量的两栖动物被壶菌病(chytridiomycosis,即一种由蛙壶菌感染引起的疾病)杀死后的热带蛇群落的多样性和身体状况。他们发现热带蛇群落的多样性较少,除少数“获胜”物种外,大多数热带蛇物种都在减少。

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