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《科学》杂志——2月26日当周收录指南

黄琨

科学

【1】纤毛动力由“舒林”锁定和关闭

分子动力

动纤毛和鞭毛是重要的细胞器,其功能包括建立左右体轴、清除气道粘液和驱动单细胞运动。纤毛搏动是由动力蛋白阵列驱动的,关键的力发生器是外动力蛋白臂(ODA)复合体。利用原生动物四膜虫,Mali等人发现了一种因子,他们称之为舒林(Shulin),能够结合新合成的ODA。冷冻电子显微镜揭示了舒林是如何通过切断运动活动和促进ODA从细胞质传递到纤毛的最终位置,来将动力蛋白马达锁在一起的。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/910

【2】疫苗分配顺序

冠状病毒

严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)疫苗的供求出现了严重失衡,应该如何优先分配疫苗?Bubar等人在各国模拟了疫苗特性的不确定性对于分配策略的影响(见第2篇文章)。在该模型中,疫苗的效力及其减少疾病和/或阻断传播的能力与易感性、死亡率和免疫功能下降的年龄相关变化有关。在几乎所有情况下,要降低死亡率,都需要将疫苗先发给那些死亡风险最高的人,通常是60岁以上以及有基础疾病的人。如果疫苗有问题,在老年人身上效果不佳,那么可以优先考虑年轻人。为了增加可用剂量,应进一步优先考虑血清阴性者。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/916

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/890

【3】表面

大气化学

长期以来,人们认为水性气溶胶对大气中N2O5的吸收和水解是通过气溶胶的溶剂化和随后的水解来实现的。然而,快速反应动力学的存在否定了这一假想机制。Galib等人用分子模拟证明,其机制正相反:N2O5先水解,然后通过溶剂化进入内部。他们的反应性摄取模型与一些现有的实验观察结果相一致。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/921

【4】空间不够

古生物学

现代食肉动物群落中会包含各种体型的物种。例如,在非洲大草原上,有小型物种(猫鼬)、中型物种(野狗)和大型物种(狮子)。这种变化反映了适合不同群体的猎物存在。然而,在食肉恐龙群落中,中型恐龙是缺失的。Schroeder等人观察了不同的群落、空间和时间,发现这种缺失似乎是由恐龙独特的生物学特性造成的。在其特性中,巨大的成年恐龙一开始都是微小的幼体。因此,成长中的幼年恐龙填补了其他生态位,限制了物种多样性。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/941

【5】等待地震的召唤

地球物理学

要对辽阔的海底进行探测,难度高,成本也高,但这对监测地震和海啸至关重要。Zhan等人利用常规通信电缆的偏振效应,通过1万公里长的海底光缆来探测地震和海啸(见第2篇文章)。“居里”海底电缆不像陆地电缆那样嘈杂,让研究作者得以观察到电缆的应变。9个月的观测结果表明,海底光缆也可以作为研究地球物理的工具。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/931

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/882

【6】预测排异的几率

移植

当前,预测移植肾脏是否会发生排异反应的方法,要么靠有创的活检,要么预测效果有限。因此,医学界需要一种生物标志物,对排异反应进行早期无创预测。Cherukuri等人将白细胞介素-10与过渡性B细胞表达的α肿瘤坏死因子的比值,作为T细胞介导的早期排异反应的生物标志物。结果显示,这一比率预测了3组患者移植后3个月的排异反应,它可能是一种有效的生物标志物,可用于临床制定相关排异反应的风险治疗方案。

原文:https://stm.sciencemag.org/content/13/582/eabe4929.abstract

【7】面向下一代光盘

纳米光学写入

亚衍射信息位可以通过超分辨率方式写入,从而实现极高的信息存储密度。Lamon等人利用掺镧上转换纳米颗粒,在工程照明下,通过上转换共振能量转移,局部还原了氧化石墨烯薄片。再通过纳米尺度的光学写入,在12厘米光盘上实现了700兆字节的预估存储容量,相当于28000个单层蓝光磁盘。这项技术为下一代高容量光数据存储提供了一种廉价的解决方案,并使纳米制造柔性石墨烯基电子器件成为可能。

原文:https://advances.sciencemag.org/content/7/9/eabe2209.abstract

【8】F+HD中有趣的动力学模式

化学动力学

尽管已经研究了几十年,相对论性质的自旋轨道相互作用在化学反应动力学中的角色,仍然是一个有趣的话题。Chen等人利用高分辨率的速度图成像交叉束技术,在F+HD→HF+D反应中的偏波共振附近观察到了一个有趣的微分截面模式(见第2篇文章)。进一步理论分析表明,这种模式来源于具有正负宇称的自旋轨道分裂的共振分波量子干涉。对于这个长期以来为人所知但尚未完全探索的三原子体系,研究团队所观察到的偏波细微结构的影响标志着化学反应动力学的真正量子性质的又一重大发现。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/936

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/886

【9】3D基因组原位可视化

3D基因组学

细胞内基因组构象会随细胞状态的变化而变化,因此,如果能够直接观察基因组结构,就可以识别调控基因元件之间的顺式和反式相互作用。Payne等人开发了一种无偏的单细胞原位基因组测序技术,可以通过成像推断染色质结构。他们能够识别亚核位置的序列,以分析单个细胞染色体内和染色体间遗传元素的邻近关系。利用这项技术,他们可以检测染色体区域,区分不同类型的重复序列和染色体特征。该方法能以亚微米分辨率绘制完整单个细胞的基因组坐标图。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/eaay3446

【10】tau蛋白的多样面貌

神经变性

tau蛋白与包括阿尔茨海默病在内的多种脑部疾病有关,这说明它可能是治疗的一个靶点。然而,由于目前尚不清楚tau的多效性作用对不同脑部疾病的神经病理学机制,开发具体药物仍有困难。Chang等人综述了tau蛋白在脑部疾病中的可能机制,以及改进研究和药物开发的可能途径。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/eabb8255

【11】全身追踪癌症

癌症基因组学

哺乳动物肿瘤存在异质性已经有了明确证据,但是个体细胞之间的差异如何导致肿瘤的转移和扩散,仍然是未解之谜。Quinn等人研发了一种基于Cas9的谱系示踪剂,并使用单细胞测序来确定系统发育树,跟踪移植到小鼠异种模型肺中的转移性人类癌细胞运动。利用这个模型,他们发现在同一细胞系中,癌细胞表现出不同的转移表型。这些亚克隆表现出不同的基因表达谱,其中一些以前与转移有关。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/eabc1944

【12】聚焦肝脏生长

谱系追踪

要让器官内保持稳态,或在损伤、疾病得到修复,需要一个或多个干细胞群来重建丢失的组织。肝脏中新细胞的来源,一直存有相当大的争论。现在有2个小组确定了新肝细胞的来源(见第3篇文章)。虽然肝脏的结构似乎没有明显的变化,但其小叶被组织在同心区域,在那里肝细胞表达不同的代谢酶。Wei等人通过比较14只标记不同肝细胞类型的小鼠,试图系统地确定新肝细胞的来源。他们发现肝小叶的不同区域表现出肝细胞转换的差异,其中2区代表了内稳态和再生过程中新肝细胞的主要来源。类似地,He等人设计了一种基因方法,以高空间和时间分辨率记录体内细胞增殖,从而能够在整个细胞群体水平上连续记录任何特定细胞类型的增殖事件。通过这种方法,他们确定2区具有最高的增殖活性,对肝脏再生的贡献最大。这些发现对慢性病发病机制、癌症发展和再生医学策略的细胞基础有一定的启示。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/eabb1625

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/eabc4346

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/887

【13】一粒糖改变一切

冠状病毒

抗体根据其非可变尾部(Fc)结构域分为若干类。这些区域与不同的免疫细胞受体和补体蛋白相互作用,帮助指示不同的免疫反应。免疫球蛋白G(IgG)抗体的Fc结构域在297位含有一个保守的N-连接聚糖。然而,在这个位置使用的特殊聚糖是高度可变的。这个位置中缺乏核心岩藻糖基化的IgG,会通过增加对Fc受体FcRIIIa的亲和力,启动增强的抗体依赖性细胞毒性。Larsen等人报告说,与轻度疾病患者相比,具有严重症状的COVID-19患者的抗严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)IgG甲酰化水平升高。这表明,用岩藻糖基化的抗SARS-CoV-2抗体治疗COVID-19患者,可以避免与严重COVID-19相关的疾病。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/eabc8378

【14】攻击宿主来消灭病毒

冠状病毒

许多宿主蛋白在严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)的生命周期中发挥了作用,其中一些是病毒复制和翻译所必需的。目前科学家正努力开发靶向病毒蛋白的药物,但还有一种互补的方法,那就是靶向这些必需的宿主蛋白。White等人探索了环二肽药物plitidepsin的抗病毒活性,该药物针对宿主细胞的翻译机制(见第2篇文章)。作者表明,在细胞中,该药物对SARS-CoV-2的抑制作用明显强于瑞德西韦,且细胞毒性更小。该药物用作预防性治疗可保护小鼠免受SARS-CoV-2感染,因此有必要进一步研究其作为新冠治疗药物的可能。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/926

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/884

【15】基于激光的随机数生成

光电子学

我们的网络安全性是由产生随机数或比特流的算力支撑的。随着网络不断扩展,提高随机数产生能力以跟上需求成为了新的挑战。Kim等人设计了一种芯片级的激光二极管,它可以以超高速率产生随机比特(参见第2篇文章)。通过调整腔体的几何结构,他们能够利用多种激光模式的时空干涉,在空间和时间上制造皮秒尺度的发射强度波动,并行产生超快的随机比特流。在需要超快、紧凑、强大和节能的随机位发生器的时代,这种设备将得到广泛的应用。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/948

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/889

【16】核糖体R环的解析

分子生物学

一种在基因转录过程中形成的、被称为R环的RNA-DNA杂交结构可以改变基因表达。Jiang等人发现,Microprocessor复合物解析了核糖体蛋白编码基因的R环。缺乏Microprocessor复合物种Drosha成分的小鼠,其红细胞祖细胞的核糖体蛋白质丰度和蛋白质合成减少,还导致红细胞缺陷,产生类似于核糖体不足或功能障碍引起的贫血状况。营养缺乏会导致Drosha降解,抑制蛋白质合成。

原文:https://stke.sciencemag.org/content/14/671/eabd2639/tab-article-info

【17】NK细胞在子宫周期中发挥作用

自然杀伤细胞

子宫内的组织驻留型自然杀伤细胞(NK)会通过调节胎盘滋养层浸润的深度,保护妊娠。在月经周期中,子宫内膜组织自然会受到激素波动的影响而不断重塑,但子宫微环境的变化如何影响子宫NK(uNK)细胞的异质性,目前尚不清楚。Strunz等人利用蛋白质组学和转录组学技术,分析了处于从月经周期不同阶段中恢复和处于怀孕期间的人类uNK细胞。该分析确定了顺序表达的uNK细胞表面标志物,这些标志物定义了孕酮调节的基质白细胞介素-15释放引起的周期性分化。这些发现为进一步研究动态子宫内膜微环境如何调控uNK细胞功能铺平了道路。

原文:https://immunology.sciencemag.org/content/6/56/eabb7800

【18】r过程元素的起源

核天体物理学

理论模型预测,重元素合成的快中子捕获过程(r过程)会发生在一些极端的天体物理环境中,如中子星合并或某些类型的超新星爆发。目前要通过与同位素记录的比较来检验这些预测还是困难的。Côté等人研究了2种同位素碘-129和锔-247的r过程,它们的半衰期都是1560万年,因此它们的比率可以在核合成事件之后很长一段时间保持不变。这些同位素在太阳系形成时的比值被记录在陨石中。将这个数值与核天体物理学计算结果相比较,显示其最有可能的来源是从双星中子星合并中喷出的中等富中子物质。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6532/945


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