【盘点】2016年5月13日Science期刊精华
1. Science：一箭三雕！HIV新靶点助推更强疫苗开发
在一项新的研究中，来自美国国家卫生研究院（NIH）等多家机构的研究人员取得三项突破。他们发现HIV的一个新的可被疫苗攻击的脆弱位点、一种结合这个靶位点的广泛中和抗体，以及这种抗体如何阻止这种病毒感染细胞。相关研究结果发表在2016年5月13日那期Science期刊上，论文标题为“Fusion peptide of HIV-1 as a site of vulnerability to neutralizing antibody”。
这个新的靶位点被称作融合肽，是HIV包膜蛋白亚基gp41上的一部分。它是由8个氨基酸组成的，有助HIV与细胞融合从而感染该细胞。相比于HIV疫苗科学家们已研究的HIV病毒上的其他位点，这种融合肽具有更加简单的结构。
在这项研究中，研究人员首次研究了一名HIV感染者的血液，以便探究它阻止该病毒感染细胞的能力。该血液很好地中和HIV，但是不能靶向作用于已知的广泛中和HIV抗体（broadly neutralizing HIV antibodies, bnAbs）能够结合的这种病毒表面上的任何脆弱位点。
研究人员从这种血液中分离出一种强大的他们命名为VRC34.01的bnAb，并且发现它结合这种融合肽和HIV包膜蛋白亚基gp120上的聚糖分子N88。他们然后获得这种抗体结合到HIV上时的晶体。这允许他们在原子水平上详细描述VRC34.01如何结合到HIV上，并且揭示出这种抗体通过结合一种关键的细胞表面分子来阻止这种病毒感染细胞。
研究人员也报道免疫系统试图通过攻击这种融合肽阻止HIV感染细胞是很平常的。当他们筛查24名感染HIV的志愿者的血液时，他们发现来自其中的10人的血液样品靶向作用于类似于VRC34.01的结合位点。(Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aae0474)
2. Science：更多证据证实RNA是生命起源
在一项新的研究中，来自德国慕尼黑大学的研究人员证实嘌呤类碱基腺嘌呤和鸟嘌呤如何能够容易地和高产率地合成，从而提供更多证据证实RNA可能是地球上生命的起源。相关研究结果发表在2016年5月13日那期Science期刊上，论文标题为“A high-yielding, strictly regioselective prebiotic purine nucleoside formation pathway”。
多年来，很多科学家们已支持一个观点：地球上生命的开始是由于一系列导致RNA分子合成的事件---RNA似乎是一种强有力的候选分子，这是因为它能够储存信息，也能够发挥着催化剂的作用。为了支持这一理论，科学家们一直试图证实在基于地球早期存在的条件， RNA可能在什么条件下产生。在早些时候，人们发现证实RNA的4个碱基中的两个（尿嘧啶和胞嘧啶）如何能够产生相对较为容易，但是证实另外两个碱基（腺嘌呤和鸟嘌呤）如何可能产生一直是个棘手的问题。
研究人员通过拓展先前的研究（已证实一种被称作甲酰嘧啶（formamidopyrimidines, FaPys）的分子能够在某些条件下发生反应形成嘌呤）开展这项新的研究。他们发现加入一种酸类物质到一种胺类物质（研究人员证实胺类物质能够非常容易地由丰富的碳、氮和氢产生）中允许形成嘌呤的反应发生，并且还发现嘌呤容易与甲酸相结合，其中最近的研究已证实甲酸在彗星中大量存在。这意味着如果彗星在合适的位置与地球碰撞的话，甲酸可能遇上也已存在的嘌呤。一旦这种情形发生，所形成的反应产物将结合上糖类物质，从而导致大量的嘌呤衍生物（包括腺嘌呤和鸟嘌呤）产生，因此制造RNA分子所需的所有组分都准备好了。RNA分子的产生就为有机体的出现奠定基础。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aad2808）
3. Science：揭示B细胞产生IgA抗体机制
我们的肠道充满着微生物，其中一些是友好的，另一些则不是那么友好的。肠道中的浆细胞分泌免疫球蛋白A（IgA），这种IgA有助与肠道常驻共生菌维持和平相处，同时抵抗病原菌。B细胞IgA同种型转换（B cell isotype switching to IgA）发生于被称作派尔集合淋巴结（Peyer's patch）的淋巴组织中。
在一项新的研究中，研究人员在小鼠体内研究了指导B细胞制造IgA的细胞过程。他们意外地发现B细胞从派尔集合淋巴结滤泡到达肠道粘膜，在那里与特化的IgA触发性树突细胞（即触发B细胞产生IgA的树突细胞）相互作用。这些B细胞然后迁移回到派尔集合淋巴结滤泡中变成产生IgA的B细胞。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aaf4822）
4. Science：扰乱REM睡眠可破坏记忆形成
一项新的小鼠研究为快速眼动或REM睡眠可帮助巩固大脑记忆能力提供了直接的因果证据。科学家们一直认为REM睡眠与记忆有关联，但REM睡眠的短暂性加上在实验中剥夺人的REM睡眠所涉及的伦理考量使研究人员难以对这种关联进行研究。
为了更密切地观察在REM睡眠过程中大脑内发生的情况，Richard Boyce和同事使用了一种光遗传学技术，该技术能让他们用光来选择性地沉默REM睡眠时的小鼠海马中的神经元，抑制被称作θ（theta）波的脑信号模式，后者被认为与学习和记忆有关。在不干扰小鼠睡眠的情况下，研究人员显示，在REM睡眠时抑制theta波能阻止小鼠形成前后关系记忆（如对新鲜有趣物体位置的记忆）和情绪记忆（如与足部受到轻微电击相关的恐惧记忆）。然而，在REM睡眠期之外对相同的脑波进行干扰则对记忆没有影响。Bernat Kocsis在一则相关的观点（perspective）类型文章中对这些结果进行了讨论。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aad5252; doi:10.1126/science.aaf9117）
5. Science：寨卡病毒导致人神经球和大脑类器官生长下降和畸形
在一项新的研究中，来自巴西里约热内卢联邦大学（UFRJ）、D'Or研究与教育研究所（D'Or Institute for Research and Education, IDOR）和坎皮纳斯州立大学的巴西研究人员进一步证实寨卡病毒（ZIKV）对人神经干细胞、神经球和大脑类器官（brain organoids）产生有害影响。鉴于科学家们已逐渐将ZIKV确立为中枢神经系统畸形的直接原因，这项研究有助阐述巴西最近增加的小头畸形病例的病因。相关研究结果于2016年4月10日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Zika virus impairs growth in human neurospheres and brain organoids”。
论文通信作者Stevens Rehen博士的领导下，研究人员让人诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPS细胞）分化为神经干细胞，并进行进一步分化形成复杂的三维结构：神经球和大脑类器官。神经球和大脑类器官是研究发育神经病理机制的完美模型，这是因为它们在体外呈现出胎儿大脑形成的几种特征。
在当前的这项研究中，研究人员观察到ZIKV感染由人iPS细胞分化产生的神经干细胞、神经球和大脑类器官，诱导细胞死亡，导致神经球和大脑类器官畸形，并让神经球和大脑类器官的生长降低了40%。研究人员也将这些研究结果与利用登革热病毒II型（DENV2）产生的结果相比较。虽然DENV2与ZIKV一样感染这些细胞，但是没有记录到对神经干细胞、神经球或大脑类器官造成的损害结果。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aaf6116）
6. Science：首次在体内绘制tRNA基因适应度景观图
在一项新的研究中，来自美国密歇根大学的研究人员报道了一个基因的首个体内适应度景观综合图---大约比之前的大100倍。论文通信作者、密歇根大学生态学与进化生物学系教授Jianzhi "George" Zhang说，这些发现有望令进化生物学家、遗传学家和分子生物学家感兴趣。这一基于面包酵母单个基因（即tRNA基因）的研究于2016年4月14日在线发表在Science期刊上，论文标题为“The fitness landscape of a tRNA gene”。
Zhang和他的同事们着重关注来自面包酵母的一种小基因，即tRNA基因，其中作为一种单细胞有机体，面包酵母拥有大约6000种基因。酵母经常被科学家们用来认识遗传学和细胞生物学。
研究人员选择一个tRNA编码基因，其中tRNA是利用氨基酸组装蛋白所使用的细胞机器的一部分。他们选择的这个基因仅仅含有72个碱基。
为了绘制这个tRNA基因的适应度景观图，研究人员需要评估与这个基因序列中72个位点的每种可能的A、T、C和G组合相关联的繁殖成功率。
研究人员构建出65000多个酵母菌株，每种菌株携带这个基因的一种独特的变异（含有一个或多个点突变）。
研究人员然后将这65000多个酵母菌株在试管中放在一起，允许它们通过无性细胞分裂生长一天。在24小时竞争结束时，他们确定每种菌株的生长率---衡量达尔文适应度的一种指标。
根据Zhang的说法，研究结果就是构建一种tRNA基因的适应度景观图，而且是首次在真核生物体内绘制出较为全面的单个基因适应度景观图。
研究人员证实大约1%的点突变是有益于酵母菌株的，42%的点突变是有害的。当两种点突变相互作用时，其危害性通常要比这两种点突变独立作用时的大。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aae0568）
7. Science：首次研究单个基因中不同的突变组合对细胞存活的影响
在一项新的研究中，来自英国爱丁堡大学的研究人员揭示出上千个基因突变如何影响细胞的存活机会。相关研究结果于2016年4月14日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Network of epistatic interactions within a yeast snoRNA”。该研究得到英国医学研究委员会（MRC）和惠康基金会的资金资助。
这项涉及酵母的研究揭示出在单个基因（即U3 snoRNA）中的不同突变组合如何能够影响细胞存活或死亡。
在这项研究中，研究人员生产60000个酵母菌株，其中每个酵母株在基因U3（编码一种核仁小分子RNA ）中具有不同的突变组合。
他们然后观察这些酵母细胞以便发现这些突变对它们的存活产生什么影响，以及不同的基因突变组合是否有助酵母变得更好或更坏。
在一些情况下，不同突变的影响相互抵消，酵母细胞存活下来。其他突变的影响叠加在一起，从而极大地降低酵母细胞的生存机会。
这项研究发现，具有最大组合影响的基因突变在酵母细胞DNA的三维结构中往往彼此在位置上比较接近。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aaf0965）
8. Science：组蛋白单点突变可导致罕见儿童癌症
近日，国际学术期刊Science发表了一项最新研究进展，他们发现一种组蛋白编码基因发生缺陷与儿童恶性肿瘤的发生有关。来自美国威斯康星麦迪逊大学的Peter W. Lewis表示，大多数癌症的发生需要多个突变的共同作用，而他们发现的这个基因突变本身就足以导致形成肿瘤。
在这项最新研究中，研究人员发现组蛋白突变具有非比寻常的强大致癌能力。Lewis这样说道："我们每个人都从父亲和母亲那里分别得到15个组蛋白基因拷贝，但谁也没想到组蛋白上发生的单个突变就足以导致癌症。"
在之前的工作中，研究人员发现组蛋白发生突变能够抑制一种叫做PRC2的酶，这种酶本身能够抑制基因表达。但是如果PRC2被组蛋白突变抑制，就失去了抑制基因表达的功能，从而导致基因异常表达。
这项最新的Science研究聚焦在组蛋白H3发生的K36M突变，该突变能够阻断干细胞向软骨，骨和脂肪方向的分化。当研究人员将这种突变插入到小鼠体内，会形成小儿肉瘤（结缔组织发生的癌症），研究人员认为可能是由于K36突变引起干细胞发育暂停所导致。
他们还对人类未分化肉瘤组织进行筛选，结果发现20%的样本中存在相同的K36突变。这表明在小鼠模型上观察到的现象也存在于人类。（Science, 13 May 2016, doi:10.1126/science.aac7272）
9. Science：随着北极变暖，候鸟在热带付出代价
随着气温变暖，在北极繁殖地的红腹滨鹬的体型正在日益变小。然而这些候鸟在到达气候条件比较稳定的热带过冬栖息地时才发现体型的缩小是有代价的。
据Jan van Gils和同事所做的一项新的研究揭示，体型较小的红腹滨鹬的喙也较短，这阻止了它们摄食深埋热带沙滩之下的优质软体动物，迫使它们靠吃品质较差的软体动物和海草为生。研究人员指出，其结果就是，在北极暖和年份所生的红腹滨鹬的存活率下降。红腹滨鹬是因应气候暖化而体型缩小的几个动物物种之一。新生红腹滨鹬所依赖的主要食物供应是在北极冻土融化后出现的"繁盛"昆虫，但气候变化将这一繁盛期提前，让它不能与红腹滨鹬的孵化期同步。Van Gils和同事对候鸟红腹滨鹬所做的33年的研究证实，在北极的暖和年份和荒年中所生的红腹滨鹬，它们的喙都比较短，因此在其到达西非的过冬地时只能挖掘到三分之一的、它们喜欢且可得到的食物。研究人员说，红腹滨鹬繁殖地融雪时间变得日益提前（其改变速度每年约提前半天），而这一变暖可能正在影响包括红腹滨鹬在内的诸多候鸟的生存。
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