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新突破！國內(nèi)科學(xué)家連發(fā)6篇Nature、Science和Cell
發(fā)布時間：2019-08-02 16:38:34
近年來，隨著國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等科研經(jīng)費投入的增加，中國基礎(chǔ)科學(xué)研究取得了非常多的研究成果，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊上中國科學(xué)家發(fā)表的高水平學(xué)術(shù)論文也越來越多。
近年來，隨著國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等科研經(jīng)費投入的增加，中國基礎(chǔ)科學(xué)研究取得了非常多的研究成果，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊上中國科學(xué)家發(fā)表的高水平學(xué)術(shù)論文也越來越多。
近日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）、《科學(xué)》（Science）和《細胞》（Cell）刊登了最新的學(xué)術(shù)論文。其中南開大學(xué)、沈陽師范大學(xué)、北京化工大學(xué)等各以第一完成單位發(fā)表Science文章，復(fù)旦大學(xué)參與發(fā)表一篇Nature，北京生命科學(xué)研究所發(fā)表一篇Cell。如果加上昨天青塔已經(jīng)推送過的中山大學(xué)發(fā)表的一篇Nature，本周國內(nèi)共發(fā)表6篇三大頂級期刊論文。這么多頂尖論文的發(fā)表也表明中國的基礎(chǔ)研究正迎來快速發(fā)展的時代。
Science：南開大學(xué)曹雪濤院士團隊天然免疫領(lǐng)域再獲重要發(fā)現(xiàn)
機體如何精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)病毒入侵并及時啟動抗病毒免疫應(yīng)答反應(yīng)以清除病毒？其物質(zhì)基礎(chǔ)與分子機制是什么？這是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要科學(xué)問題之一。
《科學(xué)》網(wǎng)站文章頁面截圖
7月19日，學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）雜志以研究長文形式在線發(fā)表了中國工程院院士、南開大學(xué)校長曹雪濤團隊的論文，報道該課題組發(fā)現(xiàn)了機體感知與甄別入侵病毒DNA的一種新型天然免疫識別受體（hnRNP-A2B1）。就像“哨兵”一樣，該受體分子能夠在細胞核內(nèi)特異性地識別病毒DNA，隨后激活天然免疫信號通路和誘導(dǎo)干擾素產(chǎn)生，啟動天然免疫應(yīng)答反應(yīng)以清除DNA病毒的感染。這一細胞核內(nèi)抗病毒“哨兵”的發(fā)現(xiàn)，開辟了天然免疫與炎癥研究領(lǐng)域的新方向，也為抗病毒治療與炎癥疾病防治提供了潛在藥物研發(fā)新靶標(biāo)。
人們對于機體如何識別外源病原體DNA的分子機制已有多年研究并取得了重要進展，但目前發(fā)現(xiàn)的能夠識別病毒DNA的天然免疫受體（例如cGAS）存在于細胞質(zhì)中，而絕大多數(shù)DNA病毒感染宿主細胞后會進入細胞核內(nèi)釋放病毒基因組DNA并在核內(nèi)進行復(fù)制。然而，科學(xué)界對于細胞核內(nèi)是否存在病毒DNA特異性的天然免疫識別分子尚不清楚。
為了篩選能夠識別病毒DNA的細胞核內(nèi)天然免疫受體，在國家自然科學(xué)基金委員會、國家科技部等支持下，曹雪濤院士與南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授王蕾、第二軍醫(yī)大學(xué)醫(yī)學(xué)免疫學(xué)國家重點實驗室講師溫明岳一起，首先利用生物素標(biāo)記的病毒基因組DNA，從細胞核提取物中沉淀出DNA結(jié)合蛋白并進行質(zhì)譜鑒定是否存在能夠結(jié)合病毒基因組DNA的蛋白質(zhì)分子。另一方面他們通過二維電泳聯(lián)合質(zhì)譜檢測尋找出DNA病毒感染后從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)以具有激活天然免疫信號通路潛在作用的蛋白分子。整合上述兩種技術(shù)體系的研究結(jié)果之后，得到了23個候選分子。通過后續(xù)的體內(nèi)外系列天然免疫效應(yīng)與抗病毒功能篩選，包括通過hnRNPA2B1髓系細胞特異性基因敲除小鼠的體內(nèi)試驗，該團隊最終鑒定出了異質(zhì)性細胞核核糖蛋白A2B1（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A2B1, hnRNP-A2B1）是能夠識別病毒DNA并誘導(dǎo)抗病毒干擾素產(chǎn)生的一種核內(nèi)DNA天然免疫識別受體。
隨后，課題組研究了hnRNPA2B1核內(nèi)識別病毒DNA后如何激活天然免疫的具體分子機制，發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1在DNA病毒感染后發(fā)生二聚化并發(fā)生第226位精氨酸（Arg226）位點的去甲基化，之后轉(zhuǎn)位至細胞質(zhì)中與STING等相互作用形成復(fù)合體，激活TBK1-IRF3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而啟動干擾素等基因表達。
另外，該團隊還發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1能夠促進cGAS、IFI16、STING等已知DNA識別受體與信號分子mRNA的m6A修飾及出核，從而放大和增強這些已知的細胞質(zhì)天然免疫分子信號通路以誘導(dǎo)更多干擾素產(chǎn)生，有效激發(fā)抗病毒天然免疫反應(yīng)。
研究表明，在無感染狀態(tài)下，作為一種RNA結(jié)合蛋白分子，hnRNPA2B1保持其與RNA相關(guān)的常規(guī)功能；但是，當(dāng)細胞感染DNA病毒之后，其在細胞核中能夠識別外源DNA并發(fā)生功能“極化”，轉(zhuǎn)而作為DNA識別受體發(fā)揮抗病毒天然免疫激活作用。該研究為天然免疫識別及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的機制研究提出了新思路，深化了人們對抗病毒天然免疫的認知。
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沈陽師范大學(xué)周長付等發(fā)表最新Science文章
哺乳動物特有的一個特征是乳汁吮吸。哺乳需要在喉部存在穩(wěn)定性和運動，這兩者都需要復(fù)雜的舌骨組織。哺乳動物和其他脊椎動物的早期胚胎通常有六個咽弓，早期大腦下的組織帶發(fā)育成頭部和頸部的結(jié)構(gòu)。第一個拱形產(chǎn)生哺乳動物的錘骨和砧骨（中耳骨），下頜骨（下顎的一部分）和鼓膜骨（支撐耳鼓）;第二個是鐙骨（中耳骨）和舌骨的一部分（頸部的馬蹄形結(jié)構(gòu)）;第三個是舌骨的其余部分。雖然化石證據(jù)證明了第一個咽弓的進化過渡，但第二和第三個弓的進化過渡在發(fā)育和古生物學(xué)文獻中很少受到關(guān)注。
2019年7月19日，沈陽師范大學(xué)周長付（沈陽師范大學(xué)第一單位）在Science在線發(fā)表題為“New Jurassic mammaliaform sheds light on early evolution of mammal-like hyoid bones”的研究論文，該研究報告了一個新發(fā)現(xiàn)的，保存完好的docodontan骨架，它提供了關(guān)于舌骨轉(zhuǎn)化和哺乳動物中最早的語言功能演變的新見解。該研究表明，在哺乳動物發(fā)育之前存在肌肉化的喉嚨。
另外，紐約理工學(xué)院解剖學(xué)系Simone Hoffmann等人在Science 發(fā)表題為“Tongues untied”的點評文章，該點評文章系統(tǒng)介紹了研究成果，同時指出該研究為進一步研究咽弓進化發(fā)育的相互依賴性或獨立性打開了大門。
哺乳動物和其他脊椎動物的早期胚胎通常有六個咽弓，早期大腦下的組織帶發(fā)育成頭部和頸部的結(jié)構(gòu)。第一個拱形產(chǎn)生哺乳動物的錘骨和砧骨（中耳骨），下頜骨（下顎的一部分）和鼓膜骨（支撐耳鼓）;第二個是鐙骨（中耳骨）和舌骨的一部分（頸部的馬蹄形結(jié)構(gòu)）;第三個是舌骨的其余部分。雖然化石證據(jù)證明了第一個咽弓的進化過渡，但第二和第三個弓的進化過渡在發(fā)育和古生物學(xué)文獻中很少受到關(guān)注。
Mammaliaform Microdocodon gracilis
中生代的哺乳動物形式是現(xiàn)代哺乳動物最近的前身，并提供了哺乳動物結(jié)構(gòu)如何進化的直接化石證據(jù)。一個早期的哺乳動物組是docodontans，在侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的Laurasian大陸上分布廣泛。研究人員在這里報告了一個新發(fā)現(xiàn)的，保存完好的docodontan骨架，它提供了關(guān)于舌骨轉(zhuǎn)化和哺乳動物中最早的語言功能演變的新見解。
哺乳動物與非哺乳動物舌骨特征的比較
Microdocodon屬于一種稱為docodontans的早期哺乳動物分支，這是一個已經(jīng)滅絕的群體，廣泛分布于中侏羅世至早白堊紀(jì)時期的北部大陸，在1.74億至1億年前。像爬行動物一樣，docodontans的中耳骨完全附著在下頜。然而，Microdocodon有一種類似哺乳動物的舌骨。在Microdocodon幾乎完全保存。
哺乳動物形態(tài)發(fā)育過程中舌骨結(jié)構(gòu)和中耳的演化
Microdocodon gracilis, gen. et sp. nov來自中侏羅世，在中國Daohugou地區(qū)被發(fā)現(xiàn)。在docodontans中，Microdocodon在系統(tǒng)發(fā)育上嵌套在Tegotheriidae，但與其他tegotheriids存在不同的牙齒特征。在地質(zhì)學(xué)上，它是最古老的tegotheriid分類群。該研究報道了一個新發(fā)現(xiàn)的1.65億年前的中國化石，其中保存了前三個咽弓的骨頭。化石定義了一個名為Microdocodon的新分類群。
該研究報告了一種新的侏羅紀(jì)docodontan哺乳動物形態(tài)，它在中國發(fā)現(xiàn)，舌骨組織完整保存， 其basihyal，ceratohyal，epihyal和thyrohyal骨骼具有活動關(guān)節(jié)，并且以馬鞍形狀配置，如現(xiàn)存哺乳動物的舌骨組織。舌骨組織為喉部和收縮的肌肉化食道提供框架，這對于現(xiàn)存哺乳動物中的咀嚼食物和液體的運輸和動力吞咽至關(guān)重要。在冠狀哺乳動物的中耳與下頜骨斷開之前，這些衍生的舌骨結(jié)構(gòu)成分在早期發(fā)散的哺乳動物形態(tài)中進化。該研究為進一步研究咽弓進化發(fā)育的相互依賴性或獨立性打開了大門。
參考信息：
https://science.sciencemag.org/content/365/6450/276
https://science.sciencemag.org/content/365/6450/222
北京化工大學(xué)博士生劉緒博在《Science》發(fā)表研究論文
北京時間7月19日，《Science》在線刊登了北京化工大學(xué)軟物質(zhì)高精尖中心最新研究成果 “Reconfigurable ferromagnetic liquid droplet” ，即可重構(gòu)的鐵磁性液滴，或稱液態(tài)磁鐵。該研究發(fā)現(xiàn)一種新型磁性液體，通過控制磁性納米粒子在水油界面的自組裝，最終成功引導(dǎo)鐵磁流體從順磁性轉(zhuǎn)變成鐵磁性。通俗來講，磁鐵不再一定是堅硬的固體，也可以是流動的液體。
磁性材料的廣泛使用大大提升了人類的生活水平，小到家用電器如冰箱，大到航天設(shè)備如磁導(dǎo)航儀，固態(tài)磁性材料的身影無處不在。而一般液態(tài)磁性材料，如傳統(tǒng)鐵磁流體，雖具有靈活形態(tài)但本身不存在磁極，只有在外加磁場作用下被持續(xù)磁化才能表現(xiàn)出特定磁性。該研究中發(fā)現(xiàn)的鐵磁性液滴 （FLD），或稱液態(tài)磁鐵，既擁有類似固態(tài)磁鐵的磁性，又具備液體的可流動性，二者結(jié)合形成一種全新的磁性軟物質(zhì)材料。這里，將水基磁流體材料與有機相混合，分散于水相中的羧基化四氧化三鐵磁性納米粒子（Fe3O4-COOH NPs）與溶解于相鄰油相中的氨基化籠形倍半硅氧烷（POSS-NH2）在水油界面相互作用，原位自組裝形成磁性納米粒子表面活性劑，吸附到界面處并實現(xiàn)阻塞相變，形成磁流體液滴。室溫下測量該液滴磁滯回線發(fā)現(xiàn)，不同于傳統(tǒng)順磁性磁流體，這種液滴表現(xiàn)出一定強度的剩磁和矯頑力，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性。結(jié)合最新的全液相3D打印和微流控成型技術(shù)，研究人員可在全液態(tài)條件下，制造任意形貌的磁性液態(tài)器件。此外，已成型的液體還可以通過改變液體內(nèi)酸堿環(huán)境進行重構(gòu)，實現(xiàn)可逆磁化或消磁。這種新型鐵磁液滴具有諸多奇特性質(zhì)，未來有望用于磁控液態(tài)機器人、可編程液態(tài)微反應(yīng)器等領(lǐng)域，并推動新型液態(tài)磁材料表征技術(shù)如極化中子磁場成像等向前發(fā)展。
北京化工大學(xué)為本文第一完成單位，其他主要合作單位包括美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）、加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）等。馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校的Thomas Russell教授為本文的通訊作者，軟物質(zhì)高精尖中心史少偉研究員和我校材料學(xué)院王東教授也參與了該項目。本文第一作者劉緒博是高精尖中心博士生，已在Adv. Mater., Angew. Chem.等期刊上發(fā)表論文多篇。本研究工作得到北京軟物質(zhì)科學(xué)與工程高精尖創(chuàng)新中心專項科研經(jīng)費的支持。
復(fù)旦大學(xué)參與Nature：石墨烯超導(dǎo)再獲得突破
2018年3月5日，《自然》連刊兩文報道石墨烯超導(dǎo)重大發(fā)現(xiàn)。年僅21歲麻省理工學(xué)院博士生曹原發(fā)現(xiàn)了石墨烯的“魔角”。當(dāng)溫度冷卻到1.7K時，當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。前人的研究集中在氧化銅材料的超導(dǎo)電性，氧化銅材料的超導(dǎo)電性往往需要在高溫下才得以顯現(xiàn)。曹原等僅僅通過簡單的雙層石墨烯碳材料，提供了一個復(fù)雜超導(dǎo)物理的探索平臺。
哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家Cory Dean指出，雙層石墨烯只有在兩個石墨烯層的原子晶格相對于彼此扭轉(zhuǎn)了1.1°的“魔角”時才具有超導(dǎo) -在已知的最薄材料上進行這項操作是非常困難的。“如果稍有偏離就行不通，”近日，斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家David Goldhaber-Gordon和加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家Wang Feng 和復(fù)旦大學(xué)Zhang Yuanbo團隊在更容易獲得的三層石墨烯片中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性的跡象，相比于雙層石墨烯超導(dǎo)，三層石墨烯不必發(fā)生扭曲，每層原子晶格的上層和下層對齊，這在生產(chǎn)多層石墨烯時自然而然的形成這樣的結(jié)構(gòu)。借助三層石墨烯，有望幫助研究人員更快了解銅氧化物中的超導(dǎo)性。相關(guān)研究以“Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice”為題發(fā)表在《Nature》上，第一作者為Chen Guorui。
該文采用了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的方法來剝離石墨烯薄片。首先，將一塊透明膠帶粘在一大塊石墨上 - 大多數(shù)鉛筆中的成分- 然后對此進行剝離。通過撕膠帶的方法（機械剝離法）。Wang Feng 團隊之前開創(chuàng)了一種技術(shù)，發(fā)現(xiàn)三層石墨烯中獨特的光學(xué)特征。
機械剝離法制備石墨烯
然后，該團隊將這些三層薄片作為制造電氣設(shè)備的起始材料。它們將三層薄片夾在氮化硼層之間，防止石墨烯被污染的同時防止其發(fā)生彎曲。在一些地方，氮化硼層中的原子與石墨烯層中的碳原子精確對齊，但是在幾納米之外它們是偏移的。在大約10納米之后，層中的原子再次對齊，產(chǎn)生“莫爾”重復(fù)圖案，其在扭曲的雙層石墨烯中也是明顯的。每個重復(fù)的莫爾晶胞除了材料本身的電子外，可以容納多達四個額外的電子，從而改變材料的導(dǎo)電性。
接下來，研究人員在薄片頂部構(gòu)筑金屬圖案，用“柵極”構(gòu)建晶體管，控制在材料中添加電子。通過操縱柵極上的電場，研究人員能夠精確控制每個重復(fù)莫爾晶胞中存在電子數(shù)量。當(dāng)他們向每個晶胞添加三個電子并將溫度降至低于2K時，他們注意到電阻急劇下降，這是超導(dǎo)性的一個標(biāo)志 。他們還注意到，當(dāng)他們對樣品外部施加磁場時，接近零的電阻消失了，這是超導(dǎo)的另一個跡象。Goldhaber-Gordon補充說，這些信號還不確定，目前仍然存在兩個問題：首先，電阻沒有完全降至零，這可能是由于石墨烯薄片中的雜質(zhì)導(dǎo)致的；其次，它可能無法實現(xiàn)大面積超導(dǎo)。
盡管如此，Goldhaber-Gordon指出，三個額外電子的表觀超導(dǎo)性與傳統(tǒng)的高溫超導(dǎo)體（1986年發(fā)現(xiàn)的銅基材料）相似。這提高了三層石墨烯作為超導(dǎo)材料的希望。一個很好的模型系統(tǒng)，用于解決這個長期存在的謎團。他說，三層石墨烯提供了是一個清晰的研究系統(tǒng)，它提供了一種探索復(fù)雜物理學(xué)研究的簡單方法。”
參考資料：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1393-y
https://www.sciencemag.org/news/2019/07/trilayer-graphene-shows-signs-superconductivity
Cell：邵峰團隊揭示吞噬細菌的分子機制
抗菌自噬（xenophagy）是一種重要的宿主防御，但它是如何開始的還不清楚。
2019年7月18日，北京生命科學(xué)研究所邵峰團隊在Cell 在線發(fā)表題為“A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that Initiates Xenophagy”的研究論文，該研究進行了細菌轉(zhuǎn)座子篩選，并鑒定了一種T3SS效應(yīng)物SopF，其有效阻斷了沙門氏菌自噬。SopF是一種通用的xenophagy抑制劑，不影響經(jīng)典自噬。在細菌引起的液泡損傷時，V-ATP酶將ATG16L1募集到含有細菌的液泡上，該液泡被SopF阻斷。哺乳動物ATG16L1具有與V-ATP酶相互作用所需的WD40結(jié)構(gòu)域。SopF抑制自噬在體內(nèi)促進鼠傷寒沙門氏菌增殖。SopF靶向V-ATP酶中ATP6V0C的Gln124用于ADP-核糖基化。Gln124的突變也阻止了抗菌自噬。因此，SopF的發(fā)現(xiàn)揭示了V-ATPase-ATG16L1軸，其關(guān)鍵性地介導(dǎo)細胞內(nèi)病原體的自噬識別。
2019年4月9日，北京生命科學(xué)研究所邵峰團隊在Molecular Cell上發(fā)表題為“Structural and Functional Insights into Host Death Domains Inactivation by the Bacterial Arginine GlcNAcyltransferase Effector”的文章，該研究揭示精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的酶學(xué)機理，酶和底物識別機制以及其酶學(xué)活性在動物感染模型中的作用；
2019年4月8號，邵峰團隊等人在Nature immunology上發(fā)表了題為“Innate immunity to intracellular LPS”的綜述性文章。在這里，該綜述回顧了關(guān)于細胞溶質(zhì)LPS感知及其調(diào)節(jié)和病理生理功能的最新研究進展；
2018年8月16日，北京生命科學(xué)研究所邵峰研究組在Nature 在線發(fā)表題為“Alpha-kinase 1 is a cytosolic innate immune receptor for bacterial ADP-heptose”的研究論文，該論文揭示α-激酶1是細菌ADP-庚糖的細胞溶質(zhì)先天免疫受體；通過宿主腺苷酰轉(zhuǎn)移酶將HBP轉(zhuǎn)化為ADP-庚糖7-P，其可以比ADP-Hep更小程度地激活A(yù)LPK1。ADP-Hep（但不是HBP）單獨或在細菌感染期間誘導(dǎo)小鼠的Alpk1依賴性炎癥。研究結(jié)果分別將ALPK1和ADP-Hep鑒定為模式識別受體和有效的免疫調(diào)節(jié)劑。
自噬是真核生物中細胞溶質(zhì)成分的溶酶體降解的分解代謝過程。鑒定了超過30種自噬相關(guān)（ATG）基因，其中大多數(shù)從酵母到哺乳動物是保守的。在自噬相關(guān)基因（ATG）中，微管相關(guān)蛋白輕鏈3（LC3，即酵母中的Atg8）對于自噬體膜形成是關(guān)鍵的，通常用作自噬標(biāo)記物。在自噬中，細胞質(zhì)LC3（LC3-I）在其C末端甘氨酸被磷脂酰乙醇胺（PE）（LC3-II）通過ATG編碼的兩種泛素樣綴合系統(tǒng)之一進行修飾 。
在這里，研究人員確定了沙門氏菌T3SS效應(yīng)器SopF，它有效地阻止了細菌自噬。從鼠傷寒沙門氏菌中去除sopF導(dǎo)致約80％的細胞內(nèi)細菌被自噬靶向。另外，該研究還鑒定了V-ATPase-ATG16L1軸，其在細菌誘導(dǎo)的液泡損傷時引發(fā)xenophagy。SopF特異性地在V-ATP酶中ADP-核糖基化ATP6V0C的Gln124以阻斷其募集ATG16L1。總而言之，該研究結(jié)果表明，V-ATPase-ATG16L1軸關(guān)鍵地介導(dǎo)細胞內(nèi)病原體的自噬識別。
來源： 青塔
