机制调控

中科院上海技物所红外科学与技术重点实验室胡伟达、苗金水团队与宾州大学德普贾瑞拉教授合作，通过耦合局域场调控二维原子晶体能带，实现硒族半导体/硅半导体异质结隧穿电子的有效操控，为混合维度异质结构在高性能电子与光电子器件研制方面提供了理论与实验基础。相关成果于2022年10月28日以“Heterojunction tunnel triodes based on two-dimensional metal selenide and three-dimensional silicon”为题发表在国际期刊《自然电子学》（Nature Electronics）杂志。半导体中电子的输运（漂移、扩散、隧穿等）对电子与光电子器件有着重要的影响。近年来，二维原子晶体因其外场可调的物理性质，为突破电子与光电子器件的性能极限提供了机遇。然而，二维/三维异质结器件中电子的产生与复合、隧穿等动力学过程以及外场调控机制尚不清晰，多功能器件的研制有待进一步发展。针对上述问题，上海技物所研究团队利用二维原子晶体无表面悬挂键以及能带结构易受局域场调控的物理特性，研究了二维硒族原子晶体与硅半导体异质结中隧穿电子在栅极电压与漏极电压协同调控下的输运行为。通过电容耦合的局域电场操控半导体异质结的能带结构，实现了电子band-to-band隧穿效率的有效操控，并成功观测到负微分电导与齐纳击穿现象。基于二维/三维异质结构的器件，实现了6.4mV/decade的极低亚阈值摆幅以及高的电流开关比（106）。苗金水研究员为该论文的第一兼通讯作者、德普贾瑞拉为共同通讯作者。

对栖息于这颗蓝色星球上的生命而言，光是一切生命产生的源动力，也是生命体最重要的感知觉输入之一。同时生命体根据外界环境条件控制体内营养物质的代谢平衡是生存的必须，而代谢紊乱会产生严重疾病，哺乳动物已经进化出了精确和复杂的调控网络用于持续动态调控血糖代谢。大量公共卫生调查显示夜间过多光源暴露显著增加肥胖和糖尿病等代谢疾病风险，那么光作为最重要的外部环境因素，其是否直接调控血糖代谢？其中涉及哪类感光的细胞、何种神经环路以及外周靶器官，这些方面的问题一直没有得到解答。 　　1月20日，中国科学技术大学生命科学与医学部教授薛天研究团队在《细胞》(Cell)上，在线发表了题为Light modulates glucose metabolism by a retina-hypothalamus-brown adipose tissue axis的研究成果。该工作发现了光直接通过激活视网膜上特殊的感光细胞，经视神经至下丘脑和延髓的系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周的棕色脂肪组织，直接压抑了机体的血糖代谢能力。值得指出的是，这项工作不但在小鼠动物模型上系统回答了光调节血糖代谢的生物学机理，在人体试验上也发现了同样的现象，显示光调节血糖代谢可能广泛存在于哺乳动物界。 　　研究人员首先对小鼠和人执行葡萄糖耐受性检测(GTT)，发现数个小时的光暴露显著降低了人和鼠的血糖耐受性。哺乳动物光感受主要依赖于视网膜上的各类感光细胞。除了经典的视锥(Cones)视杆(Rods)细胞介导图像视觉感知之外，光也能直接激活视网膜上的第三类感光细胞视网膜自感光神经节细胞(ipRGC)，它依靠自身表达的视黑素(Melanopsin)对波长靠近480nm的短波长蓝光敏感。ipRGC支配诸多下游脑区进而调控如瞳孔对光反射、昼夜节律、睡眠和情绪认知功能。光降低血糖耐受性通过何种感光细胞介导？通过基因工程手段，研究人员逐一使视网膜各类感光细胞丧失感光能力，发现光诱发血糖不耐受由ipRGC感光独立介导(图1)。 　　接着研究人员进一步探究视网膜至脑内的哪些核团参与光调节糖代谢。下丘脑是调控机体代谢的重要区域，其中与ipRGC有较密集连接的是下丘脑视交叉上核SCN和视上核SON核团。已知数周异常光照模式能够通过影响节律中枢SCN，造成生物钟节律失调，进而间接影响到血糖代谢功能。研究人员分别损毁或利用化学遗传手段操控ipRGC投射的SCN和SON核团，发现了光急性降低血糖耐受性这一过程独立于生物钟节律系统，而由ipRGC-SON的神经环路直接介导(图1)。 　　结合大量神经环路示踪和操控手段，研究人员进一步发现ipRGC→SONOXT(视上核内催产素(Oxytocin)能神经元)→SONAVP(SON内抗利尿激素(Vasopressin)能神经元)→PVN(下丘脑室旁核)→NTSVgat(孤束核的GABA能抑制性神经元)→RPa(中缝苍白核)这样一条脑内六级长程神经环路介导光降低血糖耐受性(图1)。 　　光影响血糖代谢必然通过外周血糖代谢的器官来执行，考虑到在环路水平上光降低血糖耐受通过中缝苍白核RPa，该核团是调节棕色脂肪组织(BAT)活性的交感前运动神经的主要部位。因此研究人员将研究锁定在棕色脂肪组织，而棕色脂肪组织的重要作用之一是代谢葡萄糖或脂肪，直接产热以维持体温稳态。研究人员发现光能显著压抑棕色脂肪组织的温度，进一步通过阻断交感神经对棕色脂肪组织的投射、以及利用热中性环境温度压抑棕色脂肪组织活性的手段，确定了光降低血糖耐受性是通过压抑脂肪组织消耗血糖的产热所导致(图1)。 　　夜行性的小鼠和昼行性的人类在诸多光调控的生理过程中表现既有相反也有相同的效应。光是否同样降低人的血糖耐受？研究人员分别使用ipRGC敏感的蓝光与ipRGC不敏感的红光，测试人在不同波长光线照射下的血糖耐受性。结果显示在蓝光照射下人的血糖耐受性显著下降。进一步研究人员将被试者处于热中性温度环境中(热中性温度下棕色脂肪组织活性被压抑)进行了血糖耐受性测试，结果显示光不再压抑血糖耐受。上述实验提示光降低人的血糖耐受性可能也是由ipRGC感知光线且通过影响棕色脂肪组织的活性所介导(图2)。 　　对这项工作的几点启示： 　　Nothing in biology makes sense except in the light of evolution，光压抑血糖代谢这一神经生理功能可能用于动物快速响应不同太阳辐照条件，以维持体温稳态。在户外环境中太阳光可以为动物提供大量的热辐射，这可以满足部分的体温维持需求，而在动物进入洞穴或树荫等诸多太阳光辐照显著降低的环境中时，机体就需要迅速响应这种辐照减少带来的热量输入损失。光通过这条“眼-脑-棕色脂肪”通路快速减低脂肪对葡萄糖的利用以降低产热，在光辐照减少的时候，棕色脂肪不再被光压抑，快速代谢血糖来维持体温稳态。 　　冷暖光也许并非单纯心理作用，可能存在生理基础。日常生活中短波光环境(蓝)让人感觉到凉爽，而长波光环境(红)让人觉得温暖，因此它们才被赋予了冷暖光的定义。冷暖色一直被定义为心理上的冷热感受。这项研究发现对短波长光敏感的ipRGC在蓝光下压抑脂肪组织产热，而在红光下脂肪组织处于活跃状态。因此我们在进入蓝光环境下产生的那种“冷”的感觉，有可能是由于脂肪产热被压抑而产生的真实感受。 这条光调控脂肪组织活性的环路可能是心理上冷暖光的生理结构基础。 　　工业化时代的代谢疾病—人造光源增加机体代谢负担。该项工作在人体的研究结果显示，昼夜节律会造成夜间人体的糖代谢能力相较白天更低，而光压抑血糖代谢是直接叠加在节律造成的夜间血糖代谢能力下降之上的(图2)。因此在夜间同时有光暴露的条件下，人体血糖代谢能力最差。工业化社会中，人类长时间的在夜间暴露于人造光源之下，加上现代人夜间饮食习惯给机体带来双重代谢负担进而可能诱发代谢疾病。大量公卫卫生学证据已经证实了这一点，最近瑞金医院宁光院士团队涉及近10万人的研究显示，夜间长期暴露于人造光下会增加血糖紊乱及糖尿病的患病风险。 　　这项光调节血糖代谢的机制研究，提示现代人健康生活应关注光线环境的健康，针对夜间光污染造成的罹患代谢疾病风险提高，应考虑生活环境中夜间人造光线的波长、强度和暴露时长。这项工作发现的感光细胞、神经环路和外周靶器官可为将来干预此过程提供潜在靶点。 　　研究工作得到国家自然科学基金、科技部、科学探索奖、中科院稳定支持基础研究领域青年团队项目、中国科大等的支持。合肥学院科研人员参与研究。图1.在小鼠上，光激活ipRGC-SONOXT-SONAVP-PVN-NTSVgat，压抑RPa和支配脂肪的交感神经，进而压抑棕色脂肪产热降低血糖耐受性。图2.在人上，光可能通过同样的神经环路机制压抑棕色脂肪产热降低血糖耐受性。相较于白天，夜晚人的血糖耐受性更低。

近几年以来，中国在植物学领域实现了质的飞跃，其植物学研究成果占到了全球的20%以上，随着国家对于基础科学研究的重视，一大批优秀的成果脱颖而出。本期介绍的这篇论文就是重要代表之一。中国农业大学武维华院士/王毅教授课题组、李继刚教授课题组和德国明斯特大学J?rg Kudla教授课题组合作完成了拟南芥转录因子MYB59调控低钾条件下K+/NO3-转运的分子机制研究。2019年2月，Plant Cell在线发表了题为“The tranion factor MYB59 regulates K+/NO3-translocation in the Arabidopsis response to low K+stress”的研究论文。该研究揭示了拟南芥转录因子MYB59应答养分胁迫环境，并调控钾和氮协同运输的分子机制。同时，Plant Cell编委还针对该研究内容发表了题为“It' s an uphill battle: The MYB59-NPF7.3 regulatory module and its role in nutrient transport”的专评。钾和氮是植物生长发育所必需的大量元素,直接影响植物的生长发育以及作物的产量和品质。K+在酶促反应、渗透调节、电荷平衡等方面都起着重要的作用，而N则是碳化合物的组成成分，构成了氨基酸、蛋白质、核苷酸等物质。长期的农业生产实践早已证明，按适当比例施用钾肥和氮肥可以显著提高肥料的吸收利用效率。已有的研究报道显示，钾和氮的吸收和转运是协同进行的,但其分子调控机制仍不明确。课题组实验室前期研究发现，拟南芥硝酸根转运体NRT1.5不仅负责NO3-从根向冠的转运，同时还影响K+从根部向冠部的运输过程。因此，NRT1.5很可能是钾和氮协同运输的重要组分。已有研究表明钾缺乏抑制NRT1.5的转录,说明NRT1.5的转录能够响应环境中钾浓度变化，但低钾抑制NRT1.5转录的调控机制尚属未知。本论文工作证明了MYB59是NRT1.5的正向转录调控因子，低钾可通过抑制MYB59的转录及促进MYB59蛋白的降解进而抑制NRT1.5的转录，最终调节拟南芥中钾和氮的协同转运过程。通过表型筛选获得一个拟南芥低钾敏感突变体lks3。离子含量测定结果显示，低钾条件下MYB59突变体的根部积累了更多的K+和NO3-，而冠部的K+和NO3-含量降低，说明MYB59调控K+和NO3-从根向冠的转运过程。实验结果还表明,低钾处理可以同时抑制MYB59及NRT1.5的转录水平。而半体内蛋白降解实验结果表明，低钾处理后MYB59.3蛋白被快速降解。本论文研究结果表明，MYB59是NRT1.5的正向转录调节因子。在正常钾条件下，MYB59促进NRT1.5的转录，进而促进拟南芥中K+和NO3-从根向冠的协同运输过程。低钾胁迫时，MYB59的转录水平和蛋白水平均被下调，结果使NRT1.5的转录被抑制，K+和NO3-从根向冠的协同转运也随之受抑。论文研究工作证明了MYB59和NRT1.5这一转录调控通路在植物响应环境钾亏缺、调控钾/氮协同转运及根冠分配方面有重要作用。 拟南芥通过MYB59-NPF7.3调控机制应答和调节外部K+/NO3-水平在该研究论文中，86Rb+ 吸收实验被用来分析K+的吸收，86Rb+ 同位素作为示踪剂被珀金埃尔默的MicroBeta液闪仪定量检测，珀金埃尔默助力中国科学家取得更大成绩。文章链接1.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.18.006742.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.19.00032关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn。

跟动物一样，植物也有称之为昼夜节律的 24 小时“生物钟”。这一生物计时器赋予了植物即便在没有光线的情况下，与生俱来测量时间的能力。例如，它们不仅仅是对日出产生反应，它们还知道日出就要到来，并做出相应的调整。在分子水平上，生物钟的节律振荡由生物钟基因及其编码蛋白的转录和翻译形成的自主的反馈环路组成。在脉孢节律振荡器（Neurospora circadian oscillator）中，WHITE COLLAR 复合物负责节奏频率（frq）转录，而且被认为是唯一的 frq 转录激活因子。现在，来自中国农业大学生物学院 何群 研究组揭示出了一种之前未知的生物钟基因转录的调控新机制，这将对于了解 WC 非依赖性 frq 转录至关重要。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。在这项最新研究中，科学家发现，当转录共阻遏因子 rco-1 被删除的时候， WC 非依赖方式中 frq 能进行组成型转录。并且对于 rco-1 突变型来说，高水平组成型 WC 非依赖性 frq 转录还会导致 WC 复合物活性受损，失去昼夜节律功能。同时，这一结果还表明， rco-1 能与组蛋白修饰因子SET-2，染色质重塑因子CHD-1共同作用，调控 frq 正常染色质结构，这一位点确保了节律 frq 转录。

2016年6月20日，国际学术期刊《Cell》子刊《Developmental Cell》以封面文章形式在线发表了北京大学生命科学学院朱健研究组题为 ”Stuxnet facilitates the degradation of Polycomb protein during development” 的研究论文。研究鉴定出了表观遗传领域全新的调控因子Stuxnet (Stx)，并初步阐释了Stx通过调控 Polycomb-group(PcG)多梳蛋白复合体的稳定性而调节表观遗传活性的作用机制。生命科学学院博士后杜娟、朱健研究组原副研究员张俊争为论文的共同第一作者，朱健研究员为论文的通讯作者。表观遗传学是近年来生命科学研究的热点。在DNA序列未发生改变的情况下，基因功能产生可逆且可遗传的改变是表观遗传的基本机制。多梳蛋白复合体是表观遗传过程中主要的调控因子，通过在转录水平特异性抑制下游靶基因的表达而发挥其功能。多梳蛋白复合体下游靶基因包括很多重要的转录因子及信号转导分子，例如同源异型框基因(Homeobox genes)及Notch信号通路组分等，在干细胞维系、基因组印记、胚胎发育等过程中均有重要功能。Pc蛋白是多梳蛋白复合体的重要组分，其功能从果蝇到哺乳动物高度保守。目前研究大多集中于探究其分子作用机制和鉴定其下游靶基因，但是Pc蛋白自身的活性以及多梳蛋白复合体的稳态如何被调控尚不清楚。朱健研究组通过遗传筛选在果蝇中发现并鉴定了一个功能未知的全新基因stuxnet(stx)。他们的研究表明，stx功能缺失的果蝇表现出与Pc活性上调类似的发育紊乱表型。更为有趣的是，stx基因的过表达可以引起Pc蛋白水平的降低，从而阻遏PcG下游靶基因的表达，最终导致果蝇器官的同源异型转化，例如触角向腿和眼的转化。进一步的遗传互作实验证明stx位于Pc的上游，并且能够抑制Pc蛋白的生物学活性。在分子机制研究中，他们鉴定出了Stx蛋白两个重要的功能结构域，即N端的类泛素结构域(UBL)及相邻的Pc结合区域(PcB)。生物化学和遗传学实验表明，Stx调控Pc活性的分子机制从果蝇到哺乳动物高度保守。Stx通过UBL结构域与蛋白酶体结合，从而促使Pc蛋白的降解，这一过程依赖于PcB结构域介导的蛋白相互作用，但是并不依赖于Pc的泛素化修饰。日内瓦大学Fran?ois Karch教授撰写题为“Stuxnet Recruits the Proteasome to Take Down Polycomb”的Preview文章介绍本项研究。图：Stx通过调控Polycomb-group(PcG)多梳蛋白复合体的稳定性而调节表观遗传活性作用机制

p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/608a3f6e-d4ec-4525-ab7c-ba8259558755.jpg" / /p p 　　《自然—免疫学》杂志8月29日发表了中国医学科学院院长、中国工程院院士曹雪涛研究团队的论文，报道了RNA解旋酶DDX46能够通过RNA去甲基化修饰导致抗病毒效应分子mRNA核滞留、进而抑制抗病毒天然免疫应答的研究结果。 /p p 　　干扰素在机体抗病毒天然免疫应答中发挥关键性的作用。在病毒感染过程中，干扰素产生的多少与持续时间受到精确调控，以确保机体清除入侵病毒的同时能避免病理性自身免疫损伤。目前关于干扰素表达精确调控的分子机制研究主要集中在天然免疫信号通路蛋白分子，而以细胞核内RNA修饰的方式调控干扰素表达的机制尚不清楚。 /p p 　　曹雪涛院士与中国医学科学院基础所博士后郑青亮以及第二军医大学医学免疫学国家重点实验室教授侯晋联合攻关，针对DEAD-box解旋酶(DDX)家族成员在RNA识别和代谢及其在调控抗病毒天然免疫应答中发挥的重要功能，通过筛选多种DDX家族成员在病毒感染巨噬细胞天然免疫应答中的作用，发现了DDX46能显着抑制病毒感染诱导的干扰素表达。 /p p 　　研究表明，DDX46能结合到抗病毒效应分子mRNA的CCGGUU保守基序上，当病毒感染时DDX46与m6A去甲基化酶ALKBH5结合增加，使得与DDX46结合的抗病毒效应分子mRNA发生去甲基化修饰而导致其核滞留，阻滞了这些抗病毒效应分子的蛋白表达从而降低干扰素产生，最终抑制了抗病毒天然免疫应答反应。 /p p 　　本研究揭示了RNA解旋酶DDX46在细胞核内通过RNA修饰的新方式参与调控抗病毒天然免疫应答，提出了一种新的天然免疫与炎症调控机制，为病毒感染和炎症性疾病的防治提供了新的潜在靶标与思路。 /p p /p

p 　　《自然—免疫学》杂志8月29日发表了中国医学科学院院长、中国工程院院士曹雪涛研究团队的论文，报道了RNA解旋酶DDX46能够通过RNA去甲基化修饰导致抗病毒效应分子mRNA核滞留、进而抑制抗病毒天然免疫应答的研究结果。 /p p 　　干扰素在机体抗病毒天然免疫应答中发挥关键性的作用。在病毒感染过程中，干扰素产生的多少与持续时间受到精确调控，以确保机体清除入侵病毒的同时能避免病理性自身免疫损伤。目前关于干扰素表达精确调控的分子机制研究主要集中在天然免疫信号通路蛋白分子，而以细胞核内RNA修饰的方式调控干扰素表达的机制尚不清楚。 /p p 　　曹雪涛院士与中国医学科学院基础所博士后郑青亮以及第二军医大学医学免疫学国家重点实验室教授侯晋联合攻关，针对DEAD-box解旋酶(DDX)家族成员在RNA识别和代谢及其在调控抗病毒天然免疫应答中发挥的重要功能，通过筛选多种DDX家族成员在病毒感染巨噬细胞天然免疫应答中的作用，发现了DDX46能显著抑制病毒感染诱导的干扰素表达。 /p p 　　研究表明，DDX46能结合到抗病毒效应分子mRNA的CCGGUU保守基序上，当病毒感染时DDX46与m6A去甲基化酶ALKBH5结合增加，使得与DDX46结合的抗病毒效应分子mRNA发生去甲基化修饰而导致其核滞留，阻滞了这些抗病毒效应分子的蛋白表达从而降低干扰素产生，最终抑制了抗病毒天然免疫应答反应。 /p p 　　本研究揭示了RNA解旋酶DDX46在细胞核内通过RNA修饰的新方式参与调控抗病毒天然免疫应答，提出了一种新的天然免疫与炎症调控机制，为病毒感染和炎症性疾病的防治提供了新的潜在靶标与思路。 /p p br/ /p

近日，中国科学院上海营养与健康研究所研究员章海兵团队在Cell Death and Differentiation上在线发表题为Caspase-8 auto-cleavage regulates programmed cell death and collaborates with RIPK3/MLKL to prevent lymphopenia的研究成果。该研究揭示了细胞凋亡起始蛋白caspase-8的自我剪切抑制细胞程序性坏死并协同坏死关键蛋白RIPK3/MLKL抑制淋巴细胞减少的免疫缺陷性疾病的发生。 　　细胞程序性坏死（Necroptosis）是一种由激酶RIPK1/RIPK3的级联磷酸化调控的促炎细胞死亡形式。细胞程序性坏死通过MLKL蛋白聚合在膜上打孔裂解细胞膜，执行细胞死亡并释放损伤相关分子模式（DAMPs）触发炎症反应。已知细胞程序性坏死参与调控系统性炎症反应综合征（SIRS）、系统性红斑狼疮及自身免疫性的淋巴增生综合征（ALPS）等多种疾病。因此，对于细胞程序性坏死机制及其生物学意义的研究对于相关疾病的防治具有重要意义。　　Caspase-8是天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶，最初被鉴定为细胞凋亡途径的起始蛋白。近几年的研究表明，caspase-8通过剪切RIPK1来抑制细胞程序性坏死。除此之外，caspase-8还参与细胞免疫稳态调控。临床上Caspase-8基因突变的病人会出现免疫缺陷疾病，并伴有免疫系统紊乱，表现为多器官的免疫细胞浸润并出现肉芽肿。研究发现Caspase-8通过其催化活性发挥功能，并且caspase-8的完全激活需要进行自我剪切。因此，探究caspase-8的自我剪切在调控免疫稳态中的作用机制，对于深入了解caspase-8的作用机制及相关临床疾病的治疗具有重要意义。　　该研究中，研究人员首先发现在细胞程序性坏死刺激条件下，caspase-8的自我剪切出现诱导性增强，因此推断caspase-8的自我剪切可能参与程序性坏死的调控。通过构建caspase-8自我剪切突变小鼠（Casp8ΔE385/ΔE385）发现，该小鼠可以抵抗细胞凋亡诱导的急性肝损伤，但高度敏感于程序性坏死诱导的全身炎症反应综合征（SIRS），该结果在动物水平证明caspase-8自我剪切可以促进细胞凋亡并抑制程序性坏死。同时，研究人员进一步通过分离原代细胞实验证明caspase-8自我剪切负调控死亡复合体II的形成和稳定，从而抑制细胞程序性坏死的发生。此外，研究人员发现Casp8ΔE385/ΔE385小鼠患有轻微的脾脏肿大及CD8+T淋巴细胞减少性疾病（T cell lymphopenia）。在Casp8ΔE385/ΔE385小鼠中同时敲除坏死关键蛋白RIPK3/MLKL时，Casp8ΔE385/ΔE385Ripk3-/-和Casp8ΔE385/ΔE385Mlkl-/-小鼠出现更为严重的脾脏肿大及淋巴结肿大，其脾脏、淋巴结、外周血以及骨髓中的B细胞和T细胞及其各亚群均出现明显减少，鉴定为淋巴细胞减少的免疫缺陷性疾病（lymphopenia）。研究人员通过减少Casp8ΔE385/ΔE385Ripk3-/-和Casp8ΔE385/ΔE385Mlkl-/-小鼠中另一坏死调控蛋白RIPK1的表达剂量可以逆转上述表型，证明RIPK1在调控淋巴细胞减少疾病中的剂量调控效应。　　该研究发现caspase-8通过自我剪切破坏死亡复合体II的稳定性，进而抑制细胞程序性坏死的发生。同时证明了caspase-8通过自我剪切协同坏死调控蛋白RIPK1/RIPK3/MLKL抑制淋巴细胞减少的免疫缺陷性疾病的发生，为免疫系统稳态调控的研究及淋巴细胞减少为特征的免疫缺陷性疾病的治疗提供新思路。　　论文链接

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　11月9日，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所丁建平研究组的研究成果，以 em Structural Basis for Ragulator Functioning as a Scaffold in Membrane-anchoring of Rag GTPases and mTORC1 /em 为题，在线发表在 em Nature Communication /em 上，该工作揭示了Ragulator五元复合物的组装机制，以及Ragulator复合物调控mTORC1信号通路的分子机制。 /p p 　　真核细胞中mTORC1是高度保守的蛋白激酶复合物，通过感受和整合外界信息，如生长因子、能量状态和营养水平等，调控细胞生长发育和细胞自噬等重要生命过程。mTORC1信号通路的功能失调会引起多种疾病，包括肥胖症、II型糖尿病和肿瘤等。营养物质如氨基酸是mTORC1的重要激活因子。研究发现，氨基酸介导的mTORC1信号通路的激活在溶酶体上进行，由一系列蛋白质复合物参与这一复杂过程的调控，其中Ragulator五元复合物作为该信号通路的核心骨架，调控Rag小G蛋白和mTORC1在溶酶体上的定位，但Ragulator复合物如何组装并招募下游蛋白的作用机制尚不清晰。 /p p 　　丁建平研究组长期从事mTORC1信号通路调控的分子机制研究，先后测定了mTORC1信号通路中一些重要调控蛋白包括Rheb、TCTP、S6K和Ego3的结构，揭示了它们在mTORC1信号通路中发挥生物学功能的分子基础，完成了酵母TORC1信号通路中Ego1-Ego2-Ego3三元复合物的晶体结构测定和功能分析，以及mTORC1信号通路上游人源精氨酸感应蛋白CASTOR1-arginine复合物的结构测定和对底物的识别机制。在此基础上，丁建平研究组对mTORC1信号通路开展了进一步研究，测定了Ragulator五元复合物的晶体结构，发现Ragulator复合物中包含MP1-p14和HBXIP-C7orf59两个亚复合物，并由p18亚基介导两个亚复合物的结合、组装成五元复合物。通过结构分析和功能实验验证，发现Ragulator复合物作为骨架蛋白发挥功能，通过p18的N端结构域和MP1-p14复合物两个结合位点与Rag小G蛋白的Roadblock结构域结合，并在氨基酸等信号因子的激活下进一步招募mTORC1定位在溶酶体上。结构分析和体外活性测定否定了早期认为的Ragulator具有针对Rag小G蛋白的GEF活性，并预测存在尚未鉴定的GEF蛋白与Ragulator复合物结合，共同激活下游Rag小G蛋白。研究发现，mTORC1信号通路的抑制因子C17orf59，通过竞争性结合Rag小G蛋白在MP1-p14复合物上的结合位点，抑制Rag小G蛋白在溶酶体上的定位，从而抑制下游mTORC1活性。通过结构比较发现，人源Ragulator复合物和酵母Ego1-Ego2-Ego3复合物在结构上非常相似，表明这两个复合物在mTORC1/TORC1信号通路中发挥相似的功能。这些研究结果进一步阐释了氨基酸等营养物质对mTORC1信号通路的调控机制，并为mTORC1功能异常相关疾病研究和基于mTORC1信号通路的药物设计提供了重要信息。 /p p 　　研究工作得到国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项和中科院青年创新促进会的支持。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171113594281686350.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/ca506d38-ae6c-462f-ace6-b7724ff21963.jpg" uploadpic=" W020171113594281686350.jpg" / /p p 　　a.Ragulator复合物招募Rag小G蛋白和mTORC1复合物在溶酶体上定位的工作模型；b.人源Ragulator复合物和酵母Ego1-Ego2-Ego3复合物结构上非常相似，表明这两个复合物在mTORC1/TORC1信号通路中发挥相似的功能。 /p

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 近日，中国—荷兰“食物-环境-资源耦合与调控机制”国际联合实验室（Sino-Dutch International Joint Laboratory on Coupling of Food, Environmental Protection and Resource Use - COFER）在中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心揭牌成立。该实验室旨在开展中国和全球可持续食物生产—消费系统、农牧系统耦合、面源污染与绿色农业发展等研究，加强中国和荷兰学术合作研究，开展针对青年学者和研究生的联合培养，同时提供一个可面向其他院校和科研单位科研人员的开放研究平台。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 农业资源中心主任胡春胜、荷兰瓦赫宁根大学教授Carolien Kroeze、Oene Oenema在讲话中表达了共同的意愿，希望中国-荷兰“食物-环境-资源耦合与调控机制”国际联合实验室成为双方交流的平台，以此平台为基础开展科学研究、人才培养、项目申报等方面的合作。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 中国-荷兰“食物-环境-资源耦合与调控机制”国际联合实验室是在瓦赫宁根大学与农业资源中心多年的合作基础上建立的。今年5月，中心党委书记赵军在访问荷兰瓦赫宁根大学时，也曾专门针对中国-荷兰国际联合实验室的建立事宜与瓦大校长Arthur Mol等进行了深入探讨，进一步推动双方合作事宜。农业资源中心将会以实验室的成立为契机，不断扩展中心的国际合作，开创中心国际合作新局面。 /p p br/ /p

放射状胶质细胞是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。所有动物细胞都有中心体，通常位于细胞核附近的细胞质中。然而中心体在放射状胶质细胞内的定位十分独特，位于远离细胞核的顶端细胞膜上，即脑室腔的表面上。这种独特的亚细胞特征已被发现数十年，但其成因及功能一直令人困惑。清华大学生命科学学院、IDG-麦戈文脑科学研究院时松海教授和结构生物学高精尖创新中心史航研究员课题组线发表了题为“中心体的锚定调控神经前体细胞特性和大脑皮层的形成”（Centrosome anchoring regulates progenitor properties and cortical formation）的研究论文，首次揭示了中心体调控哺乳动物大脑皮层神经前体细胞机械特性和分裂能力，进而影响大脑皮层的大小和折叠的崭新机制。这一发现公布在Nature杂志上。时松海教授和史航研究员课题组采用基于透射电镜成像的连续超薄切片技术，首次观察到了放射状胶质细胞内的中心体是通过附着在母体中心粒上的远端附属物（distal appendages）锚定在顶端细胞膜上的（图1）。为了探索其分子调控机制和生理功能，研究人员在大脑皮层放射状胶质细胞内特异性地去除了远端附属物的重要构成蛋白CEP83，使得远端附属物无法形成，从而阻止中心体与细胞膜的连接。结果发现，去除CEP83蛋白后，母体中心粒上不再形成远端附属物，中心体和顶端膜发生了微小的错位，不再锚定在顶端膜上。进一步研究表明，中心体这一不足1微米的位移，不是通过影响初级纤毛的形成，而是破坏了顶端膜上特有的环状微管结构，导致顶端膜被拉伸、变硬。这一物理特性的改变引起了放射状胶质细胞内机械敏感信号通路相关的YAP蛋白（Yes-associated protein）的过度激活，从而导致了放射状胶质细胞前期的过度扩增以及之后中间前体细胞的增多，最终使得大脑皮层神经细胞显著增加，体积扩大，并引发异常折叠。该研究解决了长期以来关于放射状胶质细胞内中心体特殊定位原因和作用的谜题，为研究神经前体细胞行为和皮层发育调控提供了全新的角度。另外，中心体相关的许多突变都和小头症（microcephaly）紧密相关，然而该研究首次揭示了中心体蛋白突变导致大头症的机制。更重要的是，人类CEP83双等位基因突变会导致脑室体积增大，智力障碍和小儿肾消耗症，该研究为揭示人皮层形态和智力异常提供了重要线索。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所研究员杨武林课题组在肿瘤发生机制领域取得新进展，发现促进非酒精性脂肪性肝炎发生恶性转变的代谢调控机制。　　脂肪肝是肝细胞内脂肪堆积过多常见肝脏病理改变。脂肪肝病一般分为酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪肝两类。由于膳食和生活方式的改变，非酒精性脂肪肝病逐渐成为脂肪性肝病的主要形式。非酒精性脂肪性肝病的进展有多个阶段，其中非酒精性脂肪性肝炎NASH阶段是疾病不良发展的关键阶段，或直接进展为肝癌。　　课题组从模拟人脂肪肝病演化的STAM小鼠模型出发，分析病变各阶段的基因表达模式和基因集变异，发现NASH阶段发生致癌信号的广泛激活，同时伴随有调控脂肪酸代谢的LPL/FABP4/CPT1信号轴的特异上调。二者协同作用将利于肿瘤起始细胞的发生，促进恶性转变。体内实验表明，对LPL/FABP4/CPT1信号轴的抑制可有效延缓STAM小鼠的肝肿瘤生长。细胞试验显示，靶向代谢轴的抑制剂可显著降低肝癌干细胞的自我更新和增殖能力。　　该研究提示脂肪酸代谢信号轴的激活是肝癌起始细胞形成和维持的重要因素，而靶向此信号轴可能为NASH相关肝细胞癌的预防提供一个潜在方向。　　相关研究成果在线发表在International Journal of biological sciences上。研究工作得到国家自然科学基金、安徽省医学物理重点实验室基金等的支持。　　论文链接

所周知，细胞会自然衰老和死亡，但细胞蛋白质的适当调节对我们衰老时保持大脑健康至关重要。在神经退行性疾病中，蛋白质聚集体（或错误折叠蛋白质的团块碎片）扩散到邻近的细胞，但对这些有毒物质是如何转移的科学家们仍然知之甚少。　　近日，发表在《美国国家科学院院刊（PNAS）》上的一项研究中，来自美国罗格斯大学新布伦瑞克分校的研究人员首次从分子水平上了解了在阿尔茨海默症和帕金森病等神经退行性疾病模型中，有毒蛋白质是如何调控的。在这项研究中，研究人员对秀丽隐杆线虫模型进行了研究，线虫受到压力的神经细胞可以将神经毒性蛋白质以囊泡的形式挤压出来，这些囊泡被称为exoophers。研究人员还研究了特定的压力如何影响exoophers被挤压出来。他们发现，形成exoophers需要特定的细胞信号，而出人意料的是，禁食可以显著增加exoophers的产生。此外，这项研究还发现了三种在禁食期间增加exoophers产生的细胞途径。　　该研究第一作者、罗格斯大学新布伦瑞克分校分子生物学和生物化学系博士后研究员Jason Cooper说“在神经退行性疾病中，有毒蛋白质会扩散到邻近细胞以促进细胞死亡。鉴于在衰老和神经退行性疾病中管理蛋白质聚集体的重要性以及对这些聚集体如何转移的生物学知之甚少，对转移机制的详细了解可能会揭示以前的未被识别的治疗靶点”。 　　论文链接：　　https://www.pnas.org/content/118/36/e2101410118

常见的自身免疫性皮肤疾病具有区域性发病的特征。例如，超过80%的白癜风病人发病部位呈双侧对称分布，这种类型被称为非节段型白癜风（图1）【1,2】。在白癜风中，自体活化的CD8+ T细胞攻击黑色素细胞，导致皮肤出现白斑。全世界有0.5%到2%的人患有此病，但目前还没有获FDA批准的治疗方案。既往的研究表明， IFN-γ信号对CD8+ T细胞导致的皮肤脱色至关重要【3-6】；然而，介导IFN-γ功能的细胞类型尚不清楚。另外，针对白癜风区域性发病的假说包括微生物群分布的区域差异、黑色素细胞抗原的表达差异、以及神经末梢释放的神经肽的差异等【7-10】。阐明自身免疫病的发病特征的调节机制可以帮助开发有效的治疗方案。图1 白癜风病人呈现双侧对称发病的特征2021年12月16日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院的陈婷研究员团队在Nature杂志上发表了题为 Anatomically distinct fibroblast subsets determine skin autoimmune patterns的研究论文，通过单细胞转录组测序、小鼠模型和一系列遗传学实验方法，揭示了皮肤成纤维细胞在白癜风疾病中的重要作用：成纤维细胞是唯一必需的能招募和激活自体活性CD8+ T细胞的皮肤细胞；不同部位成纤维细胞对IFN-γ的响应能力决定其招募CD8+ T细胞的能力，并决定白癜风的发病位置偏好。为了从细胞层面研究白癜风对称性分布的特征，作者首先对白癜风病人皮肤样本进行免疫荧光染色，发现CD8+ T大量聚集在皮损与非皮损区域交界处。根据这种CD8+ T细胞的分布模式，可以推测白癜风疾病发生过程中存在一种募集机制，在皮损交界处协调招募CD8+T细胞，使CD8+T细胞一直处在病变皮肤前沿，驱动脱色区域逐步扩大。通过单细胞转录组测序，作者发现白癜风病人皮肤中杀伤性CD8+ T细胞的比例比正常人高，且表达更高水平的IFNG。GO分析表明，病人黑色素细胞、成纤维细胞的特异性基因在IFN-γ信号通路上富集。对IFN-γ下游pSTAT1信号的免疫荧光染色发现，白癜风病人皮肤中超过80%的pSTAT1+细胞是成纤维细胞，以上结果说明成纤维细胞是白癜风病人中最主要的响应IFN-γ信号的细胞类型。为了进一步研究白癜风进展的调节机制，作者建立了一种白癜风小鼠模型。经过皮肤接种B16F10细胞和腹腔注射anti-CD4抗体，C57小鼠出现和白癜风病人类似的表征，包括表皮脱色、CD8+ T细胞聚集浸润和黑色素细胞丢失。研究发现，IFN-γ信号受体敲除的转基因小鼠 (Ifngr1 KO) 在经过相同的处理后，CD8+ T细胞的浸润较WT小鼠显著减少，表皮也未出现黑色素细胞缺失。这一结果说明，响应IFN-γ信号的细胞对于白癜风的发生和进展至关重要。那么，到底哪种细胞类型才是起到决定性作用的呢？其又是如何发挥功能的？陈婷团队接下来用多种实验手段证明，在白癜风疾病中，成纤维细胞通过CXCL9和CXCL10调控CD8+ T细胞的招募（图2）。首先，作者利用Cre-loxP系统分别在6种细胞类型中进行特异性地敲除Ifngr1。结果发现，成纤维细胞特异性敲除IFNGR1后，有效阻止白癜风发生。小鼠表皮浸润的CD8+ T细胞数目明显减少，且不影响黑色素细胞数目，也没有造成表皮脱色的现象；而其他条件性敲除小鼠均出现了白癜风表型。随后，作者通过成纤维细胞移植实验发现，在一个完全没有IFN-γ响应的皮肤局部环境中，只给予外来的能响应IFN-γ的成纤维细胞就足以介导局部CD8+ T细胞的招募和聚集。第三，Transwell实验发现成纤维细胞通过分泌因子招募激活的CD8+ T细胞。而与正常的成纤维细胞相比，趋化因子CXCL9，CXCL10 在白癜风病人和白癜风模型小鼠成纤维细胞中均有较高的上调。于是，研究人员在WT小鼠中利用慢病毒在真皮成纤维细胞中敲低Cxcl9或Cxcl10基因，发现敲低了趋化因子的成纤维细胞失去了对CD8+ T细胞的招募的能力。图2 成纤维细胞通过CXCL9/10调控杀伤性CD8+ T细胞的招募成纤维细胞存在部位异质性【11】，小鼠不同部位的成纤维细胞通过Hoxc基因调节Wnt信号通路调控了毛囊的再生【12】。但不同部位的成纤维细胞在调控免疫反应方面尚未有人研究。研究人员通过对2265例非节段型白癜风病人的分析发现，白癜风在不同部位的发病频率存在很大差异，其中手背、胸部发病率最高，而手掌和上肢发病率最低。同时，不同部位的成纤维细胞在IFN-γ处理后的表达谱变化也不尽相同，手背、胸部和背部的CXCL9、CXCL10上调倍数更高。进一步的相关性分析也说明发病率高的部位的成纤维细胞响应IFN-γ的程度也更高。此外，研究人员在白癜风小鼠模型中也发现了这一相关性。白癜风模型诱导后，小鼠背部和腹部毛囊中的黑色素细胞完全丢失，但爪背、掌心部位的黑色素细胞并未受到影响。且小鼠背部和腹部成纤维细胞在IFN-γ处理以后的Cxcl9、Cxcl10表达水平要比爪背、掌心高。于是，作者将来自WT小鼠背部和爪背的成纤维细胞移植到Ifngr1 KO小鼠上，结果发现，来自WT小鼠背部的成纤维细胞对CD8+ T细胞的招募能力更强。这些实验说明，不同部位成纤维细胞对IFN-γ的响应能力决定其招募CD8+ T细胞的能力，并决定白癜风的发病位置偏好（图3）。图3 成纤维细胞通过CXCL9/10调控杀伤性CD8+ T的招募综上所述，该研究首次发现成纤维细胞对皮肤自身免疫病的发生至关重要；同时对自身免疫疾病发生的调控存在区域差异性，不同部位的成纤维细胞因响应IFN-γ的程度不同，而导致了对T细胞招募能力的不同。成纤维细胞不仅仅存在于皮肤中，几乎所有的器官都有成纤维细胞的存在，该研究亦为其他器官自身免疫病的发生机制有所借鉴。北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院陈婷研究员和北京医院常建民教授为该论文的共同通讯作者。北京生命科学研究所的徐子健和陈道明为共同第一作者。该论文的其他作者还包括首都师范大学的胡煜成副研究员，北京生命科学研究所的姜开菊、黄焕伟、杜营雪、吴文波、隋建华研究员，北京大学第三医院的王文慧医生、张龙医生，西京医院的李舒丽医生、李春英教授，中国医学科学院皮肤病研究所杨勇教授。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04221-8

中科院华南植物园副研究员郑棉海团队联合美国康奈尔大学教授骆亦其等科研人员，研究揭示长期氮沉降调控热带森林土壤碳排放的格局及机制。相关研究12月1日发表于《自然地球科学》（Nature Geosciences）。同月5日该期刊再次以研究简报（Research Briefing）的形式进行了报道。人类活动所导致的大气CO2增加已成为当前重要的科学话题并引起了广泛的政治和社会关注。土壤是陆地生态系统最大的碳库，至少有一半的土壤有机碳储存于森林中。热带和亚热带森林主导全球森林碳循环，它们占据全球森林78%总碳排放和55%总碳吸收。人类活动也导致大气氮沉降加剧。氮沉降通过影响植物生长和微生物活性改变森林土壤呼吸及碳排放，但目前学术界关于氮沉降如何影响森林土壤呼吸的认识主要源于短时间尺度的研究。由于氮沉降是个长期的生态环境过程，缺乏长期且连续的研究将无法准确认识氮沉降调控森林土壤碳排放的格局及机制。研究人员依托我国最早建立的模拟森林氮沉降研究平台——广东省鼎湖山国家级自然保护区，发现长期氮沉降对南亚热带森林土壤碳排放的影响呈现阶段性变化。研究平台包括3种典型森林类型：季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林。9-13年长期氮添加处理后，森林土壤呼吸呈现“无显著变化-显著降低-无显著变化”的三阶段格局。相比低、中氮处理，高氮处理缩短了三阶段格局的时间。在整个实验过程，氮添加累计减少土壤CO2排放总量为6.53-9.06 Mg CO2 ha-1，氮添加减少土壤CO2排放的效率为5.80-13.13 Mg CO2 Mg N-1。研究人员还基于鼎湖山模拟氮沉降样地测定的849项有关土壤、植物和微生物碳氮循环数据，构建了氮沉降调控热带森林土壤碳排放的机理框架。这些结果表明过去许多短期氮添加实验无法准确反映森林土壤呼吸响应氮沉降的格局。该研究成果为氮沉降促进热带森林土壤碳固持现象提供了重要证据，也为全球气候变化的预测和生态系统碳中和目标的实现提供新的依据。上述研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目、中科院青促会项目和中国生态学会青年人才托举工程项目等资助。郑棉海副研究员为该论文第一作者，张炜副研究员和莫江明研究员为共同通讯作者。此外，鲁显楷研究员、黄娟副研究员、毛庆功助理研究员、王森浩博士，以及合作者骆亦其教授、叶清研究员和刘菊秀研究员、岭南师范大学张涛博士也参与该项工作。

2018年，由北京普瑞亿科科技有限公司研发的PRI-8800全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，一经推出便得到了广泛关注。该系统在土壤有机质分解速率、Q10及其调控机制方面提供了一整套高效的解决方案，为科研人员提供室内变温培养模拟野外环境的条件，让科研可以更广、更深层次地开展，相关文章发表已达18篇。 今天与大家分享的文章是东北林业大学林学院周旭辉教授团队首次从底物消耗与微生物适应角度，揭示了土壤有机碳分解热适应的调控机制的研究论文。在该研究中，采用了PRI-8800作为关键设备之一，我们来具体了解一下吧~ 长期以来，学界普遍认为气候变暖加速土壤有机碳分解，进而使得地球平均温度上升，形成正反馈效应。而近期的一些长期增温实验发现土壤有机碳分解速率可能会随着增温时间呈逐渐下降趋势，表现出热适应现象。当前，针对土壤有机碳分解的热适应调控机制，国内外生态学家仍存在较大争议，其根本难点在于无法有效区分底物消耗与微生物适应在土壤碳分解中的相对贡献。为了解决这一难题，何杨辉等研究人员依托长期野外增温实验平台，巧妙地使用土壤微生物灭菌-接种方法区分底物与微生物的调控作用，研究结果表明土壤底物可利用性是调控土壤有机碳分解热适应的主要因素。这一重要发现将增进人们对土壤有机碳分解热适应性的理解，为准确预测陆地土壤碳-气候反馈提供重要的科学依据。 土壤有机碳分解热适应潜在调控机制 值得注意的是，在实验过程中，研究团队通过PRI-8800连续变温培养和高频土壤呼吸在线测量的优势，克服了恒温培养模式土壤微生物对特定培养温度的适应性和底物消化不均的难题，加速研究进程并获得可靠的研究结果。 研究成果“Apparent thermal acclimation of soil heterotrophic respiration mainly mediated by substrate availability”为题，在线发表于国际顶级生态学期刊Global Change Biology（IF=13.211），何杨辉教授为论文的第一作者，周旭辉教授为论文通讯作者。相关论文信息：He Y, Zhou X, Jia Z, et al. Apparent thermal acclimation of soil heterotrophic respiration mainly mediated by substrate availability[J]. Global Change Biology, 2022.全文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.16523 UPGRADED！ 土壤有机质是陆地生态系统最大的碳库，在全球变暖背景下，土壤有机质分解对温度变化的响应很大程度影响着陆地生态系统对全球气候变化反馈效应。气候变暖如何影响土壤有机质分解，以及陆地生态系统碳排放如何响应气候变暖已成为目前科学家主要关注的内容之一。 为响应国家“双碳”目标，针对国内“双碳”行动有效性评估，普瑞亿科全新升级了PRI-8800 全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，结合了连续变温培养和高频土壤呼吸在线测量的优势，模式的培养与测试过程非常简单高效，这极大方便了大量样品的测试或大尺度联网的研究，可以有效服务科学研究和生态观测。PRI-8800的成功推出，为“双碳”目标研究和评价提供了强有力的工具。 土壤有机质分解速率（R）对温度变化的响应非常敏感。温度敏感性参数（Q10）可以刻画土壤有机质分解对温度变化的响应程度。Q10是指温度每升高10℃，Ｒ所增加的倍数；Q10值越大，表明土壤有机质分解对温度变化就越敏感。Q10不仅取决于有机质分子的固有动力学属性，也受到环境条件的限制。Q10能抽象地描述土壤有机质分解对温度变化的响应，在不同生态类型系统、不同研究间架起了一个规范的和可比较的参数，因此其研究意义重大。 以往Q10研究通过选取较少的温度梯度（3-5个点）进行测量，从而导致不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题无法被克服。Robinson最近的研究（2017）指出，最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度的响应曲线可以有效解决上述问题。PRI-8800全自动变温土壤温室气体在线测量系统为Q10的研究提供了强有力的工具，不仅能用于测量Q10对环境变量主控温度因子的响应，也能用于测量其对土壤含水量、酶促反应、有机底物、土壤生物及时空变异等的响应。PRI-8800为Q10对关联影响因子的研究，提供了一套快捷、高效、准确的整体解决方案。 01 主要特点可进行恒温或变温培养设定；温度控制波动优于±0.05℃；平均升降温速率不小于1°C/min；150ml样品瓶适配25位样品盘；具有CO2预降低的双回路设计；一体化设计，内置CO2 H2O模块；可以外接浓度和同位素分析仪等。02PRI-8800 实验设计1）温度依赖性的研究：既然温度的变化会极大影响土壤呼吸，基于温度变化的Q10研究成为科学家研究中重中之重。2017年Robinson提出的最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度响应曲线的建议，将纠正以往研究人员只设置3-5个温度点（大约相隔5-10℃）进行呼吸测量的做法，该建议能解决传统方法因温度梯度少而导致的不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题，更能提升不同的理论模型或随后模型推算结果的准确性。而上述至少20个温度点的设置和对应的土壤呼吸测量，仅仅需要在PRI-8800程序中预设几个温度梯度即可完成多个样品在不同温度下的自动测量，这将极大提高科学家的工作效率。除了上述变温应用案例外，科学家还可以依据自己的实验设计进行诸如日变化、月变化、季节变化、甚至年度温度变化的模拟培养，通过PRI-8800的“傻瓜式”操作测量，将极大减少科学家实验实施的周期和工作量，并提高了工作效率。PRI-8800全自动变温培养土壤CO2 H2O在线测量系统主要包含自动进样器、水槽、压缩机、CO2 H2O 分析仪、内部计算机、25位样品盘等，25个样品瓶。PRI-8800除了具有上述变温培养的特色，还可以进行恒温培养，抑或是恒温/变温交替培养，这些组合无疑拓展了系统在不同温度组合条件下的应用场景。2）水分依赖性的研究：多数研究表明，在温度恒定的情况下，Q10很容易受土壤含水量的影响，表现出一定的水分依赖特性。PRI-8800可以通过手动调整土壤含水量的做法，并在PRI-8800快速连续测量模式下，实现不同水分梯度条件下土壤呼吸的精准测量，而PRI-8800的逻辑设计，为短期、中期和长期湿度控制条件下的土壤呼吸的连续、高品质测量提供了可能。3）底物依赖性的研究：底物物质量与Q10密切相关，这里的底物包含不限于自然态的土壤，如含碳量，含氮量，易分解/难分解的碳比例、土壤粘粒含量、酸碱盐度等；也可能包含了某些外源底物，如外源的生物质碳、微生物种群、各种肥料、呼吸促进/抑制剂、同位素试剂等。通过PRI-8800快速在线变温培养测量，能加速某些研究进程并获得可靠结果，如生物质炭在土壤改良过程中的土壤呼吸研究、缓释肥缓释不同阶段对土壤呼吸的持续影响、盐碱土壤不同改良措施下的土壤呼吸的变化响应等等。4）生物依赖性的研究：土壤呼吸包含土壤微生物呼吸（90%）和土壤动物呼吸（1-10%），土壤微生物群落对Q10影响重大。通过温度响应了解培养前后的微生物种群和数量的变化以及对应的土壤呼吸速率的变化有重要意义。外源微生物种群的添加，或许帮助科学家找出更好的Q10对土壤生物依赖性的响应解析。03 PRI-8800相关文献信息1.Li, C., Xiao, C.W., Guenet, B., Li, M.X., Xu, L., He, N.P. 2022. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe. Soil Biology and Biochemistry 167, 108589. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108589.2.Jiang ZX, Bian HF, Xu L, He NP. 2021. Pulse effect of precipitation: spatial patterns and mechanisms of soil carbon emissions. Frontiers in Ecology and Evolution, 9: 673310.3.Liu Y, Xu L, Zheng S, Chen Z, Cao YQ, Wen XF, He NP. 2021. Temperature sensitivity of soil microbial respiration in soils with lower substrate availability is enhanced more by labile carbon input. Soil Biology and Biochemistry, 154: 108148.4.Bian HF, Zheng S, Liu Y, Xu L, Chen Z, He NP. 2020. Changes in soil organic matterdecomposition rate and its temperature sensitivity along water table gradients in cold-temperate forest swamps. Catena, 194: 104684.5.Xu M, Wu SS, Jiang ZX, Xu L, Li MX, Bian HF, He NP. 2020. Effect of pulse precipitation on soil CO2 release in different grassland types on the Tibetan Plateau. European Journal of Soil Biology, 101: 103250.6.Liu Y, He NP, Xu L, Tian J, Gao Y, Zheng S, Wang Q, Wen XF, Xu XL, Yakov K. 2019. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition. Soil Biology & Biochemistry, 138, 107596.7.Liu Y, He NP, Wen XF, Xu L, Sun XM, Yu GR, Liang LY, Schipper LA. 2018. The optimum temperature of soil microbial respiration: Patterns and controls. Soil Biology and Biochemistry, 121: 35-42.8.Liu Y, Wen XF, Zhang YH, Tian J, Gao Y, Ostle NJ, Niu SL, Chen SP, Sun XM, He NP. Widespread asymmetric response of soil heterotrophic respiration to warming and cooling. Science of Total Environment, 635: 423-431.9.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Important interaction of chemicals, microbial biomass and dissolved substrates in the diel hysteresis loop of soil heterotrophic respiration. Plant and Soil, 428: 279-290.10.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Microbial properties regulate spatial variation in the differences in heterotrophic respiration and its temperature sensitivity between primary and secondary forests from tropical to cold-temperate zones. Agriculture and Forest Meteorology, 262, 81-88.11.Li J, He NP, Xu L, Chai H, Liu Y, Wang DL, Wang L, Wei XH, Xue JY, Wen XF, Sun XM. 2017. Asymmetric responses of soil heterotrophic respiration to rising and decreasing temperatures. Soil Biology & Biochemistry, 106: 18-27.12.Liu Y, He NP, Xu L, Niu SL, Yu GR, Sun XM, Wen XF. 2017. Regional variation in the temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in China’s forests and grasslands. Global Change Biology, 23: 3393-3402.13.Wang Q, He NP*, Liu Y, Li ML, Xu L. 2016. Strong pulse effects of precipitation event on soil microbial respiration in temperate forests. Geoderma, 275: 67-73.14.Wang Q, He NP, Yu GR, Gao Y, Wen XF, Wang RF, Koerner SE, Yu Q*. 2016. Soil microbial respiration rate and temperature sensitivity along a north-south forest transect in eastern China: Patterns and influencing factors. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 121: 399-410.15.He NP, Wang RM, Dai JZ, Gao Y, Wen XF, Yu GR. 2013. Changes in the temperature sensitivity of SOM decomposition with grassland succession: Implications for soil C sequestration. Ecology and Evolution, 3: 5045-5054.16.He N P, Liu Y, Xu L, Wen X F, Yu G R, Sun X M. Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition:New insights into models of incubation and measurement. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(11): 4045-4051.17.Mao X1, Zheng J1, Yu W, Guo X, Xu K, Zhao R, Xiao L, Wang M, Jiang Y, Zhang S, Luo L, Chang J, Shi Z, Luo Z* 2022. Climate-induced shifts in composition and protection regulate temperature sensitivity of carbon decomposition through soil profile. Soil Biology and Biochemistry 172, 108743.18.He Y, Zhou X, Jia Z, et al. Apparent thermal acclimation of soil heterotrophic respiration mainly mediated by substrate availability[J]. Global Change Biology, 2022. 如果您对我们的产品或本期内容有任何问题，欢迎致电垂询：地址：北京市海淀区瀚河园路自在香山98-1号楼电话：010-51651246 88121891邮箱：support@pri-eco.com

胞内细胞器实时发生快速的结构和分布变化，这些改变受到细胞内部环境的调控，反过来作为调控手段去影响细胞内环境，进而执行复杂的细胞功能。细胞器分布的调节对细胞健康至关重要。细胞器通过motor和adaptor蛋白沿着微管双向移动，进而建立和维持其适当的分布和功能【1】。微管通过可逆的翻译后修饰（包括乙酰化、去酪氨酸化和谷氨酰化）获得调节特异性，这些修饰共同构成了微管蛋白密码（tubulin code）的关键元素【2】。研究表明，tubulin code参与微管cargo选择以及细胞器定向运动【2】，但细胞如何破译这些tubulin code以选择性地调节细胞器定位尚不清楚。内质网（Endoplasmic reticulum, ER）是一个由不同形态组成的相互连接的网络，在整个细胞质中混杂延伸，与其他细胞器形成丰富的接触。内质网形态失调与神经系统疾病和癌症密切相关。2021年12月15日，来自美国国立卫生研究院的Craig Blackstone团队在Nature杂志上在线发表了题为ER proteins decipher the tubulin code to regulate organelle distribution的研究论文，阐释了内质网蛋白调控细胞器分布的具体机制。研究人员证明了三种膜结合的内质网蛋白优先与不同的微管群体相互作用：CLIMP63结合中心体微管，KTN1结合核周多聚谷氨酰化微管，p180结合单谷氨酰化微管。这些内质网蛋白质的敲除或微管群的操纵和谷氨酰化状态改变均会导致内质网定位的显著变化，进而引起其他细胞器在胞内的重新分布。大多数关于ER shaping和细胞器接触的研究都集中在外周管状ER，而更致密的核周ER是如何形成和不对称分布的目前还不清楚。三种ER膜结合蛋白— CLIMP63，p180和KTN1—主要定位于核周ER，被认为是内质网片状形成（sheet-forming）蛋白【3】。作者首先探究了这三个蛋白在调控内质网形态和分布中的功能。如图1所示，在CLIMP63和KTN1单敲除细胞的外周ER中的致密基质或片状结构数量增加，该现象定义为“分散（dispersed）”表型；而p180敲除细胞中的ER则表现出一种相反的“聚集（clustered）”表型——其外周网络保持管状，但核周 ER 在核的一侧不对称地塌陷成较小的区域；CLIMP63-KTN1双敲导致更明显的“dispersed”ER，而CLIMP63-p180双敲细胞中的ER与野生型中的类似；值得注意的是，p180-KTN1双敲造成比p180单敲更多的ER聚集；在CLIMP63-p180-KTN1三敲的细胞中，高密度的ER基质或片状结构在核周区域富集。为了更好地定量评估ER形态和分布的变化，作者开创了互补算法（complementary algorithms），利用基于概率密度估计的统计方法来分析荧光标记的ER和其他细胞器的空间分布，使用实验得出的空间概率质量函数来量化图像上的荧光变化，以计算细胞器的径向分布和细胞不对称程度。数据显示，CLIMP63 和 KTN1 单敲除或双敲除增加了 ER 平均分布半径 （Mean distribution radius, MDR），说明ER 的外周分布更广；相反，p180敲除或p180-KTN1双敲增加了ER不对称性。其中微管MDR和不对称性仅略有变化。图1. CLIMP63、p180 和 KTN1 差异性调节 ER 形态及分布随后，作者通过co-sedimentation实验评估了多种ER蛋白与微管的结合能力。与预期的结果一致，CLIMP63、p180和KTN1均可以结合大量微管。作者发现，只有能够进行微管结合的野生型蛋白质或突变体才能恢复相应敲除细胞系中的ER形态。例如，CLIMP63错义突变体R7A，K10A和R70A不能结合微管或抑制CLIMP63敲除细胞中的ER分布缺陷，而结合微管的CLIMP63（H69A）可以拯救表型；对于KTN1，只有结合微管的缺失突变体可以抑制异常的ER表型；缺乏kinesin-1结合结构域的p180s仍然可以抑制p180-敲除细胞中的ER聚集表型。这些数据表明CLIMP63-、p180-和KTN1-敲除细胞中ER形态的改变可能都与微管结合改变相关。因此，作者推测这些蛋白质可以结合不同的微管群体，并采用邻近连接测定（proximity ligation assay, PLA）来可视化它们在细胞中的微管结合情况。作者使用centrinone B耗尽中心体微管，并通过敲除AKAP450去除高尔基源性微管。结果显示CLIMP63-microtubule association对中心体耗竭敏感，但高尔基体微管耗竭不敏感；KTN1-microtubule association对两者都敏感；p180-microtubule association对中心体或高尔基微管的消耗都不敏感。进一步分析证明，CLIMP63优先结合中心体微管，KTN1优先结合来自中心体或高尔基体的核周微管，p180优先结合更多的外周微管。为了获得调节特异性，微管经历可逆的翻译后修饰，包括乙酰化、去酪氨酸化和谷氨酰化【2】。虽然 CLIMP63、p180 或 KTN1 敲除不影响这些修饰的总体水平，但微管蛋白多聚谷氨酰化在中心体或高尔基体微管耗尽的细胞中降低。因此，作者纯化了含有微管结合域的p180、KTN1和CLIMP63片段，并在体外探究它们与谷氨酰化微管的结合。与KTN1相比，p180与单谷氨酰化微管表现出更高的体外结合，而p180和KTN1与多聚谷氨酰化微管结合能力相似。同时，KTN1更倾向于结合具有多聚谷氨酸链的微管，而不是具有多位点单谷氨酸链的微管。与p180和KTN1相反，CLIMP63对微管谷氨酰化的反应较差，不同的微管蛋白修饰或相互作用可能介导了CLIMP63与中心体微管的优先结合。总的来说，如图2所示，CLIMP63，p180和KTN1分别优先结合中心体、多聚谷氨酰化和谷氨酰化微管，进而协同调节ER分布。图2. CLIMP63结合中心体微管，KTN1结合多聚谷氨酰化微管，p180结合谷氨酰化微管。接下来，作者对其他细胞器的分布进行了分析。通过同时对六个细胞器的活体成像显示，大多数细胞器的分布与ER相似，提示 ER 可能广泛调节细胞器分布。值得注意的是，在CLIP63-，p180-和KTN1-敲除细胞中，所有细胞器都表现出与ER相似的分布变化：在CLIMP63-或KTN1-敲除细胞中更分散，在p180-敲除细胞中更不对称。此外，分散ER的CCP1过表达也增加了野生型细胞中溶酶体，线粒体和过氧化物酶体的MDR。最后，作者探究了在自噬过程中ER和溶酶体的迁移活动。核周溶酶体聚集是早期自噬的标志性事件，对于适当的自噬通量很重要【4-5】。与溶酶体类似，ER 在早期自噬期间迁移至核周，随后重新分布到外周。CLIMP63蛋白水平在早期自噬期间显着增加，CLIMP63敲除可以阻止ER向核周区域移动，并抑制自噬体-溶酶体融合和自噬降解，但并不影响溶酶体活性。p180和KTN1蛋白水平在早期自噬期间保持不变，KTN1-microtubule association不变，但p180-microtubule association增加，进而重新分布ER和溶酶体。p180-敲除细胞中的ER和溶酶体始终留在核周。作者还阐释了p180与微管结合的生理学意义，如图3所示，p180L的核糖体结合区（主要的异构体）包含41个带正电荷的十肽重复，该区域在正常细胞条件下（Normal）被核糖体占据，但在饥饿条件下（Starved），与核糖体发生解离，暴露出这些带正电的区域，随后结合微管。图3. (e) p180结构域组成；(f) p180在正常和饥饿条件下与微管结合。总的来说，该研究证明了CLIP63，p180和KTN1优先结合微管的不同子集以维持核周ER的特征性分布，从而解释了它们缺失的差异效应。微管在细胞器分布中起着关键作用，它们选择性分配细胞器的能力依赖于“tubulin code”。该研究表明：（1）ER分布是通过特定的膜结合蛋白介导的，与不同水平和类型的微管谷氨酰化有差异结合，广泛影响大多数其他细胞器的分布；（2）细胞不是通过赋予每个细胞器自己的感知和响应机制，而是通过将ER作为一线传感器和响应器来实现组织效率。作者认为可能还有其他ER蛋白也可以破译tubulin code，对ER在健康和疾病中的功能具有重要意义。原文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04204-9制版人：十一

真核生物基因组DNA缠绕在组蛋白八聚体上形成染色质，并在染色质架构蛋白的作用下逐级折叠形成远距离的染色质相互作用（或染色质环）、拓扑相关结构域和染色质区室等染色质高级结构。远距离染色质互作可以调控基因表达，在细胞命运决定过程中具有关键作用。CCCTC结合因子（简称CTCF）最早被认为是绝缘子结合蛋白，随后发现CTCF在转录激活/抑制、基因印记、X染色体失活等方面均发挥重要的调控作用。近年来，CTCF被认为是染色质架构蛋白，与Cohesin复合物等在调控远距离染色质相互作用和维持染色质“成环”等方面起到重要作用。然而，CTCF是否在同一生物学过程中发挥其多重功能至今尚不清楚。4月5日，中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员姚红杰课题组联合美国加州大学圣地亚哥分校教授付向东课题组，在Cell Reports上，发表了题为CTCF functions as an insulator for somatic genes and a chromatin remodeler for pluripotency genes during reprogramming的研究论文。该研究运用体细胞重编程到诱导多能干细胞为模型，结合多维组学技术，并联合生物信息分析，揭示了CTCF介导的染色质绝缘和染色质结构变化协同调控干细胞多能性获得的新机制。研究发现，CTCF在体细胞重编程过程中表达逐渐升高，并发挥促进体细胞重编程为诱导多能干细胞的作用。在这一过程中，CTCF具有同时抑制体细胞相关基因表达和促进多能性基因网络激活的双重功能。机制分析发现，CTCF通过发挥染色质绝缘功能抑制体细胞相关基因的表达，同时，CTCF具有维持多能性基因染色质开放的作用，CTCF还结合在部分多能性基因启动子区，促进这些多能性基因增强子（Enhancer）和启动子（Promoter）之间的相互作用（EP互作）。此外，该研究还揭示了CTCF与染色质重塑因子SMARCA5形成蛋白复合物，有助于维持多能性基因的染色质开放和多能性转录因子的结合，促进多能性基因网络的激活。研究表明，在体细胞重编程为诱导多能干细胞过程中，CTCF发挥了介导染色质绝缘和染色质重塑的协同调控作用。该研究进一步完善了CTCF的生物学功能，并为后续研究细胞命运决定的调控机理提供了新思路。研究工作得到国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金联合基金项目和中科院战略性先导科技专项等的支持。　　论文链接 本研究的模式图

2022年6月20日，清华大学时松海课题组在 Nature Neuroscience 期刊在线发表了题为：Metabolic lactate production coordinates vasculature development and progenitor behavior in the developing mouse neocortex（乳酸代谢调控小鼠大脑新皮层血管生长和神经前体细胞行为）的研究论文。该研究揭示了大脑新皮层发育过程中的早期增殖型放射状胶质前体细胞（Radial glia progenitor，RGP）具有更强的糖酵解代谢能力并大量合成和分泌乳酸，进而调节血管生长及其自身增殖分裂特性。大脑新皮层是神经系统的最高级中枢，理解大脑新皮层的发育组装及工作机制是脑科学乃至整个自然科学的终极目标之一。研究大脑新皮层的发育及其调控机制有助于更好地理解其细胞组成和结构特性，进而推动生理功能和运行工作机制的认知，同时对相关疾病的诊断治疗有着至关重要的意义。大脑新皮层是进化的末期产物，其发育是一个高度复杂且受到多种因素的共同调节的生物学过程，这也为系统性研究其内在机制带来了诸多挑战。为此该研究从细胞最为基本特征—细胞代谢的角度出发，揭示了细胞代谢方式及相关产物在调控大脑新皮层发育过程中的关键作用和机制，为更好的理解大脑皮层发育机制提供了重要的理论补充。放射状胶质前体细胞（RGP）是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，其分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。在小鼠发育早期（E10.5-E11.5），大脑新皮层中几乎没有血管生长，此时 RGP 以对称分裂进行增殖。伴随着血管的生长，RGP 也随之改变其分裂方式，以不对称分裂进行神经细胞产生。基于单细胞代谢状态分析，该研究首先发现大脑新皮层发育过程中，随着 RGP 谱系发生过程的进行，RGP 及其子代细胞具有不同的代谢状态，并呈现出不同的代谢特征。在此基础上，结合基因表达分析、细胞代谢类型分析以及碳代谢流分析多方面研究，进一步发现进行对称分裂的增殖型 RGP 具有更强的糖酵解代谢能力，并大量合成和分泌乳酸，而进行不对称分裂的分化型 RGP 具有更强的氧化磷酸化代谢能力，并积累高浓度的乙酰辅酶A。图1: 单细胞代谢状态分析揭示神经细胞代谢特征为深入探讨细胞代谢方式与大脑新皮层发育的相互关系，研究团队考察了具有强糖酵解代谢能力的增殖型 RGP 对早期大脑新皮层发育的影响，发现当抑制增殖型 RGP 的乳酸合成或分泌，导致大脑新皮层中乳酸浓度降低，血管生长出现缺陷。进一步分析发现，乳酸可以通过调节趋化因子配体 CXCL1 的表达来调节血管内皮细胞的迁移和增殖。此外，研究团队发现抑制增殖型 RGP 的乳酸合成代谢会系统性改变其基因表达谱并重塑细胞代谢方式，导致 RGP 过早分化。为探讨这一内在机制，研究者发现与分化型 RGP 相比，增殖型 RGP 呈现出更长的线粒体形态，抑制或阻断乳酸合成或分泌都会导致线粒体长度大幅度缩短，进而导致 RGP 分化。该结果表明增殖型 RGP 通过加强乳酸合成来影响线粒体形态，进而保持其对称分裂增殖特性。图2: 乳酸合成代谢调控早期大脑新皮层发育清华大学生命科学学院时松海教授为本文通讯作者，清华大学生命科学学院2017级博士董晓翔为本文第一作者。清华大学生命科学学院张强强博士和马健博士、清华大学生命科学学院博士研究生于翔宇和王玎，以及美国达特茅斯学院本科生马嘉明为本文共同作者。该研究得到了清华大学实验动物中心和生物医学测试中心的大力协助和支持。该研究获得了国家自然科学基金委创新群体基金、国家科技部脑科学与类脑研究基金、北京市教育委员会卓越青年科学家计划、北京市科技委员会科技计划、北京生物结构前沿研究中心、生命科学联合中心和北京脑科学与类脑研究中心的资助。

p style=" text-align: left " 　　北京时间11月29日凌晨，国际学术期刊《自然》(Nature)在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所分子生物学国家重点实验室许琛琦研究团队的研究成果。该研究成果首次揭示了人体免疫系统“刹车”分子PD-1的降解机制，以及该机制在肿瘤免疫反应中的功能。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/6d6fb73a-3f06-4aea-bf7c-0a42c333c930.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" / /p p 　　T细胞作为人体免疫系统的一部分，是机体健康的重要“守护者”，可以及时识别并清除体内突变细胞，防止肿瘤的发生。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/15e38eb4-a3d7-49fa-806c-b24d32aa8832.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " 不过道高一尺魔高一丈，部分肿瘤细胞也会通过激活PD-1分子让免疫系统“刹车”，从而躲避T细胞的杀伤，导致肿瘤的发生发展。在临床上，阻断PD-1通路的抗体药物可以恢复病人自身的抗肿瘤免疫功能，达到治疗肿瘤的目的。这类药物目前已经取得巨大的成功，可以治疗肺癌、肝癌、肾癌等10多种肿瘤。PD-1的发现者Tasuku Honjo由此获得了2018年的诺贝尔生理与医学奖。然而，PD-1为什么在肿瘤微环境中如此“活跃”这一重要科学问题还没有得到很好的解释。 /p p 　　许琛琦团队一直致力于T细胞的功能调控研究，前期发现了T细胞关键受体TCR和CD28的活化机制以及胆固醇代谢对T细胞抗肿瘤功能的调控作用(Nature 2013, Nature 2016, Nature Structural & amp Molecular Biology2017)。在该项研究中，他们从一个新的角度去研究PD-1的调控机制。他们发现PD-1在正常的T细胞中存在一个快速降解过程，并且鉴定了其中起关键作用的蛋白质分子FBXO38。FBXO38可以给PD-1加上一种介导降解的标签，有了降解标签的PD-1会被送到细胞的回收场——蛋白酶体进行降解，由此保证PD-1维持正常水平，不影响T细胞功能的发挥。然而，在被肿瘤“包围”的T细胞中，FBXO38“活跃”程度过低，可能导致PD-1不能被正常降解，T细胞因此“受困”于那些原本应该被降解的PD-1，抗肿瘤免疫反应被抑制。 /p p 　　许琛琦团队进一步发现白介素2可以恢复FBXO38的“活跃”度，让PD-1回归“正常指标”，从而提高T细胞的抗肿瘤功能。白介素2已经是治疗黑色素瘤和肾癌的临床药物，对PD-1的调控应该是其临床效果背后的机制之一。需要指出的是，白介素2由于副作用大没能在临床上广泛应用。今后可以优化白介素2的剂型和用量，并且探索它与其它药物联合治疗的前景。 /p p 　　该项研究阐明了重要药物靶点PD-1的新调控机制，有助于研究人员更好地理解肿瘤免疫应答并设计新的肿瘤免疫治疗方法。 /p p 　　该研究主要由许琛琦研究组完成，博士研究生孟祥波和刘希伟为共同第一作者。在论文中做出贡献的还有多个科研团队，包括南方医科大学教授杨巍，中山大学教授魏来、周鹏辉，复旦大学医学院附属中山医院教授黄晓武，生化与细胞所研究员刘小龙和胡荣贵以及美国MD Anderson癌症中心教授孙少聪。经费支持来自国家自然科学基金委、中科院、上海市科委以及中组部万人计划。 /p

点评 | 朱锦芳（NIH）2022年5月23日，上海交通大学基础医学院生化与分子细胞生物学系童雪梅教授课题组及其合作团队，上海市免疫学研究所李斌研究员课题组和复旦大学附属华山医院/脑科学转化研究院杨辉研究员，在Nature Metabolism杂志在线发表题为 Non-oxidative pentose phosphate pathway controls regulatory T cell function by integrating metabolism and epigenetics 的研究论文，揭示非氧化磷酸戊糖途径（非氧化PPP）对调节性T（Treg）细胞代谢模式及细胞功能的调控机制。Nature Metabolism同期发表伦敦帝国理工学院Margarita Dominguez-Villar博士为该研究撰写的News & Views特评，认为该文章发现非氧化PPP在Treg细胞活化和功能调控中的中心地位（a central regulator）。表达特征转录因子Foxp3的Treg细胞是一类具有免疫抑制功能的CD4+ T细胞亚群，维持机体免疫系统稳态，防止免疫过激诱发自身免疫病。已知葡萄糖酵解、脂肪酸氧化和氨基酸分解代谢等都参与 Treg 细胞功能调控。PPP是一条不产生ATP的葡萄糖分解代谢途径，由生成NADPH的氧化PPP和产生5-磷酸核糖的非氧化PPP组成。非氧化PPP包括4个代谢酶催化的5步可逆反应，可以通过改变代谢物流向来满足细胞的功能需求。非氧化PPP是否参与免疫细胞如Treg细胞的代谢与功能调控尚不清楚。转酮醇酶TKT是非氧化PPP中催化两步可逆反应的代谢酶。童雪梅团队已发现TKT在肝脏、脂肪和肠道中调控糖脂代谢平衡的重要作用（Li M et al, Cancer Research, 2019 Tian N et al, Diabetes, 2020 Tian N et al, Cell Death & Disease, 2021）。在本研究中，研究人员通过构建Treg细胞特异性敲除TKT的小鼠模型，深入探究非氧化PPP是否和如何调控Treg细胞代谢及功能。他们研究发现，Treg细胞特异性敲除TKT的小鼠出生3周后发生严重自身免疫性疾病，并且在断奶之后相继死亡，其表型与缺失Foxp3基因的小鼠相似。进一步研究发现，敲除TKT在不影响Treg数目和转录因子Foxp3 水平的情况下，阻断Treg细胞的免疫抑制功能。为了排除炎症反应的影响，研究者根据Foxp3基因位于X染色体和雌鼠X染色体选择性失活的特点，构建了在同一只鼠中既有TKT缺失又有TKT正常表达的Treg细胞嵌合小鼠模型。该小鼠Treg细胞的转录组和表观遗传组分析表明，TKT缺失导致Treg细胞中87.9%的差异表达基因被下调，染色质可及性降低。这些被下调的基因几乎全部为效应性Treg特征性基因，表明非氧化PPP对调控Treg细胞免疫抑制功能是必需的。研究者进一步发现，TKT缺失导致Treg 细胞NADPH 减少和氧化应激增加，葡萄糖进入线粒体氧化减少，脂肪酸氧化增加，氨基酸分解代谢显著增强，分解代谢重构使线粒体功能受损。同时，被氧化应激和线粒体损伤诱发的还原性TCA循环使α-酮戊二酸/琥珀酸及α-酮戊二酸/富马酸比率降低，DNA甲基化增加，抑制Treg细胞特征性功能基因表达，导致其免疫抑制性功能丧失。文章也发现非氧化PPP中的另外一个代谢酶——转醛醇酶（TAL），对维持效应性Treg特征性功能基因表达也不可或缺。此外，在自身免疫性病人外周血 Treg细胞中，TKT水平显著降低。综上所述，此研究首次揭示非氧化PPP对于调控Treg细胞中糖、脂和蛋白质分解代谢稳态、维持代谢物依赖的表观遗传修饰和功能基因表达有关键作用，即非氧化PPP可以通过整合三大营养物质代谢和表观遗传修饰控制Treg细胞功能。这项研究将为通过调控Treg功能防治自身免疫性疾病和其它免疫相关疾病提供新策略新手段。非氧化 PPP 通过整合代谢组和表观遗传组调控Treg细胞功能上海交通大学医学院博士生刘琪、阿拉巴马大学伯明翰分校博士生朱方明和上海市免疫学研究所博士生刘鑫男是该研究论文的共同第一作者。此项研究得到复旦大学生物医学研究院叶丹研究员、海军军医大学附属长征医院风湿免疫科徐沪济主任、上海交通大学附属仁济医院沈南主任、上海交通大学基础医学院徐天乐教授、清华大学药学院胡泽平研究员、阿拉巴马大学伯明翰分校胡晖教授等合作实验室的大力协助。通讯作者为童雪梅教授、李斌研究员和杨辉研究员。专家点评朱锦芳Jeff Zhu (Chief, Molecular and Cellular Immunoregulation Section, NIH)调节性T细胞（Tregs）在维持免疫耐受和免疫稳态中发挥关键作用，并且参与调节感染和癌症中的各种免疫反应。一方面，Treg功能的丧失通常与自身免疫和过度炎症有关；另一方面，肿瘤微环境中激活的Treg往往会抑制肿瘤免疫。因此，了解Treg的产生、激活及其获得抑制性功能的机制不仅将拓展基础免疫学认知，而且将为各种免疫相关疾病提供新颖有效的临床疗法。不同的代谢途径在控制Treg和效应性辅助型CD4+ T（Th）细胞的发育和分化中作用不同。经典观点认为，Tregs更倾向于脂肪酸氧化，而效应Th细胞主要利用葡萄糖作为能量来源。在本项工作中，童雪梅团队及其合作实验室共同发现，非氧化磷酸戊糖途径（非氧化PPP）在控制Treg细胞激活和抑制功能中起着关键作用。非氧化PPP是葡萄糖分解代谢的一个分支，它在Treg和效应性Th细胞中的功能尚不清楚。令人惊奇的是，在Treg中敲除非氧化性PPP中的重要酶—转酮醇酶（TKT），小鼠会产生致死性自身免疫病。Treg细胞特异性 TKT 缺失导致其失去免疫抑制功能，却不影响其发育和Foxp3蛋白表达。机制上，童雪梅及其合作团队发现TKT缺失诱导线粒体氧化应激和还原性TCA循环，导致α-酮戊二酸（α-KG）水平降低。α-KG作为重要的表观遗传辅助因子，能调控组蛋白和DNA去甲基化酶的功能。TKT缺失时，Treg中众多基因的DNA甲基化增加，染色质可及性下降。并且，α-KG补充能够改善由Treg特异性TKT 缺失引起的自身免疫反应。此外，在临床自身免疫性疾病患者外周血Treg中，TKT水平被下调。Treg获得抑制功能需要被激活，TKT缺失诱发的自身免疫反应是由活化Treg特征性基因表达减少所导致的。由于Treg细胞群体的异质性，单细胞分析可以为TKT如何调节Treg激活和表观修饰提供一个更清晰的解释。然而，该研究发现在大约1000个激活态Treg特征基因中，只有124个受到TKT缺失的影响，却诱发了显著的小鼠自身免疫病表型，表明这个小的基因群体包含对Treg功能至关重要的效应分子，例如IL-10和TIGIT等。因此，本项研究发现令人印象非常深刻。本项工作不仅促进我们全面认识Treg细胞激活和功能的机理，而且在未来治疗人类疾病方面具有潜在重要转化价值。原文和特评链接：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00575-z，https://www.nature.com/articles/s42255-022-00574-0

p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/82c9aaba-ed82-497a-975e-02a6c6f477b0.jpg" / br/ /span /strong /p p 　　TGF-β超家族信号通路参与了广泛的生物学过程，对调控早期胚胎发育、细胞的生长、干细胞的自我更新、肿瘤的发生发展等具有十分重要的调控作用。作为TGF-β超家族信号通路中抑制性的SMADs(Inhibitory SMADs， I-SMADs)，Smad7过去一直被认为是TGF-β信号通路重要的负反馈调节因子，然而对于Smad7是否有不依赖于TGF-β信号通路的重要功能并不十分清楚。 /p p 　　9月5日，浙江大学生命科学研究员冯新华教授课题组在PNAS杂志在线发表了题为“Smad7 enables STAT3 activation and promotes pluripotency independent of TGF-β signaling”的研究论文，揭示了Smad7能够通过TGF-β非依赖的方式与STAT3信号相互作用来调控干细胞的自我更新与分化，有力的拓展了Smad7全新的功能，并且暗示了这一全新的分子机制极有可能在炎症反应以及肿瘤中有更为广泛的影响。 /p p strong span style=" color: rgb(204, 0, 0) " /span /strong /p p 　　 strong 论文解读： /strong /p p 　　人基因组编码了33个转化生长因子-β(TGF-β)超家族成员，包括TGF-β/Activin/Nodal以及BMP，它们对于维持干细胞的全能性以及在发育过程中决定细胞命运都至关重要【1，2】。TGF-β超家族需要依靠细胞内的R-Smads蛋白传递信号，比如TGF-β/Activin/Nodal能够激活Smad2和Smad3，BMP能够激活Smad1、Smad5和Smad8( SMAD 家族蛋白共有 8 个，细分为三类：受体激活型 SMAD，R-SMADs 通用伴侣型 SMAD，Co-SMAD) 抑制型 SMAD， I-SMADs)。Smad7能够被TGF-β超家族的所有成员诱导表达，并且在多个水平上抑制TGF-β信号通路，所以它被认为是TGF-β信号通路重要的负反馈调节因子【3】(图1)。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img width=" 464" height=" 400" title=" " style=" width: 464px height: 400px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/c753e3d5-d435-40c6-9623-3900456424f0.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " 图1 & nbsp Smad7反馈抑制TGF-β信号通路& nbsp & nbsp /span /p p 　　Smad7最主要的作用机制是通过招募E3连接酶Smurf1/2或者Nedd4-2到 TGF-β受体，导致受体的泛素化降解。另外，Smad7可以被其它细胞因子(如EGF、IFN-γ、IL-1以及TNF-α)诱导表达，从而抑制TGF-β/BMP信号，它也可以调控TNF-α/NF-κB、JNK/p38以及Wnt等其他重要的信号通路【4】。不过Smad7对其他信号通路的调控基本都是通过抑制TGF-β/BMP信号间接实现的。另外，有关Smad7在胚胎干细胞(ESC)中的功能也有报道。比如，Smad7可以控制人ESC向端脑方向分化【5】，促进小鼠造血干细胞的自我更新【6】。但是，Smad7是否能够通过TGF-β非依赖的方式来调控干细胞的自我更新与分化，这个问题目前并不清楚。 /p p 　　早前的研究表明，白血病抑制因子(LIF)对于维持小鼠ESC的全能性至关重要。LIF属于IL-6细胞因子家族，能够通过共同受体gp130以及STAT3传递信号【7】。当LIF与异源二聚受体复合物(gp130和LIFR)结合后，偶联在受体胞内段的酪氨酸激酶JAK被激活，并且磷酸化gp130胞内段的酪氨酸残基，从而为STAT3蛋白的SH2结构域提供了锚定位点。当STAT3结合到受体之后，被JAK磷酸化从而二聚化，进而转运入核，激活靶基因的转录。磷酸酶SHP2可以通过去磷酸化gp130【8】，E3连接酶SOCS3可以通过负反馈机制抑制 STAT3激活【9】，从而终止 STAT3信号通路。LIF激活的STAT3可以和转录因子Oct4、Sox2、Nanog以及Smad1/5/8协同作用，共同维持小鼠ESC的全能性【10】。另外，STAT3可以促进TGF-β1【11】以及Smad7【12】的表达，并且与Smad3相互作用抑制TGF-β信号通路。虽然STAT3和TGF-β都可以诱导Smad7的表达，但是Smad7是否与STAT3信号通路存在直接的crosstalk，从而影响ESC的全能性，还有待阐明。 /p p 　　在冯新华课题组的这项研究中，研究人员首先发现Smad7在未分化的小鼠ESC中高表达，随着细胞的分化，其表达水平逐渐下降。在拟胚体(EB)分化实验中，过表达Smad7能够有效遏制干性基因的下降，从而维持细胞的全能性。而敲减Smad7会显著抑制小鼠ESC的自我更新，并且促进ESC向外胚层和中胚层分化。更重要的是，Smad7还会影响小鼠体细胞向iPSC重编程的过程。研究人员发现，在重编程的过程中，伴随着全能性基因的表达，Smad7的表达水平也会上升。如果敲减掉Smad7会明显减少iPSC克隆的形成。所以，不管是维持小鼠ESC的自我更新，还是提高体细胞的重编程效率，Smad7都起到了关键的调控作用。 /p p 　　考虑到Smad7最经典的功能就是TGF-β/BMP信号的抑制因子，所以一开始研究人员很自然地想到，Smad7很有可能是通过抑制TGF-β信号从而促进ESC的自我更新的。然而实验结果却很意外。通过使用TGF-β/BMP特异性的抑制剂，以及Smad7丧失其抑制TGF-β/BMP能力的点突变，都证明Smad7对ESC全能性的调控是不依赖于TGF-β/BMP信号通路的，这表明很有可能存在着一种全新的分子机制。 /p p 　　研究人员通过质谱方法分析了Smad7在小鼠ESC中潜在的相互作用蛋白，发现Smad7可能和gp130-STAT3信号通路存在直接的crosstalk。实验发现，Smad7果然能够在ESC中增强LIF激活的STAT3信号，并且同样也不依赖于TGF-β/BMP。那么，Smad7究竟是通过什么机制促进LIF-STAT3的呢?研究人员接下来又利用免疫共沉淀(Co-IP)的方法对gp130-STAT3信号通路中重要的蛋白进行了筛选，确认Smad7与共受体gp130存在直接相互作用。并且，Smad7在gp130上的结合区域恰好与gp130-STAT3的负调控因子SHP2/SOCS3的结合位点(Y759)重合。进一步的体外体内实验也都表明Smad7确实能够抑制SHP2/SOCS3与gp130的结合。最后还通过一系列实验证明了Smad7通过拮抗SHP2/SOCS3对LIF-STAT3信号通路的抑制作用，从而增强STAT3信号，维持ESC的自我更新(图2)。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/788a24ab-41dd-434d-a720-fd0f26c21ef1.jpg" / br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " 图2 & nbsp Smad7增强gp130-STAT3信号的分子机制 /span /p p 　　综上所述，该研究揭示了Smad7与STAT3信号的相互作用对于维持小鼠胚胎干细胞全能性的关键作用。我们知道，除了影响干细胞的全能性，TGF-β-Smad与gp130-STAT3信号通路的相互作用还存在于许多重要的生理病理过程。所以我们相信，这一全新的分子机制极有可能在炎症反应以及肿瘤中有更为广泛的影响。 /p p strong 冯新华教授简介 /strong /p p style=" text-align: center " strong img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/554e2711-ac5f-4eae-b779-3648256593f2.jpg" / br/ /strong /p p 　　冯新华，博士，国家特聘专家，现任浙江大学生命科学研究院教授 、首席研究员、院长 。1983年毕业于武汉大学生物系，1986年在中国科学院遗传研究所获得遗传学硕士学位，1992年在美国马里兰大学(University of Maryland-College Park)获得植物学博士学位。1993至1999年在美国加州大学旧金山分校(UCSF)先后从事博士后训练和担任研究助理教授，1999年底起在美国贝勒医学院(BCM)外科学系、分子与细胞生物学系担任助理教授 ，2003年获任为副教授(tenured)，2007年升为教授(tenured)，并兼任Duncan 癌症中心、STaR干细胞与再生医学中心、炎症生物学中心研究员。2009年底起回到浙江大学组建生命科学研究院，同年入选中组部“千人计划”。冯新华长期从事信号转导网络和蛋白质翻译后修饰在正常组织器官发育、干细胞维持和分化以及癌症发生和转移中的功能与机制研究，在国际上享有极高的学术声誉，尤其在TGF-β信号领域的研究处于国际领先地位。先后获得过Keck Distinguished Young Scholar、American Cancer Society Research Scholar、Leukemia & amp Lymphoma Society Scholar、Michael E. DeBakey Excellence in Research、AAAS Fellow、长江学者讲座教授以及浙江省有突出贡献中青年专家等重要学术奖项。先后担任国际主流学术杂志JBC 等6个学术杂志编委或副主编。回国后受到国家自然科学基金重大项目和科技部重大研究计划等资助。 /p

由条锈菌 (Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst) 引起的小麦条锈病是严重影响小麦生产的真菌病害之一，长期威胁着我国的粮食安全。选育并合理布局抗病品种是生产上防治条锈病最为有效、经济的措施。然而，抗病性利用中面临的主要问题是小麦品种常因条锈菌的毒性频繁变异而“丧失”抗性。因而，深入开展小麦免疫调控机制的研究可为创制新型的抗病小麦品种提供重要的理论依据。近年来，感病基因失活被认为是获得持久和广谱抗性作物的有效途径。近日，西北农林科技大学康振生/张新梅团队在《Plant Physiology》发表了题为《TaBln1, a member of Blufensin family, negatively regulates wheat resistance to stripe rust by reducing Ca2+ influx》的研究论文，揭示了小麦感病基因负调控小麦抗条锈病新机制。该研究为揭示小麦感病基因在植物与病原菌互作过程中的分子机制提供了新线索，为小麦分子设计育种提供了具有重要应用价值的基因资源。在本研究中，作者发现小麦条锈菌强毒株CYR31能够显著诱导TaBln1基因的表达。通过病毒诱导的基因沉默技术沉默TaBln1的表达发现，Pst的生长发育减缓，而宿主的防御反应则明显增强。此外，作者还发现TaBln1与细胞膜上的钙调蛋白TaCaM3发生相互作用。钙调蛋白是钙信号通路的关键成分，在植物感知外界胁迫过程中发挥重要作用。通过沉默TaCaM3基因，Pst的感染面积和产孢量均有所增加，小麦对Pst抗性下降。同时，非损伤技术和几丁质处理实验表明，短暂沉默TaCaM3可导致小麦叶肉细胞中Ca2+内流的减少，而TaBln1的沉默则导致Ca2+内流显著增加。以上研究结果表明，TaBln1通过影响TaCam3和Ca2+之间的平衡来负调节小麦对Pst的抗性，并且TaCam3可能是TaBln1在小麦对Pst感染的反应中的靶点。该研究扩展了我们对小麦感病基因作用机制及钙调蛋白的认识，并为未来利用CRISPR编辑TaBln1基因实现持久抗病提供一个新的靶点。论文链接https://doi.org/10.1093/plphys/kiac112广州博鹭腾博鹭腾作为一家集生命科学仪器设备的研发、生产、服务于一体的国家高新技术企业，目前已开发并上市了多款具有自主知识产权的产品，形成了分子影像、蛋白凝胶预制及印迹处理系统、发光检测、活体成像四个系列，用户包括清华大学、中山大学、西北农林科技大学等上百家高校及科研单位。

新研究进展今年8月，美国加州大学圣迭戈分校（UC San Diego）R. D. Averitt课题组在量子材料调控方面取得了重要进展。该研究工作利用超全开放强磁场低温光学研究平台所搭建的测量系统，通过低温磁场环境下的超快泵浦测量详细研究了GdTiO3钙钛矿材料在光激发下自旋与晶格相互作用以及磁性变化在不同时间尺度上的各种演化机制。这对于可应用于量子信息领域的钙钛矿类量子材料实现超快的量子调控十分重要。相关研究成果以“铁磁缘体GdTiO3中相干声子模的磁弹性耦合（Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3）”为题，刊登在PHYSICAL REVIEW B上。测量设备与光路示意图（图片来源于R. D. Averitt教授关于本工作的公开报告）GdTiO3材料不同温度下的反射率泵浦测量，(a)反射率随时间的变化；(b)峰值反射率随温度变化；(c) 反射率在不同时间段的演变机制GdTiO3在钙钛矿材料相图中处于铁磁-反铁磁的边缘区域，在基态时Gd磁晶格与Ti磁晶格成反铁磁耦合排列，材料表现出亚铁磁性，同时材料还是莫特-哈伯德缘体和轨道有序态。该研究工作在不同温度和不同磁场环境下对GdTiO3材料进行了时间分辨的反射率和磁光克尔测量。材料的反射率和克尔转角在飞秒、皮秒时间尺度上表现出了多种演化机制。针对在皮秒量上的自旋-晶格相互作用机制，通过采用660 nm对应于Ti 3d-3d 轨道Mott-Hubbard带隙的光激发，对所得MOKE信号的分析可以得出，光激发先扰乱了Ti离子磁晶格的排布，减弱了与Gd磁晶格的反铁磁耦合，使得材料的净磁矩增加。进而光激发所产生的热效应逐渐影响Gd磁晶格的稳定性使得材料的净磁矩减少。另外，实验观察到MOKE和反射率测量在皮秒尺度上都有相干振荡，且随着时间发生明显的红移。该振荡对应于光激发在材料中产生的应力波（相干声子）。通过分析得出，该应力波与材料的磁性也有密切的对应关系，表明通过声子与磁性的耦合来直接调控磁性也具有很大的可行性。不同温度、不同磁场下时间分辨MOKE测量观察到的GdTiO3材料磁性的演变(a)光激发后磁矩演化的原理示意图；(b) 时间分辨MOKE测量观察到的相干振荡该研究通过在变温变磁场条件下的时间分辨测量，清楚的观测到了GdTiO3在微观时间尺度上的磁性变化，通过分析详细解释了磁性演化的内在机制。这对于钙钛矿类量子材料的应用具有十分重大的意义。作为上早期就使用超强磁场低温光学研究平台--OptiCool的用户，R. D. Averitt教授利用OptiCool超高的温度稳定性、超低震动、强磁场、多窗口等特点设计了功能强大的光学测量系统，这对于该研究工作起到了决定性作用。我们期待超强磁场低温光学研究平台的用户能够取得更多科研成果。 设备信息OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，2019年正式向美国以外市场销售，目前中国已经销售5套。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制可实现一键变温、一键变场；避震、控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool可以满足低温、磁场、电学、光学对材料的多维调控，这将是量子材料研究的优选方案。 参考文献：[1].D.J.Lovinger, E.Zoghlin, P.Kissin, G.Ahn, K.Ahadi, P.Kim, M.Poore, S.Stemmer, S.J.Moon, S.D.Wilson, R.D.Averitt, Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3, PHYSICAL REVIEW B 102,085138(2020).

近日，大连化物所固体核磁共振及催化化学创新特区研究组（05T5组）侯广进研究员、赵侦超副研究员团队与低碳烃综合利用及沸石催化材料研究组（DNL0804）李秀杰研究员合作，利用固体核磁共振技术揭示了有机/无机模板剂在分子筛选择性铝取代中作用的本质。　　硅铝分子筛作为一类重要固体酸催化材料，其催化性能与酸中心分布即铝落位密切相关，因此铝位点的精确调控对其催化反应性能有至关重要影响。此外，尽管人们认为分子筛中的铝位点不是随机分布的，且通过调节有机和无机模板剂可以实现不同的铝分布的调控，但关于模板剂对铝落位调控的微观作用机制大多基于理论计算、或者Co2+离子交换的UV-Vis等，缺少直接的实验证据。　　MCM-49超笼孔口处的B酸被认为是苯-乙烯液相烷基化的活性中心。对比传统环己亚胺（HMI）为模板剂，利用环己胺（CHA）合成的MCM-49分子筛超笼孔口处的T2铝含量明显较多。1H-13C二维相关谱等核磁共振结果表明，HMI在分子筛合成中主要以质子化形式存在，而CHA则存在质子化和非质子化两种状态。2D 1H-27Al相关谱发现，两种合成体系中T2铝位点与有机模板剂的1H并无相关信号，这表明T2铝位点是由Na+导向生成的，27Al MQ进一步验证了该机制。该团队还利用1H{23Na}双共振实验研究发现，只有非质子化的CHA与Na+有相关作用，这表明非质子化CHA在Na+附近形成配位，两者协同促进了分子筛孔道的形成，这同时有利于体系中容纳更多的Na+，进而实现了CHA合成体系中T2铝位点的优势落位。　　相关研究成果以“The Role of Organic and Inorganic Structure-Directing Agents in Selective Al Substitution of Zeolite”为题，发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上，并被选为Supplementary Cover。该工作的第一作者是大连化物所05T5组博士研究生王志利。上述工作得到国家自然科学基金、国家高层次人才计划、辽宁省“兴辽英才计划”、大连化物所创新基金等项目的资助。

2019年9月24日，清华大学李蓬课题组在Cell Reports上发表了题为“The protein phosphatase 1 complex is a direct target of AKT linking insulin signaling to hepatic glycogen deposition”的研究论文，报道了PP1复合物作为营养感知器，独立于GSK3介导胰岛素刺激下肝脏糖原合成的调节机制。胰岛素是机体调节血糖吸收、促进合成代谢(anabolic metabolism)最关键的激素，可以促进糖原、脂肪、蛋白质合成。糖原和脂肪可被用于能量贮存；糖原是最先被机体利用的能量储备：比如在运动时，肌肉糖原可以作为快速的能量来源，供肌肉细胞产生ATP；而肝脏中糖原负责在饥饿或能量缺乏时补充血糖，使之维持稳定浓度。但是糖原代谢里一个长期悬而未决的问题，胰岛素是如何激活糖原合成的？甚至在最新版（第七版）的Lehninger生化教科书中，也只是指出需要一个“insulin-sensitive protein kinase”，但不知其身份。虽然胰岛素-AKT可以通过抑制激酶GSK3、降低糖原合成酶GS磷酸化来促进糖原合成，但是这条调节通路的作用非常有限，因为GSK3的磷酸化位点突变后不影响糖原合成。并且，GSK3调控糖原合成是通过双抑制作用而起作用，目前我们的认识里还缺乏一种主动糖原合成调控的机制。虽然已知胰岛素还通过激活磷酸酶PP1，进而调节多个关键糖原代谢酶，然而由于对phosphatase调节研究的困难，领域内只能猜测却难以发现这个调节PP1磷酸酶的“insulin-sensitive protein kinase”。PP1(protein phosphatase1)对糖代谢具有重要作用，参与调节多个糖原代谢酶活性，包括GS、GP和GPK。PP1全酶由一个催化亚基(PP1c)和一个调节亚基(PPP1R)组成。已知PPP1R3家族作为特殊的一类调节亚基可以把PP1靶向到糖原代谢过程，该家族包括7个成员，PPP1R3a-g。尽管一些研究表明PPP1R3成员参与调节肝脏糖原合成和积累，但是具体的机制究竟是如何呢?针对这个问题，李蓬团队首先通过生物信息学分析磷酸化蛋白组数据库数据，找到了10个候选蛋白，可能是AKT新的磷酸化底物，同时也参与调节糖脂代谢。随后通过生化实验鉴定出PPP1R3g是AKT一个新的直接底物，同时结合质谱分析发现S79是PPP1R3g的AKT磷酸化位点。其后，课题组发现在胰岛素刺激下PPP1R3g可以直接被AKT磷酸化，更重要的是发现生理和病理条件下的胰岛素信号与PPP1R3g磷酸化水平密切相关。更进一步地，课题组发现在胰岛素刺激下，PPP1R3g介导糖原合成是不依赖于经典的GSK3途径的。接下来，课题组通过敲除和过表达系统在体研究了PPP1R3g磷酸化的生理功能，发现PPP1R3g磷酸化可以加快葡萄糖清除和提高胰岛素敏感性。在机制上，课题组发现PPP1R3g磷酸化可以提升与p-GS的结合，进而加快PP1c对GS的去磷酸化。同时发现了PPP1R3b可作为PPP1R3g的下游，通过结合从PPP1R3g上解离下来的去磷酸化GS，刺激糖原的合成，从而实现对胰岛素信号的传递。图1. 胰岛素-AKT调控PPP1R3G磷酸化促进糖原合成的新机制本研究回答了本领域近30年一直未回答的问题，为新版的生物化学书籍完善提供重要的一笔（图2）。图2. 经典生化教科书中可修改的一笔。左图为Lehninger Principles of Biochemistry(7th Edition)中提出的位置激酶，右图则是该研究提供的改写该论文中，糖原合成酶和糖原磷酸化酶活性的研究均采用放射性方法，利用放射性标记的葡萄糖作为底物，通过检测放射性活度来计算酶的活性。珀金埃尔默提供了从试剂、耗材到检测仪器的完整解决方案，助力中国科学家取得更大成就。

1898年，国外科研人员在用显微镜观察软体动物生发泡的时候，在核仁里发现了一个新的结构，他们将其命名为核仁腔。随后100多年里，研究者对它的认识仍十分有限。近日，中国科大光寿红/冯雪竹团队在《细胞报导 Cell Reports》杂志上发表文章，该研究以模式生物秀丽隐杆线虫为模型，首次揭示了核仁腔中含有大量的核质蛋白以及核糖体RNA中间体参与核仁腔的调控。  核仁是由rDNA、RNA和蛋白质交织在一起的复杂多层凝聚体，从内到外依次分布着纤维中心（FC）、致密纤维成分（DFC）、致密纤维成分外围（PDFC）和颗粒成分（GC）四个亚区室。除此之外，各种动植物细胞的核仁中还广泛存在一个与上述四个区室迥然不同的保守亚区室——核仁腔。  通过微分干涉相差显微镜和荧光显微镜，课题组在野生型秀丽隐杆线虫的细胞核仁中观察到核仁腔的存在，并发现核仁腔具有组织特异性和发育时期特异性的特点。随后，通过对一系列荧光蛋白标记的细胞核和核仁定位蛋白质的观察，发现核仁腔的组分有别于已知的核仁亚区，其并不包含定位于核仁的核糖体RNA转录和加工因子，而是储存了大量的核质定位蛋白。  最后，通过大规模的反向遗传学筛选，发现了第一类，而非第二类，核糖体大亚基加工和组装蛋白的异常会诱导核仁腔的形成，而核糖体小亚基加工和组装的异常则不会导致核仁腔的生成。进一步的实验证明，核仁腔的形成伴随着27SA2rRNA的显著富集。而喂食线虫RNA转录抑制剂放线菌素D可以有效地抑制27SA2rRNA的富集，同时抑制核仁腔的形成。该研究还解析了27SA2rRNA调控核仁腔形成的遗传学通路，发现两个保守的RNA结合蛋白FIB-1和NUCL-1在27SA2rRNA的下游，参与核仁腔的形成。

中枢神经系统的自身免疫性疾病，如多发性硬化、视神经脊髓炎谱系障碍，以慢性、进行性神经炎症、脱髓鞘和神经变性为特征。这些疾病在发病率和临床特征上都表现出强烈的女性倾向，其患者多为中青年女性。随着疾病的进展逐渐失去自主活动能力。已有的治疗药物多为对症治疗，选择品种有限且价格昂贵，无法得到根治，给家庭和社会带来巨大的负担。因此，迫切需要开发能够有效延缓这类疾病进展的药物，而目前对这类疾病认识有待更新，拓展研究思路是建立新的治疗方法的重要基础。　　2023年11月21日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、神经科学国家重点实验室周嘉伟研究组、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心宋昕阳研究组、中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心朱正江研究组与上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科陈晟团队合作在Immunity上发表了文章Intestinal epithelial dopamine receptor signaling drives sex-specific disease exacerbation in a mouse model of multiple sclerosis(肠道上皮细胞多巴胺受体信号驱动雌性多发性硬化小鼠疾病进展)，利用基因修饰小鼠和药理学实验方法以及多组学联合分析，他们发现，肠道上皮细胞多巴胺D2受体(IEC DRD2)过度激活可以选择性地在雌性小鼠中改变肠道菌群的组成及其代谢物水平，从而促进多发性硬化的发病。此研究聚焦中枢神经系统自身免疫性疾病研究前沿，独辟蹊径，通过跨系统研究，揭示了肠道远程调控中枢神经系统自身免疫性疾病易感性的新机制，为建立具有性别选择性的中枢神经系统自身免疫性疾病干预手段开辟了一条新途径。　　　　已知，肠道微生物群失调促进多发性硬化的发展。在多发性硬化动物模型中，肠道微生物群在疾病的起始阶段、效应阶段和调节阶段以及个体对药物治疗的反应中都起着关键作用。然而，由于个体之间，肠道微生物群组成的差异很大，迄今，国内外医学界未能建立起具有广泛代表性的“核心微生物群表型”。肠道上皮细胞为胃肠道构筑了一条防线，不仅可以隔绝肠腔及其内容物，还可以整合肠腔内的多种菌群信号，以维持胃肠道正常生理功能。据报道，有多种与多发性硬化相关的肠道细菌可以产生多巴胺受体激动剂，因此，作者设想，肠道上皮细胞多巴胺受体介导了菌群和宿主相互联系，并且这种联系在多发性硬化发病过程中发挥重要作用。　　为对上述设想予以验证，作者分别构建了在肠道上皮细胞分别特异性敲除多巴胺D2、D3、D4受体的小鼠，同时根据文献提供的肠道细菌产生大量的多巴胺受体激动剂苯乙胺这一线索，利用实验性自身免疫性脑脊髓炎作为多发性硬化动物模型，观察在上述基因缺失的情况下，小鼠行为学、病理学的变化，并作多组学分析，之后，使用小胶质细胞系和野生型小鼠对所发现的差异代谢物进行筛选，寻找和鉴定可以减轻动物模型发病严重程度的代谢物。同时收集多发性硬化患者和健康对照的粪便样品用于靶向代谢物检测，验证苯乙胺含量与多发性硬化发病之间的相关性及性别差异。　　首先，通过代谢组学检测，作者发现，多发性硬化患者粪便中苯乙胺含量显著高于健康对照，且存在性别差异。通过条件性基因敲除等实验方法，观察到只有肠道上皮细胞多巴胺受体D2，而不是D3和D4基因缺失，可显著缓解多发性硬化小鼠模型发病的严重程度。通过与野生型对照组转录组的对比，发现DRD2敲除的多发性硬化小鼠模型中，肠道溶菌酶等抗菌肽表达量显著减少 同时通过16s rRNA测序，发现在造模前和发病高峰期肠道菌群组成出现显著差异 通过同笼饲养和抗生素处理，发现DRD2在多发性硬化小鼠模型的作用是肠道菌群依赖的 通过非靶向代谢学检测和代谢精准分析术 MetDNA，鉴定了47种只在雌性小鼠脊髓中存在差异的代谢物。之后，利用小胶质细胞细胞系BV2细胞和野生型小鼠对这些差异代谢物进行筛选，确定了N-乙酰赖氨酸可以在整体动物和体外培养细胞水平显著抑制炎症反应，从而缓解自身免疫性脑脊髓炎的发病。　　为了进一步探究N-乙酰赖氨酸抑制炎症的分子机制，利用磁珠分选、流式细胞分选等方法，将脊髓中的小胶质细胞分离并进行转录组测序及单细胞测序。发现N-乙酰赖氨酸显著降低了多发性硬化相关小胶质细胞的比例，提高了增殖性小胶质细胞和稳态小胶质细胞的比例。表明N-乙酰赖氨酸有利于恢复多发性硬化小鼠模型失衡的中枢神经系统免疫稳态。　　传统观点认为，性激素等在中枢神经系统自身免疫性疾病发病过程中发挥重要作用。本研究显示，肠道的苯乙胺-多巴胺D2受体-溶菌酶信号轴是决定雌性动物或中青年女性群体对多发性硬化发病易感性的重要因素，这是对传统观点的新的延伸和拓展。作者还揭示了肠道—微生物群——脑的相互作用是如何调控中枢神经系统免疫稳态，这一调控方式突出了宿主肠道细胞本身对肠道菌群的核心作用，为发展基于肠道上皮细胞活动调控的脑疾病干预方法提供了新的分子和细胞基础。N-乙酰赖氨酸的抑炎作用的发现为研发适用于女性多发性硬化患者的神经炎症治疗方法提供了新的机会。　　该项工作由彭海蓉博士、邱佳倩、周勤明博士和博士研究生张彧锴在周嘉伟研究员、宋昕阳研究员、朱正江研究员和陈晟教授的指导下完成，课题组的其他成员积极参与，并得到了中国科学院上海营养与健康研究所肖意传、邱菊研究员的大力协助，因此，是众多课题组通力合作的结果。　　在雌性小鼠中，粪便中较高的苯乙胺浓度会引起肠道上皮细胞中的DRD2过度激活，促进溶菌酶和防御素表达量增加。这些过量的抗菌肽，对细菌的杀伤力增强，因此，乳酸杆菌等对溶菌酶敏感的菌种在雌性小鼠体内减少。而乳酸杆菌产生的N-乙酰赖氨酸对小胶质细胞介导的炎症具有很强的抑制作用，是缓解中枢神经系统自身免疫性疾病，如多发性硬化的物质基础之一。　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.10.016

近日，西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室单卫星教授团队在国际权威学术期刊《Molecular Plant Pathology》（Q1，IF=5.663）在线发表了题为《The Raf-like kinase Raf36 negatively regulates plant resistance against the oomycete pathogen Phytophthora parasitica by targeting MKK2》的研究论文，该研究发现了一种新的负调控植物对寄生疫霉菌抗性的类Raf激酶基因，为植物病虫害防控提供新的策略。卵菌是一类独特的植物病原菌，虽然其在系统发育上与真正的真菌相距甚远，但仍然会造成严重的作物减产和环境破坏。为了获得抗病性，植物已经形成了两种方法：动员抗病蛋白和抑制易感因子。研究植物对卵菌病原体易感性的遗传基础是开发新的抗病策略的有效途径之一。寄生疫霉菌（Phytophthora parasitica）在植物中引起破坏性疾病，从作物到树木都有广泛的宿主，已成为卵菌研究的模式病原体。通过使用拟南芥–寄生疫霉菌致病系统（已被证明涉及水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯（ET）信号通路），科学家们最近又发现了几种植物对寄生疫霉菌的易感因子。例如，与结瘤蛋白相关的MtN21家族基因AtRTP1（拟南芥对寄生疫霉菌1的抗性）通过调节活性氧（ROS）产生、细胞死亡进程和PR1表达来介导植物对寄生疫霉菌的敏感性。然而含有拟南芥VQ基序的蛋白VQ29已经被证明介导植物对寄生疫霉菌的抗性，而不依赖于已知的SA、JA和ET信号通路、亚麻荠素（Camalexin）生物合成和PTI信号。这种差别可以用拟南芥和寄生疫霉菌之间复杂的相互作用来解释。因此，有必要进一步研究植物对该病原菌的防御机制和敏感性。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应通常由MAPK激酶激酶（MAPKKK）、MAPK激酶（MAPKK）和MAPK组成，是植物免疫信号网络中的重要节点，传递来自不同刺激物的信号以调节下游防御反应。植物MAPKKKs由三个家族组成：MEKK家族、类Raf家族和ZIK家族。MEKK激酶通常在上游发挥作用，激活MAPKK-MAPK级联，但类Raf激酶与不同的底物相互作用，参与多种生命活动。与此同时，类Raf激酶也在植物与多种病原体的相互作用中发挥作用。然而，类Raf激酶是否参与植物与疫霉菌的相互作用及其机制仍基本未知。在这项研究中，作者鉴定了一个拟南芥T-DNA突变体，该突变体通过在MAPKKK中插入类Raf基因Raf36而增强了对寄生疫霉菌的抗性。随后作者通过CRISPR/Cas9技术构建raf36突变体，并同时构建了Raf36互补株和过表达转化株，感染实验结果一致表明，Raf36介导了拟南芥对寄生疫霉菌的敏感性。利用病毒诱导的基因沉默实验，作者沉默了烟草中的Raf36同源基因，并通过感染实验证明了Raf36的保守免疫功能。突变分析表明，Raf36的激酶活性对其免疫功能以及与MKK2的相互作用非常重要。作者接着通过构建和分析mkk2突变体、MKK2互补株和过表达转化株，发现MKK2是对寄生疫霉菌感染的反应中的一种阳性免疫调节因子。此外，对mkk2-raf36双突变株的感染实验表明，MKK2是raf36对寄生疫霉菌产生抗性所必需的。综上所述，作者发现一种类Raf激酶Raf36是一种新的植物敏感因子，在MKK2上游发挥作用，并直接以其为靶点，对植物对寄生疫霉菌的抗性进行负性调节。在使用萤火虫荧光素酶互补测定AtRaf36与AtMKK2的相互作用实验中，使用PlantView100植物活体成像系统进行拍摄。论文链接 https://doi.org/10.1111/mpp.13176广州博鹭腾博鹭腾作为一家集生命科学仪器设备的研发、生产、服务于一体的国家高新技术企业，目前已开发并上市了多款具有自主知识产权的产品，形成了分子影像、蛋白凝胶预制及印迹处理系统、发光检测、活体成像四个系列，用户包括清华大学、中山大学、西北农林科技大学等上百家高校及科研单位。

近年来，肿瘤免疫疗法已广泛应用于癌症的临床治疗中，各种类型的免疫细胞特别是那些可以通过细胞间接触溶解靶细胞的免疫细胞受到了研究人员的重点关注。其中，由于自然杀伤细胞（NK）具有非特异性直接杀伤肿瘤细胞的特性，被认为是人体抵抗癌细胞和病毒感染的第一道防线。许多研究表明，免疫突触（IS）的形成是NK细胞清除靶细胞的关键，它们可以识别和消除病毒感染和转化的癌细胞。尽管对IS的特征及其形成过程有了深入了解，但通过细胞骨架调节其稳定性的机制尚不清楚。近期，韩国生物科学与生物技术研究院免疫治疗研究中心的研究团队在著名期刊《Nature immunology》发表了题为“NgR1 is an NK cell inhibitory receptor that destabilizes the immunological synapse”的文章，他们报道了一种新型的NK细胞抑制性受体Nogo受体1（NgR1），它通过干扰接触稳定性和调节IS形成来影响NK细胞对表达NogoA靶细胞的杀伤能力，并确定NgR1为IS形成过程中的免疫检查点，提出了一个可用于改善肿瘤免疫治疗的潜在靶点。为了验证NgR1干扰NK细胞的抗肿瘤功能，该团队首先研究了NgR1在细胞表面的表达，结果显示NgR1在多种免疫细胞中均有表达，如小鼠原代NK细胞、CD8 T细胞和EL4细胞系（图1a），而NgR1的配体NogoA在各种癌细胞系中表达。随后，对NgR1是否参与免疫细胞的细胞溶解过程进行了研究，发现在NEP1-40（NgR1的拮抗肽）处理后，NgR1敲除小鼠（KO）的脾细胞比WT小鼠的脾细胞具有更高的细胞溶解能力（图2c），并验证了NEP1-40的特异性（图1d）。接下来，通过建立WT和KO小鼠肺转移小鼠同基因模型（图1e），进一步证明了NK细胞中的NgR1对肿瘤生长具有负调控作用。此外，为了研究NgR1缺陷导致的抗肿瘤效果的改善是否源于免疫成分的内在变化，对WT和KO小鼠的免疫细胞群进行了分析（图1h）。结果表明，NgR1缺陷并不影响免疫细胞的组成，提示NgR1主要参与NK细胞的效应功能。图1 NgR1缺陷增强了NK细胞杀伤能力在小鼠中，NgR1参与了NK细胞的肿瘤控制，因而在人类NK细胞中也可能具有重要的作用。作者发现，NgR1及其辅助受体在人体UCB-NK、PB-NK、MNK、NK92和Jurkat细胞系中都有表达（图2a）。为研究NgR1的信号转导机制，使用Nogo-P4（NgR1激动肽）在NK细胞中激活了NgR1，发现在NK92细胞和UCB-NK细胞中，RhoA和LIMK都被激活，而Cofilin失活（图2b）。RhoA的激活通过肌动球蛋白的收缩和粘连蛋白的失活来促进应力纤维的形成，导致肌动蛋白细胞骨架重组。且F-肌动蛋白的积聚会引起细胞膜突起的形成，从而影响细胞的迁移和黏附。通过在表达Lifeact-GFP的NK92细胞中直接显示F-肌动蛋白，并使用视频显微镜观察Nogo-P4处理对F-肌动蛋白动态变化的影响。结果表明，经过Nogo-p4处理的NK92细胞中F-肌动蛋白强度和膜突出频率都显著增强（图2c、d、e）。这些数据表明，NK细胞中的NgR1通过RhoA信号调节肌动蛋白细胞骨架。图2 NgR1促进NK细胞F-肌动蛋白聚合随后，为了评估NgR1在NK细胞杀伤中的特异性，作者通过调节NK细胞或靶细胞中NgR1的表达来探究NK细胞介导的细胞杀伤作用。在几乎不表达NogoA的肿瘤细胞中，使用或不使用NEP1-40阻断NgR1对NK的杀伤效果没有差异（图3a）。而在过表达NogoA的K562肿瘤细胞中，NK介导的杀伤效果显著降低，并可以被NEP1-40所挽救（图3b、c）。在用NEP1-40处理后，NK细胞对U87MG细胞的细胞毒性增强（U87MG细胞是一种已知高表达NogoA35的脑瘤细胞系）（图3d）。并且当抑制U87MG细胞中NogoA的表达或NK92细胞中NgR1的表达时，同样会增强NK细胞毒性（图3e、f）。因此，上述结果表明，在NogoA存在的情况下，NgR1对NK细胞的细胞溶解功能具有抑制作用。值得一提的是，为了在K562细胞中过表达NogoA和在NK92细胞中抑制NgR1的表达，研究人员使用了NEPA GENE公司的NEPA21高效基因转染系统分别对上述细胞进行电穿孔，并成功将pCMV-NogoA质粒和NgR1 siRNA导入至相应细胞中，实现基因过表达和敲降的目的。图3 NK细胞介导的杀伤作用以NogoA-NgR1依赖性方式被抑制接下来，作者通过活细胞成像系统观察了NK细胞与靶细胞之间的相互作用，以探究NgR1如何抑制NK细胞介导的细胞杀伤。结果表明，大多数对照NK92细胞与U87MG细胞只有瞬时相互作用，而NEP1-40处理的NK92细胞与U87MG细胞稳定接触，且部分NK92细胞最终杀死U87MG细胞（图4a）。通常情况下，NK细胞与靶细胞先产生瞬时相互作用，然后形成稳定突触，再引导裂解细胞颗粒的极化分泌进行靶细胞裂解（图4b）。研究发现，NEP1-40处理显著减少了瞬时相互作用，增加了接触时间，从而增强了细胞毒性（图4c-e）。这表明，NgR1信号通过干扰稳定的突触形成来降低NK细胞的杀伤作用。在后续实验中，该团队还通过一系列实验深入探究了NgR1信号调节NK细胞与靶细胞接触的分子机制，证明了NK细胞与靶细胞的接触是由NgR1信号通路介导的F-肌动蛋白动态变化实现的，NgR1能促进F-肌动蛋白从细胞间接触向外聚合，导致NK92细胞在细胞颗粒向IS极化之前脱离。最后，他们使用异种移植小鼠模型对NgR1阻断剂的治疗效果进行了初步研究，证明了NgR1在免疫细胞中的表达可以作为免疫检查点抑制IS的形成，并认为NgR1可能是肿瘤控制中一个新的治疗靶点。总之，作者通过严谨的实验设计和巨大的工作量证明了NgR1是一种新型的NK细胞抑制性受体，它通过LIMK-cofilin介导的肌动蛋白动态变化来抑制稳定IS的形成，进而调控NK细胞对肿瘤细胞的杀伤力，揭示了NgR1改善NK细胞功能的一种潜在机制。在本研究的转染实验中，该团队多次借助NEPA21电转染仪将质粒和siRNA成功导入至肿瘤细胞或NK细胞中，这显现出NEPA21在难转染细胞中具有良好的转染效果，可以为科研人员在NK细胞的研究中提供强大助力。NEPA21高效基因转染系统采用全新设计的电转程序，配合专利的电压衰减设计，在获得高转染效率的同时，提高细胞存活率。操作简单，电转参数可见可调，适用性强。特别适用于难转染的原代免疫细胞、干细胞、神经细胞、活体动物、受精卵及宫内胚胎等的转染，已应用于众多著名期刊文献中，是进行悬浮/贴壁细胞、活体和离体组织转染的电转系统主流品牌之一。 文献信息（1）论文链接：https://www.nature.com/articles/s41590-022-01394-w（2）参考文献：Oh, SC., Kim, SE., Jang, IH. et al. NgR1 is an NK cell inhibitory receptor that destabilizes the immunological synapse. Nat Immunol 24, 463–473 (2023).https://doi.org/10.1038/s41590-022-01394-w