功能机制

p 　　华中科技大学科研团队揭示了肿瘤微环境中肿瘤细胞与免疫细胞相互调节机制。《临床研究杂志》近日在线发表了该成果。 /p p 　　近年来，随着肿瘤免疫治疗，特别是Car-T细胞免疫治疗技术和免疫节点治疗在临床上的成功，深入研究肿瘤微环境对免疫细胞功能的调节机制具有重要的基础研究意义。 /p p 　　华中科技大学基础医学院免疫学系杨想平团队的研究发现，在小鼠模型中，皮下移植的肿瘤细胞在小鼠中生长更快，尾静脉注射的肺腺癌肿瘤细胞向肺转移结节在小鼠中明显增多，血管增多，巨噬细胞向促肿瘤表型极化增强。 /p p 　　杨想平团队和病理系王国平团队合作发现，在人的临床肺腺癌患者组织中，肿瘤细胞能通过其代谢产物调控巨噬细胞囊泡水解酶表达，从而使肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤微环境中编程重组为促进肿瘤生长的免疫细胞。 /p p 　　该研究还发现囊泡水解酶表达高低可作为肺腺癌重要的预后标志，因此具有重要的临床意义。 /p p /p

肿瘤的耐药性是国际上抗肿瘤药物研究的难题。根据美国国家癌症协会发布的研究数据：90%以上肿瘤患者治疗失败都与耐药相关。因此研究肿瘤耐药的机制、寻找新的抗肿瘤靶点以及研发新型抗肿瘤药物一直是全球关注的热点。MRP（Multidrug Resistance associated Protein，多药耐药相关蛋白）是ABC转运体家族的一员，也是第一个被发现并确定与耐药相关的ABC转运体，因此具有尤为重要的作用。MicroRNAs（miRNAs）则是近年来RNA生物学领域中的重大发现。在人类中表达的miRNA有1000多种，人体中60%的基因都可能被其调节，它是一类平均长度只有22个核苷酸的小分子非编码RNA，其对靶基因的调节参与了个体发育、细胞分化与增殖、凋亡等一系列生物学过程，在肿瘤、代谢紊乱等人类疾病的产生和发展过程中起到了重要的作用，但其在肿瘤耐药中的作用和机制仍不十分清楚。中国科学院上海药物研究所药物安全评价中心（以下简称“安评中心”）博士研究生高曼在研究员任进、副研究员戚新明的指导下，经过多年潜心研究，采用多种分子生物学最新技术和方法，发现miR-145可以通过不完全碱基互补配对作用于ABCC1的3’UTR的结合位点，在转录后水平来下调靶基因MRP1的表达这一重要新机制。进一步体外、体内研究证明：miR-145可以下调MRP1，减少细胞内阿霉素的外排，升高细胞内阿霉素的累积量，增强乳腺癌细胞对阿霉素的敏感性。因此首次发现了miR-145可通过直接靶向抑制MRP1而增强阿霉素对耐药的三阴性乳腺癌的作用，为抗肿瘤耐药研究提供了新靶点、新机制和新的治疗手段。该研究工作于2016年7月在线发表在Oncotarget上，是继今年3月在国际期刊BBA-Gene Regulatory Mechanisms上发表首次发现了非编码miRNA具有双重调控作用的全新分子机制之后，再次发表新研究成果。安评中心关于非编码miRNA相关的研究此前已有多篇文章相继发表，从发现的非编码miRNA双重调控作用的新机制，到非编码miRNA抗肿瘤耐药的新功能，建立了非编码miRNA的发现、筛选、优化、功能和机制确证等一系列研究体系，取得了一系列新进展，获得了国外同研究领域的广泛认可。该项研究获得国家“重大新药创制”科技重大专项以及中科院先导专项的支持。

植物功能性状对于探讨全球变化背景下植物的响应和适应、生态系统功能和过程，以及生物多样性监测等至关重要。近日，广东省科学院广州地理研究所粤港澳大湾区城市群生态系统观测研究站生态系统保护修复团队王智慧博士利用高光谱遥感技术，研究揭示了植物功能性状种内种间变异与环境响应机制。相关研究发表于《新植物学家》（New Phytologist）。据介绍，以往的性状研究主要采用野外采样和室内分析，针对大区域尺度多种植物叶片性状的同步观测非常稀缺。同时，研究大多只针对性状的物种平均值进行研究，忽略了物种内部存在的较大变异，且主要局限于“叶片经济型谱”性状，而对结构、防御和压力承受等多维性状关注较少。植物性状之间的协同权衡关系以及性状-环境因子的相关关系，在物种内部和物种之间是否呈一致性变化，尚未得到明确的答案。在该项工作中，研究人员利用高光谱遥感技术，同步获取跨生态气候梯度32个野外站点1103个植物个体的14种关键叶片性状，探讨性状的协同权衡关系、性状-环境因子相关关系在种内和种间水平的表现和差异，揭示植物在环境变化条件下的最优生长和适应策略。研究发现，在物种水平，叶片经济型谱与防御和压力承受性状关系很弱，但在物种内部关系明显变强；环境因子对跨物种叶片性状变异的解释很低，但对某些物种个体表现出显著强相关。结果表明，叶片性状呈独特性变化，不同物种采取多样化性状组合以达到适合度。高光谱遥感能够提供刻画多种关键植物叶片功能性状的全新高效手段，可在大尺度量化种内种间性状变异以及与环境因子的关系，有助于推动生态学相关领域的发展。上述研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项等项目的支持。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 病毒是一种特殊的生命形式，与人类的疾病和健康都密切相关。在一些情况下，某些病毒会侵染人体，导致一系列的疾病，甚至危及生命。对病毒的防控，我们可以通过了解病毒的特点与传播规律，阻止病毒传播；也可以通过研发相应的疫苗来提前预防病毒的感染，而这些工作都需要对病毒有深入的认识和了解。SCIEX面向全球提供不同类型的高端质谱平台和多组学研究方案，能够在基础研究、临床诊疗和药物研发的领域助力对于病毒相关的研究与防控。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 基于iTRAQ试剂的定量蛋白质组学揭示相似病毒的结构和功能差异 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/dec9490a-bd41-4d1e-9bd3-67dc8f2d04d3.jpg" title=" 11111.jpg" alt=" 11111.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em text-align: center " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图1：iTRAQ试剂结合定量蛋白质组学能够揭示病毒不同状态下的蛋白丰度差异（来源Zhihong Hu，JVI， 2012） /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " EV71（肠道病毒71型）是导致幼儿手足口病的主要病原体之一，其表达两种EV71病毒，包涵体衍生型病毒（occlusion-derived virus，ODV）和出芽型病毒（budded virus，BV）。ODV主要侵染肠，而BV则有可能侵染其他易感组织。如果能够对这两种病毒蛋白层面的差异进行分析，那么就能够掌握病毒颗粒侵染偏向的线索。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 基于iTRAQ试剂的定量蛋白质组学能够很好的完成相似样品在蛋白层面的差异比较。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 在本研究中，研究人员使用不同的iTRAQ试剂（116和117）来标记不同两种不同的肽段样品，等量混合后，使用SCIEX高分辨质谱仪进行数据采集。数据分析软件通过采集到的二级谱图，不仅可以进行肽段序列的鉴定，还能够通过报告离子116和117的相对强度来对该肽段在两个样品中的相对丰度进行定量。通过SCIEX 高分辨质谱系统对EV71两种不同状态下的病毒颗粒中的51个蛋白质进行定量蛋白质组学分析，揭示了EV71在不同状态下高表达的蛋白质，其中有12个BV特异表达的蛋白，有21个ODV特异表达的蛋白，这其中的差异很有可能就是病毒颗粒侵染偏向的原因，这为我们后续的研究提供了重要的线索。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 基于SWATH采集技术的定量蛋白质组学绘制全面的病毒蛋白表达及功能谱图 /span /strong /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " /span /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/d6902936-0d92-4585-aa4e-308c18e939cc.jpg" title=" 2222.jpg" alt=" 2222.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em text-align: center " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图2：使用SWATH采集技术结合定量蛋白质组学方法来得到病毒不同蛋白在侵染过程中不同时间点的表达情况（来源：MCP, Anthony，2015） /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 为了预防和控制急性病毒感染在全球流行，对病毒的基础研究是战略性的。病毒的基础研究中，病毒蛋白的功能，及其在宿主细胞中的动力学是重要的环节，能够让我们更加透彻的了解病毒。SWATH（sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ions）采集技术结合定量蛋白质组学策略作为一种数据非依赖采集策略，基于超快速扫描的高分辨质谱TripleTOF系统，能够全面的采集到样品中所有肽段的信息，为我们完整的展现病毒所有蛋白的变化水平。在这个研究中，科研人员使用牛痘病毒为模式病毒，基于TripleTOF系统的SWATH采集模式，为我们展示了病毒蛋白在体内动力学变化的研究流程。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 研究者将不同侵染阶段的样品分别进行蛋白提取及酶解，无需额外的同位素标记及其他后续工作，直接使用SCIEX特有的SWATH采集模式对不同的样品进行采集。之后借助数据分析软件，导入数据库后，就可以直接得到病毒各种蛋白在不同侵染阶段的表达曲线。基于这些信息，我们能够很清楚的了解病毒的不同蛋白各自在何时被表达及执行功能，能够帮助我们绘制出病毒不同蛋白的表达及功能谱图，是病毒基础研究重要的一环。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 基于差异比较蛋白质组学进行SARS冠状病毒炎症机制研究 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/8fe2a6d0-6c5e-40b7-87b2-4a5543e1715e.jpg" title=" 3333.jpg" alt=" 3333.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong /strong /span br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " 图3：定量蛋白质组学策略揭示SARS病毒的PLpro蛋白对宿主细胞免疫相关信号通路的影响（来源：Proteomcis，Cheng-Wen Lin，2012） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " SARS（重症急性呼吸综合征）冠状病毒的PLpro蛋白具有去泛素化酶活性，能够让干扰素调节因子3(Interferon regulatory Factor 3)和NF-kB失活，抑制I型干扰素信号通路，从而降低干扰素（IFN）的表达。在这个研究中，作者使用SCIEX高分辨质谱系统对PLpro过表达的人源幼单核细胞系的蛋白质组学和细胞因子水平进行了分析。发现PLpro过表达后，细胞内炎症因子TGF-b1相关的蛋白呈现显著的上调趋势，与此相关的信号通路为p38 MAPK及 ERK1/2信号通路。这份研究能够为我们在临床抑制SARS冠状病毒介导的炎症提供机制依据。 /p p br/ /p

研究背景：FERM结构域的蛋白家族中，黏着斑蛋白（kindlin）和踝蛋白（talin） 是进化上高度保守并且在FERM结构域中表现出高度同源性。kindlin家族在整合素（integrin）活化中发挥重要作用，参与integrin的双向信号传导，对整合素受体介导的细胞与细胞外基质的黏附、细胞-细胞外基质的黏附、细胞迁移、胚胎发育、损伤修复等过程中发挥关键作用。此外kindlin的异常还可以导致多种遗传性疾病的发生，同时kindlin家族作为重要的信号分子还参与了肿瘤的发生发展过程。近日，《Nature Communications》刊登了Grégory Giannone等学者的新研究成果，该团队使用Abbelight 3D单分子超分辨成像系统SAFe 360的超分辨-单分子追踪技术（SPT-PALM）研究了kindlin和talin等蛋白在细胞质膜中的扩散机制。 研究内容：焦点黏着斑蛋白（FAs）家族广泛参与整合素依赖型细胞粘附、性和迁移等过程，通过直接或间接的方式结合在细胞外基质（ECM）和肌动蛋白细胞骨架之间，并与具有不同结构、信号或支架功能的蛋白建立物理联系。然而FAs蛋白如何被引导到特定的纳米层以促进与特定靶点的相互机制目前尚不清楚。为探究其机制，Grégory Giannone等将kindlin的蛋白分子行为和3D纳米定位与其在FAs内integrin激活中的功能联系起来，通过单蛋白追踪、超分辨成像以及功能分析kindlin在上膜的定位和扩散对integrin激活、细胞扩散和FAs形成过程，并通过研究发现kindlin通过与talin不同的途径来达到和激活integrin，为integrin激活期间的互补性提供了可能的分子基础。先，作者通过追踪integrin在细胞中不同区域的单分子运动轨迹，计算单个β1-integrin或者β3-integrin分子的扩散系数，并比较integrin在FA内和FA外的扩散系数，发现integrin在FA中有自由扩散（绿色轨迹），被束缚的区域扩散（黄色轨迹）和固定不动三种不同模式。不同的细胞中，integrin在FA外普遍表现出更快的扩散速度，更多倾向于纯自由扩散。同时Mn2+的处理会让更多的integrin分子倾向于固定不动，也即参与同kindlin和或talin相互作用。经过计算kindlin突变体和talin突变体中β1-integrin或者β3-integrin的扩散系数并比较，发现对于这两个突变体，Mn2+处理结果略有不同，kindlin突变体中integrin分子倾向于固定不动的比例相对于talin突变体较低一些。integrin，kindlin和talin在细胞中的扩散的轨迹分布于扩散系数分布为了进一步分析kindlin和talin与integrin相互作用的机制，观测比较kindlin和talin单分子扩散轨迹可发现integrin和kindlin通过细胞膜自由扩散立进入焦点黏着斑（FAs），而talin和paxillin通过胞浆自由扩散到达FAs。在FAs中integrin展现自由扩散和被束缚的扩散两种扩散模式，两种模式都是通过kindlin和talin的结合触发。自由扩散时integrin，kindlin和talin同时以正确的取向结合的概率非常低，Grégory Giannone等学者研究显示三者更倾向于如上图所示的模型，也即在质膜上自由扩散的integrin和kindlin会先形成不可移动的integrin-kindlin复合物(i)；这种复合物可以限制整合素β端的方向，并有利于talin与近端NPxY基序的结合，从而形成短暂integrin-kindlin-talin的三元复合物(ii)；kindlin可以间歇性地解离(iii)并再次(ii)与寿命更长的integrin-talin复合物重新结合。这种瞬态的integrin-kindlin-talin三元复合物的相互作用会大大延长integrin和talin的相互作用的持续时间。talin和kindlin脱附后integrin会继续恢复自由扩散的模式，直至再次和kindlin结合。kindlin和talin激活整合素的示意图模型 实验设备简介：本实验中实用的单分子示踪系统是abbelight公司研发的3D单分子定位显微系统—SAFe 360，利用其特有的DAISY技术将xyz方向的定位精度提高至15 nm，可以观测蛋白颗粒的定位分布及其运动轨迹。除此之外，该设备还具备大视场和一键式操作，能够大幅度降低单分子定位操作技术的门槛，帮助研究者从事分子机制的研究。 典型采集实例：神经元超分辨成像大肠杆菌线粒体三维结构外泌体成像 参考文献：[1] Orré, Thomas, et al. "Molecular motion and tridimensional nanoscale localization of kindlin control integrin activation in focal adhesions." Nature communications 12.1 (2021): 1-17.

研究背景：　　FERM结构域的蛋白家族中，黏着斑蛋白（kindlin）和踝蛋白（talin） 是进化上高度保守并且在FERM结构域中表现出高度同源性。kindlin家族在整合素（integrin）活化中发挥重要作用，参与integrin的双向信号传导，对整合素受体介导的细胞与细胞外基质的黏附、细胞-细胞外基质的黏附、细胞迁移、胚胎发育、损伤修复等过程中发挥关键作用。此外kindlin的异常还可以导致多种遗传性疾病的发生，同时kindlin家族作为重要的信号分子还参与了肿瘤的发生发展过程。　　近日，《Nature Communications》刊登了Grégory Giannone等学者的最新研究成果，该团队使用Abbelight 3D单分子超分辨成像系统SAFe 360的超分辨-单分子追踪技术（SPT-PALM）研究了kindlin和talin等蛋白在细胞质膜中的扩散机制。　　研究内容：　　焦点黏着斑蛋白（FAs）家族广泛参与整合素依赖型细胞粘附、极性和迁移等过程，通过直接或间接的方式结合在细胞外基质（ECM）和肌动蛋白细胞骨架之间，并与具有不同结构、信号或支架功能的蛋白建立物理联系。然而FAs蛋白如何被引导到特定的纳米层以促进与特定靶点的相互机制目前尚不清楚。为探究其机制，Grégory Giannone等将kindlin的蛋白分子行为和3D纳米级定位与其在FAs内integrin激活中的功能联系起来，通过单蛋白追踪、超分辨成像以及功能分析kindlin在上膜的定位和扩散对integrin激活、细胞扩散和FAs形成过程，并通过研究发现kindlin通过与talin不同的途径来达到和激活integrin，为integrin激活期间的互补性提供了可能的分子基础。　　首先，作者通过追踪integrin在细胞中不同区域的单分子运动轨迹，计算单个β1-integrin或者β3-integrin分子的扩散系数，并比较integrin在FA内和FA外的扩散系数，发现integrin在FA中有自由扩散（绿色轨迹），被束缚的区域扩散（黄色轨迹）和固定不动三种不同模式。不同的细胞中，integrin在FA外普遍表现出更快的扩散速度，更多倾向于纯自由扩散。同时Mn2+的处理会让更多的integrin分子倾向于固定不动，也即参与同kindlin和或talin相互作用。经过计算kindlin突变体和talin突变体中β1-integrin或者β3-integrin的扩散系数并比较，发现对于这两个突变体，Mn2+处理结果略有不同，kindlin突变体中integrin分子倾向于固定不动的比例相对于talin突变体较低一些。integrin，kindlin和talin在细胞中的扩散的轨迹分布于扩散系数分布　　为了进一步分析kindlin和talin与integrin相互作用的机制，观测比较kindlin和talin单分子扩散轨迹可发现integrin和kindlin通过细胞膜自由扩散独立进入焦点黏着斑（FAs），而talin和paxillin通过胞浆自由扩散到达FAs。在FAs中integrin展现自由扩散和被束缚的扩散两种扩散模式，两种模式都是通过kindlin和talin的结合触发。自由扩散时integrin，kindlin和talin同时以正确的取向结合的概率非常低，Grégory Giannone等学者研究显示三者更倾向于如上图所示的模型，也即在质膜上自由扩散的integrin和kindlin会先形成不可移动的integrin-kindlin复合物(i)；这种复合物可以限制整合素β端的方向，并有利于talin与近端NPxY基序的结合，从而形成短暂integrin-kindlin-talin的三元复合物(ii)；kindlin可以间歇性地解离(iii)并再次(ii)与寿命更长的integrin-talin复合物重新结合。这种瞬态的integrin-kindlin-talin三元复合物的相互作用会大大延长integrin和talin的相互作用的持续时间。talin和kindlin脱附后integrin会继续恢复自由扩散的模式，直至再次和kindlin结合。kindlin和talin激活整合素的示意图模型　　实验设备简介：　　本实验中实用的单分子示踪系统是abbelight公司研发的3D单分子定位显微系统—SAFe 360，利用其特有的DAISY技术将xyz方向的定位精度提高至15 nm，可以精确观测蛋白颗粒的定位分布及其运动轨迹。除此之外，该设备还具备大视场和一键式操作，能够大幅度降低单分子定位操作技术的门槛，帮助研究者从事分子机制的研究。　　典型采集实例：神经元超分辨成像大肠杆菌线粒体三维结构外泌体成像　　参考文献：　　[1] Orré, Thomas, et al. "Molecular motion and tridimensional nanoscale localization of kindlin control integrin activation in focal adhesions." Nature communications12.1 (2021): 1-17.

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

4月8日，重庆医科大学基础医学院金艾顺教授与日本富山大学医学部免疫学研究室Kishi Hiroyuki/Atsushi Muraguchi/Kobayashi Eiji等合作的研究成果在生物医学工程TOP期刊《Nature Biomedical Engineering》杂志在线发表。该成果发现了T细胞识别抗原新机制，并研发了将其应用于肿瘤特异性T细胞受体（TCR）快速筛选和TCR-T细胞免疫治疗的新技术。机体免疫系统的免疫细胞能识别和清除体内的肿瘤细胞或被病毒感染的细胞。T淋巴细胞（T细胞）介导的细胞免疫应答反应在识别和清除病变细胞中发挥重要作用。T细胞杀伤靶细胞（肿瘤细胞或被病毒感染的细胞等）的作用机制是通过T细胞表面表达的TCR识别并结合靶细胞表面MHC分子提呈的抗原肽（MHC-抗原肽复合物），对其进行攻击和杀伤进而清除靶细胞。至今，T细胞上的TCR与靶细胞上的MHC-抗原肽相互作用而活化T细胞，我们叫做trans-activation（图1b），这种T细胞的活化机制是被发现几十年以来被公认的公理。图1 TCR与同一T细胞表达的pMHC复合物结合模拟图(a)。TCR与同一T细胞上的pMHC的cis相互作用(b)。传统的TCR与pMHC-I的trans活化机制(传统的)(c)。通常，T细胞也通过自身表达的MHC分子提呈抗原肽。该合作团队研究发现同一个T细胞上的TCR能与这个T细胞上的MHC-抗原肽结合并被活化，并将这个新发现的活化机制叫做cis-activation（图1ab）。至今国际上尚未见有相关报道，是对T细胞活化机制的补充。合作团队利用这个T细胞活化的新机制研发了特异性T细胞快速分析和TCR基因快速筛选技术，比此前报道的TCR-T细胞技术（Nat Med. 2013 Nov 19(11):1542-6）更加快速有效，为TCR-T细胞抗肿瘤免疫治疗提供了崭新的技术平台。通过该技术筛选的TCR制备的TCR-T细胞展现出比以往方法用于临床试验的TCR- T细胞具有更强的肿瘤杀伤作用。该研究成果的重大意义在于：一是发现T细胞活化新机制，将为详细阐明T细胞发生发育机制提供重要科学理论依据。二是研发的TCR基因筛选技术能更有效从患者血液筛选具有杀伤性的TCR，为TCR- T细胞抗肿瘤或抗感染的免疫治疗提供技术平台。基础医学院免疫研究中心主任金艾顺教授是本研究主要作者之一。金艾顺教授长期致力于肿瘤免疫治疗研究，早期主要从事抗体药物研究，在全人源单克隆抗体快速筛选技术研发和抗体药物研究等方面取得突破性研究成果（Nat Med. 2009 Sep 15(9):1088-92.）。近年来，金艾顺主要聚焦于T细胞活化机制和TCR-T细胞免疫治疗方面。在T细胞活性机制研究时，受抗体技术研发的启发，金艾顺团队将T细胞用于单细胞分离独立培养，发现在添加抗原肽刺激没有靶细胞提呈MHC分子时T细胞也能被活化分泌效应因子，在经历长达10年研究和求证后提出T细胞活化新机制和新理论，该理论如果通过更先进技术得到更多更深的研究和应用，将有望为阐明自身免疫性疾病等更多疾病的发病机制提供新思路。原文链接：https://rdcu.be/cKSAh

来自科隆和赫尔辛基的一个研究小组发现了一种防止脱发的机制：通过改变毛囊干细胞的代谢状态来留住头发。研究小组由赫尔辛基大学和马克斯• 普朗克老龄生物学研究所副教授Sara Wickstr?m和皮肤科专家Sabine Eming教授（科隆大学）领导，题为 “Glutamine Metabolism Controls Stem Cell Fate Reversibility and Long-Term Maintenance in the Hair Follicle”一文现已发表在《Cell Metabolism》杂志上。每天，皮肤和毛囊等组织都会受到紫外线等环境损害，不断移除和更新受损材料。平均每天有5亿个细胞和100根毛发脱落，相当于1.5克物质。死亡的物质由干细胞替代更新，干细胞具有特异性、高增殖性和长寿命。组织功能依赖于这些干细胞的活动和健康；功能受损或数量减少会导致衰老。虽然干细胞在衰老过程中的关键作用已被证实，但对调节这些重要细胞长期维持的机制知之甚少。“毛囊的功能和可识别的干细胞是研究这个重要问题的完美模型系统，”Wickstr?m说为了了解是什么使干细胞在功能上不同于分化的子细胞，研究小组调查了两种细胞群体的转录和代谢情况。“有趣的是，研究表明干细胞和子细胞具有不同的代谢特征，”该研究的共同首席科学家Christine Kim博士说。“我们的分析进一步预测，Rictor是代谢主调节器mTOR通路中一个重要但相对未知的分子组成部分。在更详细的分析中，研究小组发现干细胞的衰竭是由于代谢灵活性的丧失。在每一个再生周期结束时，在这个过程中，一根新的毛发被制造出来，干细胞将回到它们的特定位置并恢复一个静止状态。另一位共同领导科学家Xiaolei Ding博士解释说：“这项研究的关键发现是，‘命运可逆性’需要从谷氨酰胺代谢和细胞呼吸转向糖酵解。干细胞生活在一个氧气利用率低的环境中，因此利用葡萄糖而不是谷氨酰胺作为能量和蛋白质合成的碳源。这种变化是由低氧浓度和Rictor信号触发的。Rictor的去除削弱了干细胞命运逆转的能力，引发了，“年龄依赖性干细胞衰竭和年龄导致的脱发”。Ding和Eming最近建立了一个研究Rictor功能的基因小鼠模型，并观察到缺乏Rictor的小鼠毛囊再生和循环明显延迟，这表明干细胞调节受损有趣的是，随着年龄的增长，这些小鼠开始脱发，干细胞数量减少。Eming说：“未来的一个主要目标将是了解这些临床前发现如何转化为人类干细胞生物学，并可能被用于药物治疗，防止毛囊老化。我们对谷氨酰胺酶抑制剂的应用能够恢复Rictor缺陷小鼠的干细胞功能的观察感到特别兴奋，这证明了修改代谢途径可能是增强组织再生能力的有力方法的原理。”

小RNA是真核生物中重要的基因调控分子，在生长发育、基因沉默、抵御病毒等动植物的各类生理过程中起着至关重要的作用。小RNA的生物合成中，Dicer家族核酸内切酶选择性识别小RNA前体，切割RNA至特定长度，并选择性地将一条链递呈给下游AGO蛋白从而介导下游基因沉默。Dicer如何起到“分子尺”和“分子刀”的功能，切割小RNA前体生成特定长度的小RNA这一机制尚不清晰。　　国家“十三五”科技计划“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项“植物非编码RNA介导基因沉默过程中重要蛋白质机器的结构功能研究（2016YFA0503200）”项目取得重要进展。项目团队以植物中特异性生成24-nt小RNA的Dicer Like 3 (DCL3)为对象开展了研究，利用合成的DCL3天然底物模拟物和冷冻电镜技术，解析了DCL3和天然底物模拟物的复合物结构，并从中观测到Dicer家族蛋白同时对前体小RNA的5’和3’端同时产生特异性识别的机制。项目团队通过进一步的结构分析，解析了Dicer家族内切酶对小RNA的长度测量机制并解释了小RNA的链选择性机制问题。项目团队通过生化和体内小RNA测序实验验证了末端识别和特异性切割对DCL3产生特性长度小RNA的重要性。　　该研究首次观测到了Dicer家族酶切割小RNA前体的状态，成功阐释了Dicer对底物前体RNA末端识别、长度特异性切割以及链选择性呈递给下游AGO的机制，研究成果近期发表在Science杂志上。

MST案例汇总 植物生长会受到各种复杂多变的逆境条件胁迫，包括干旱、盐碱和低温等。在长期的系统发育过程中，植物也逐渐形成适应、抵抗和忍耐的抗逆性，植物抗逆性机制为当前研究的热点，今天小编带大家来了解一下，微量热泳动（MicroScale Thermophoresis, MST）互作技术在植物适应逆境的机制研究的应用。01高温胁迫_蛋白&蛋白互作Chen, Si‐Ting, et al. "Identification of core subunits of photosystem II as action sites of HSP 21, which is activated by the GUN 5‐mediated retrograde pathway in Arabidopsis." The Plant Journal 89.6 (2017): 1106-1118.前人研究发现位于叶绿体的热休克蛋白21（HSP21）能够保护光系统II复合体 (PSII)，使其免受细胞内热和氧化应激，但其作用的分子机制尚不清楚。中科院植物生理生态研究所郭房庆研究团队发现，热应激下拟南芥HSP21被GUN5依赖的逆向信号通路激活，并直接结合其核心亚基D1和D2蛋白来稳定PSII。 组成性表达HSP21可以恢复热胁迫下PSII 的热敏稳定性和gun5突变体的功能缺失，表明HSP21是热胁迫条件下维持类囊体膜系统完整性的关键伴侣蛋白。研究人员借助MST技术直接在接近天然状态下的裂解液中检测了HSP21蛋白与PS II核心亚基D1和D2蛋白之间的亲和力。图注：MST技术检测HSP21和植物裂解液中D1/D2结合植物内某些蛋白较难纯化或者纯化后活性受影响，利用MST技术，可直接在植物裂解液内进行亲和力检测，无需纯化。在本次实验中，作者裂解表达35S::D1-eYFP或35S::D2-eYFP的转基因植物，直接向裂解液中加入梯度稀释的纯化HSP21蛋白，检测得到HSP21与D1/D2的亲和力Kd分别为0.67μM和1.32μM.02低温胁迫_蛋白&离子Ding, Yanglin, et al. "CPK28-NLP7 module integrates cold-induced Ca2+ signal and transcriptional reprogramming in Arabidopsis." Science Advances 8.26 (2022): eabn7901.寒冷的环境中会触发植物细胞质Ca2+的激增，导致植物的转录重编程。然而，Ca2+信号是如何被感知和传递到下游的低温信号通路仍然是未知的。中国农业大学杨淑华课题组研究发现，钙依赖性蛋白激酶28 (CPK28)启动了一个磷酸化级联，从而作用于低温诱导Ca2+信号下游的转录重编程。这项研究阐明了一种先前未知的机制，揭示了植物从质膜到细胞核的快速感知和转导低温信号的关键策略。研究中，作者通过MST实验检测到CPK28可直接与Ca2+结合。CPK28 EF-hand位点突变蛋白CPK28EFm与Ca2+亲和力降低了6倍，证明了EF-hand对结合Ca2+非常重要。图示：MST技术检测CPK28/CPK28EFm与Ca2+的亲和力03淹水胁迫_蛋白&离子Lehmann, Julian, et al. "Acidosis-induced activation of anion channel SLAH3 in the flooding-related stress response of Arabidopsis." Current Biology 31.16 (2021): 3575-3585.淹水胁迫导致厌氧菌引发的胞质酸中毒，使植物细胞感知酸性并通过膜去极化传递这种信号的分子机制尚不清晰。德国维尔茨堡大学研究表明，拟南芥根中酸中毒诱导的阴离子流出依赖于阴离子通道AtSLAH3，细胞质子浓度的增加使SLAH3从无功能二聚体转变为活性单体形式，激活了阴离子通道。研究发现硝酸盐对于pH依赖的通道激活至关重要，并通过MST技术研究SLAH3与NO3-的结合。图示：(左) 淹水相关胁迫响应中酸中毒诱导的阴离子通道SLAH3的激活(右) MST技术检测不同PH下SLAH3与NO3-亲和力作者表达SLAH3-GFP融合蛋白作为荧光信号源，无需其他标记。在pH6.5下检测到SLAH3与NO3-相互作用的Kd为120±50 mM。在pH为7.3时，SLAH3仍与NO3-结合，但亲和力降低了60%，表明SLAH3与阴离子的结合依赖于pH。04干旱胁迫_蛋白和磷脂分子Yang, Yongqing, et al. "Phosphatidylinositol 3-phosphate regulates SCAB1-mediated F-actin reorganization during stomatal closure in Arabidopsis."The Plant Cell 34.1 (2022): 477-494.为了应对干旱胁迫，植物关闭气孔以减少叶片蒸腾水分的损失。气孔运动受信号分子磷脂酰肌醇三磷酸(PI3P)的调控。然而，这一过程的分子机制尚不清楚。中国农业大学郭岩研究组研究表明，拟南芥气孔关闭过程中，PI3P通过与植物特异性肌动蛋白结合蛋白 (SCAB1) 结合，抑制其寡聚，从而调节气孔关闭期间保卫细胞中F-肌动蛋白稳定性和重排。为了检测SCAB1蛋白是否可与PI3P结合，作者进行MST实验，结果显示二者具有非常强的亲和力，解离常数Kd为4.5±0.09 pmol。为了确定具体结合位点，作者将PI3P motifs RXLR-dEER进行突变，MST结果显示，三重突变蛋白不能与PI3P结合。综合其他实验，最终证明，SCAB1的4个RXLR motifs均具有PI3P结合能力，且至少需要2个RXLR才能与PI3P结合。图示：MST检测SCAB1与PI3P的亲和力

近期，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所仿生功能材料与传感器件研究中心&ldquo 973&rdquo 首席科学家刘锦淮研究员和中科院&ldquo 引进海外杰出人才&rdquo 黄行九研究员领导的课题组研究人员在探索砷(III)电化学检测影响机制上实现新突破。 　　长期以来，实现复杂环境中砷(III)稳定高效的电化学检测是困难且重要的问题。因其他离子如汞（II）、铜（II）和天然有机物等产生的干扰，一直是研究人员特别关注的问题。而此前的诸多报道对干扰的影响机制研究甚少，缺乏理论及实验依据。 　　合肥研究院智能所研究人员从实际应用的角度出发，依托内蒙古托 克托县兴旺庄村地下水为背景，借助于光谱法深入研究了腐植酸和铁(III)对砷(III)的电化学信号的影响。研究结果表明，腐植酸可以和水中砷 (III)发生络合，从而影响到检测信号；而铁 (III)的存在可以更强的作用力与腐殖酸结合，消除腐植酸与金电极或者As(III)的结合，从而实现砷(III)稳定高效的电化学检测。研究论文发表 在环境类期刊《危险材料》上（J. Hazard. Mater. 2014, 267, 153）。评审人认为&ldquo 相对于砷(III)的检测，该工作对干扰物对电化学信号的影响提出了比较深刻的理解&rdquo ；&ldquo 该工作具有新颖性，并且对消除这些对砷分 析产生影响的腐植酸的新的可能性带来一种思路&rdquo 。 　　近几年来，该课题组研究人员一直致力于探索纳米材料在电分析行为与吸附性能的相关性。 对此，他们利用氨基功能化氧化石墨烯和多孔双金属氧化物（氧化铈-氧化锆）纳米微球探究了水中重金属如砷(III)、砷(V)、钴(II)的吸附性能。相 关研究深入论证了表面官能团对去除重金属的重要作用。该研究成果也以全文发表在《危险材料》上（J. Hazard. Mater. 2013, 260, 498；J. Hazard. Mater. 2014, 270, 1）。 　　以上研究工作得到了国家重大科学研究计划项目、中科院&ldquo 引进海外杰出人才&rdquo 百人计划项目以及合肥物质科学技术中心方向项目等的支持。

10月6日，中国科学院上海营养与健康研究所孙宇研究团队在Oncogene上，发表了题为Targeting epiregulin in the treatment-damaged tumor microenvironment restrains therapeutic resistance的研究论文。该研究发现了微环境中全新的衰老相关分泌因子在组织微环境中的产生基础以及其对肿瘤恶性进展的作用机制。细胞衰老是一种独特的细胞状态，具有多种明确且稳定的细胞特征。其中，衰老相关分泌表型（Senescence-associated secretory phenotype，SASP），使其在微环境中可对其他细胞发挥复杂的信号传递功能。老年人群中，包括慢性炎症形成过程以及肿瘤微环境的局部空间内，SASP这一分泌表型对多种疾病的进展均造成重要的病理作用。因而，探究SASP相关因子以及其在肿瘤等疾病的组织微环境中发挥功能的分子机制和干预途径，对老年疾病的临床治疗具有深远的指导意义。该研究通过对人类原代基质细胞进行基于结合当前临床化疗胁迫压力的体外药物模拟处理，确认了epiregulin（EREG）在DNA损伤类型的衰老诱导条件下显著表达上调，而尚未有报道该因子与微环境中衰老细胞之间存在关联。同时，研究对临床前列腺癌及乳腺癌患者化疗前后癌症样本的分析，发现EREG在衰老的癌旁基质细胞中显著上调表达。机制上，DNA损伤导致基质细胞中转录因子NF-κB等发生核转位并结合在EREG启动子区多个位点，进而促进EREG在细胞衰老后表达上调。研究人员注意到其他衰老相关因素（转录因子C/EBP激活，DNA空间开放度变化及表观遗传修饰改变）对EREG转录具有促进作用。 在肿瘤微环境中，衰老细胞释放的EREG通过与其附近的癌细胞表面EGFR受体结合激活包括MAPK、AKT/mTOR及JAK/STAT等多条下游信号通路，从而诱发癌细胞增殖、迁移、侵袭等恶性表型，并造成癌细胞显著的耐药能力。RNA-Seq分析发现，一种泛素连接酶MARCHF4在基质EREG激活的癌细胞中显著表达上调。MARCHF4可使癌细胞E-cadherin表达下调并抑制癌细胞凋亡，导致肿瘤耐药现象发生。小鼠模型中，EREG单克隆抗体及EGFR单克隆抗体的联用显著降低肿瘤体积，并显著延长了小鼠无病进展生存期。癌症患者体内微环境中EREG的表达水平与其临床治疗后阶段的长期生存之间存在显著的负相关，并可作为对患者（包括多种癌型）预后的新型的标记物。 该工作发现并阐释了微环境中的衰老相关分泌因子EREG在肿瘤微环境中的病理功能及调控机制，并揭示了其在将来转化医学和临床应用中的潜力和价值。研究工作得到科技部、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和上海市科学技术委员会等的支持。复旦大学中山医院的科研人员参与研究。 论文链接 当代临床药物等治疗方式（尤其基因毒化疗）诱导损伤的肿瘤微环境中，基质细胞EREG表达上调并通过旁分泌方式激活附近癌细胞，促进其恶性表型并加速疾病进展；EREG将可作为患者疗后阶段的监测指标和临床抗癌治疗的新靶点。

众所周知，端粒是染色体末端的特殊“帽子”结构，作用是保持染色体完整性和控制细胞分裂周期。弗朗西斯• 克里克研究所（Francis Crick Institute）的研究人员近日在《Nature》杂志上发表了一项新成果，突出了干细胞与众不同的端粒保护机制。在健康细胞中，端粒的保护作用非常有效，但随着年龄的增长，端粒逐渐缩短，最终失去了某些保护功能。这会导致我们的健康状况随着年龄的增长而下降。不过，端粒缩短也能够避免肿瘤发展。癌细胞必须突破这层障碍，才能实现无限增殖。在体细胞内，端粒结合蛋白TRF2发挥着端粒保护作用。它结合并稳定端粒末端的t环（t-loop）结构，从而阻止染色体末端被识别为DNA损伤。在去除TRF2蛋白后，t环无法形成，染色体末端融合在一起，形成意大利面状的染色体，最终杀死细胞。然而，在这项最新的干细胞研究中，研究人员发现TRF2的端粒保护作用是可有可无的。从小鼠胚胎干细胞中去除TRF2蛋白后，t环继续形成，染色体末端仍然受到保护。这也就是说，即使TRF2不存在，干细胞在很大程度上不会受到影响。随着胚胎干细胞分化成体细胞，这种独特的末端保护机制却消失了。t环和染色体末端保护都依赖于TRF2。这表明体细胞和干细胞采用完全不同的方式来保护染色体末端。文章第一作者、DNA双链断裂修复机制实验室的Philip Ruis表示：“现在，我们知道干细胞中t环的形成并不需要TRF2，我们推断肯定有其他因素在起到相同的作用，或这些细胞采用不同的机制来稳定t环。我们也想深入了解。”研究人员发现，胚胎干细胞中t环的形成不依赖于TRF2，这也说明了为什么在多能性阶段TRF2的保护作用是可有可无的。“从根本上说，我们证明了干细胞以与众不同的方式保护其染色体末端，但仍需要t环，”通讯作者Simon Boulton说。多年来，人们一直在争论t环本身是否在保护染色体末端上起作用。此次研究有助于平息这场争论。研究人员发现，在带有t环但缺乏TRF2的干细胞中，端粒仍受到保护，这表明t环结构本身具有保护作用。研究人员表示，更好地了解端粒如何工作，以及它们如何保护染色体末端，这有助于人们深入了解早衰和癌症等过程。未来，他们将继续这项研究工作，深入解析体细胞和干细胞的端粒保护机制。

前言细胞中的RNA质量控制，如RNA的降解及RNA总量稳定的调控，被细胞内的多种蛋白质机器精确调控，比如被称为细胞监视器的RNA外切体（exosome)，RNA外切体激活子NEXT复合物（Nuclear exosome targeting complex），从而维持机体的正常生理功能。NEXT在剪切体上游行使功能，招募RNA外切体对新转录出来的RNA进行降解。很长一段时间里，结构生物学手段利用晶体学手段尝试解析NEXT的结构，以期了解NEXT调控RNA质量稳定的作用机制，但由于复杂的结构组成和高度动态的特征结构解析一直未果。近日，冷冻电镜让NEXT复合物的结构得以呈现，RNA质量稳定背后的详细机制得以窥见。在生物学中，清理机体产生的“废物”与制造物质同等重要。生物体产生的不再需要的细胞、蛋白质或其他分子的聚集，如不及时处理，会导致机体产生一些问题。不过，生物已经进化了出多种方法来完成清理多余物质的清理。一个典型的例子是RNA外切体。RNA分子在细胞中扮演许多角色。其中一些被翻译成蛋白质，一些则与细胞的蛋白质一起形成蛋白质-RNA机器。RNA外切体是一种细胞机器，可以降解有缺陷、有害或不再需要的RNA分子。如果不依靠外切体进行修剪，我们的细胞就会变成功能失调的囤积者，进而无法正常行驶功能。“RNA的监测和降解途径存在于所有形式的生命中，”斯隆凯特林研究所结构生物学项目主席Christopher Lima解释说。“从细菌到人类，所有生物都有监测RNA的状态并靶向降解RNA的机制。Lima博士说，在很长一段时间里，这些降解通路被认为像家务一样，是重复且枯燥的。但事实证明，这些降解通路受到高度调控，并控制着从胚胎发育到细胞周期的许多过程。更重要的是，通路一旦发生失调，从癌症到神经系统退化的许多类型疾病便会产生。在2022年6月9日发表在Cell上的一篇新论文中，Lima博士和实验室的博士后研究员Puno提出了有助于解释RNA外切体如何定位需要降解的RNA的研究结果。在冷冻电镜的帮助下，科学家们解析了一种RNA降解机制的关键部分，名为细胞核外切体靶向复合物（ Nuclear Exosome Targeting ，NEXT）的蛋白质组装体的结构。“我们知道NEXT将RNA靶向递送到RNA外切体，但在生物化学和结构上，我们不知道它是什么样子，也不知道它是如何工作的。”—Puno 结构生物学家现在，通过冷冻电镜，科学家们首次获得了获得了NEXT与RNA结合的第一张清晰图片。这些图片及相关的生化和生物实验揭示了RNA分子被传递到RNA外切体并进行降解的过程。逐渐了解结构几年前，Puno博士开始使用当时的金标准X射线晶体学方法研究NEXT的结构。在这种方法中，蛋白质首先首先进行晶体生长，它们以相同的方式排列并形成晶体。然后，X射线穿过晶体并击中探测器，所形成的图案被用来确定蛋白质的结构。虽然Puno博士能够结晶NEXT蛋白，但由此产生的X射线衍射图像不足以看到结构的细节。“不过，随后出现了冷冻电镜革命，”他说。“冷冻电镜帮助我们可视化这种蛋白质的样子以及它如何结合其RNA底物。动态蛋白质的可视化冷冻电镜的工作原理是捕获冷冻但非结晶的蛋白质样品的许多不同图像，然后使用计算方法将它们校准成最终的清晰图像。“这几乎就像捕捉一堆飞行中的鸟的照片，”Lima博士说：“鸟在飞行过程中又多种动作，导致鸟的翅膀看起来很模糊。但是，如果我们能在所有这些不同的图片中找到翅膀的部分，那么我们就可以通过对齐这些图片来重建鸟的翅膀的样子，并确定它们是如何工作的。”从冷冻电镜图片中，科学家们能够看到NEXT蛋白形成了一个非常灵活的二聚体：这意味着NEXT蛋白的两个单体在一起形成一个功能单元。Puno博士说：“这真的非常非常令人费解”，并指出这些类型的蛋白质以前没有可视化过二聚体的形成。“这几乎就像捕捉一堆飞行中的鸟的照片”—Lima 结构生物学家“从我们进行的生化实验中，我们知道二聚化对降解很重要，”他继续说道。“但对我们来说，尚不清楚二聚体在引导RNA到RNA外切体的过程中起了什么作用。为了解开这个谜团，研究小组希望在降解的不同步骤中捕获相互作用的NEXT复合物，然后用冷冻电镜将这些构象可视化。RNA的降解与疾病RNA降解的重要性不言而喻：有缺陷或失控的降解会引起许多疾病。最著名的例子是便是囊性纤维化，在这种情况下，一些负责编码离子通道或者转运体蛋白的信使RNA被RNA降解通路降，这使得肺粘膜中的一些关键蛋白质无法正常表达，从而造成粘液的堆积并导致呼吸严重受损。“这是RNA质量控制失调的一个典型例子，”Lima博士说。RNA降解途径的缺陷也在几种类型的癌症中发挥作用。事实上，MSK的基因检测平台MSK-IMPACT检测的与RNA外切体途径相关的两个突变基因，其中一个突变在NEXT蛋白上。“不仅信使RNA需要适当的质量控制，”Lima博士解释说。“现实情况是，如果你的RNA质量控制通路出现了问题，你的核糖体将不起作用，你的转移RNA将不起作用，你的剪接体也将不起作用的话，引起一系列连锁反应，会有很多种疾病找上门来”RNA所起的作用之广解释了为什么有缺陷的RNA降解途径会产生严重的致病作用。要理解这些效应，不仅需要对RNA外切体本身有更深入、更广泛的了解，还需要对NEXT等“上游”蛋白质有更深入、更广泛的了解，这些蛋白质有助于监测RNA并确定RNA何时存在缺陷或不再需要。“我们希望能在体外进行RNA降解反应，将样品放入冷冻电镜中，并捕捉到它们在工作时所有可能动态构象。”Lima博士说。“作为结构生物学家，我们希望能够看到动态的过程，重现其工作过程。相关文献摘要RNA质量控制依赖于辅助因子和链接物来识别和准备底物，以便由核糖核酸酶（如3′到5′核糖核酸外显子）进行降解。我们解析了人源细胞核外切体靶向蛋白（nuclear exosome targeting ，NEXT）结合RNA的复合物的冷冻电镜结构，为底物识别以及RNA移交给RNA外切体之前作用机制提供了见解。结构揭示了ZCCHC8作为一个支架蛋白，形成同源二聚体，和MTR4螺旋酶相互作用并介导将柔性较大的RBM7结合到解旋酶的核心位置。三个亚基协同作用以结合RNA：RBM7和ZCCHC8检查3′端上游的序列，促进MTR4捕获RNA。ZCCHC8覆盖了MTR4的表面，这对RNA的结合和释放以及MPP6依赖性的招募和对接到RNA外切体核心很重要。这些相互作用，通过协调RNA的捕获、移位和从螺旋酶中释放到外切体中，完成RNA的降解和调控。总结 RNA的质量控制是细胞生命的重要组成部分。 RNA外切体会降解有缺陷、有害或不再需要的RNA。 科学家们已经使用冷冻电镜来确定降解机制关键部分的结构，称为NEXT。 NEXT蛋白的突变可导致包括癌症在内的疾病。相关文献Structural basis for RNA surveillance by the human nuclear exosome targeting (NEXT) complex

植物案例MST技术植物在整个生命周期中会经受多种微生物病原的侵袭，包括真菌，细菌，病毒，线虫等，作物约30%的产量损失是由病原体造成的，病害是农业可持续发展面临的主要问题。在植物与病原数百万年的协同进化中，植物与病原的互作经历了很多阶段，为掌握植物与病原互作中的重要信号分子，深入了解植物免疫分子机制，不可避免的要进行分子间互作的检测，今天来看一下微量热泳动（MicroScale Thermophoresis, MST）分子互作技术在植物抗病方面的应用吧！1植物与真菌--蛋白和离子Gao, Mingjun, et al. "Ca2+ sensor-mediated ROS scavenging suppresses rice immunity and is exploited by a fungal effector." Cell 184.21 (2021): 5391-5404.植物如何平衡抗病和生长发育平衡，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华团队研究揭示了以ROD1为免疫抑制中枢，通过降解超氧活性因子ROS，抑制植物的免疫反应，平衡植物防御和生长之间的冲突。水稻中，ROD1编码一种Ca2+传感器蛋白，以Ca2+依赖的方式结合到磷酸肌醇脂质，靶向至特定膜区域。ROD1刺激过氧化氢酶CatB的活性，促进活性氧(ROS)清除，抑制免疫；当有稻瘟菌侵染时，植物通过降解ROD1减弱其功能，产生有效的防卫反应。作者使用MST技术检测ROD1可直接与Ca2+结合，并鉴定出活性结果位点。图注：MST技术分析ROD1与Ca2+的亲和力和活性结合位点另一方面，研究发现病原稻瘟菌中具有与ROD1结构类似的毒性蛋白AvrPiz-t，在植物体内盗用ROD1的免疫抑制途径，实现侵染的目的，进而与病原菌共同生存。通过MST检测到AvrPiz-t与Ca2+结合，进而盗用ROD1途径。图注：MST技术比较ROD1和AvrPiz-t的Ca2+结合活性2植物与细菌--蛋白和蛋白（Dimmer)Xu, Ning, et al. "A plant lectin receptor-like kinase phosphorylates the bacterial effector AvrPtoB to dampen its virulence in Arabidopsis." Molecular plant 13.10 (2020): 1499-1512.质膜定位受体样激酶(RLKs)感知植物中保守的病原相关分子模式(PAMP)，触发免疫(PTI)。拟南芥凝集素受体激酶LecRK-IX已被证明调节细菌鞭毛蛋白来源肽flg22诱导的PTI。而许多病原体分泌的效应蛋白可抑制植物免疫。植物中是否存在某种机制抑制或削弱病菌分泌的效应蛋白的功能？中科院微生物所刘俊研究组研究发现效应蛋白AvrPtoB是丁香假单胞菌的主要毒力效应子。AvrPtoB C端有一个功能的E3连接酶结构域，以植物中的鞭毛识别受体FLS2和几丁质识别受体CERK1为目标进行降解，导致PTI的抑制。本研究中，作者发现效应蛋白AvrPtoB与拟南芥凝集素受体激酶LecRK-IX.2相互作用并泛素化降解LecRK-IX.2，抑制其介导的免疫。AvrPtoB在体外和体内都能形成二聚体，这种二聚体形成对其E3连接酶与底物的结合和泛素化所必需的。然而, LecRK-IX.2能与AvrPtoB S335位点互作并使其磷酸化，S335的磷酸化破坏AvrPtoB二聚体状态，导致其抑制PTI反应的毒力下降。作者的研究表明，宿主RLKs可以修饰病原体效应器，以抑制其毒性，并削弱其抑制PTI的能力。图示：AvrPtoB对LecRK-IX.2的泛素化与其被磷酸化竞争模式图为了检测AvrPtoB与自身以及与LecRK-IX.2亲和力大小，作者进行MST实验。结果表明，AvrPtoB与LecRK-IX.2的亲和力（0.02μM）要远高于其自身形成二聚体的亲和力（18.7μM）,表明AvrPtoB更容易与LecRK-IX.2结合。图注：MST技术检测AvrPtoB自身以及与LecRK-IX.2CD3植物与病毒--蛋白与离子/核酸/蛋白Yao, Shengze, et al. "The key micronutrient copper orchestrates broad-spectrum virus resistance in rice." Science Advances 8.26 (2022): eabm0660.铜是植物生长发育的重要调节剂，然而铜对病毒入侵的反应机制尚不清楚。之前的研究表明，SPL9介导的miR528转录激活为已建立的AGO18- miR528 - L- AO抗病毒防御增加了一个调控层。北京大学李毅课题组研究发现，Cu2+通过抑制SPL9的蛋白水平来抑制miR528的转录激活，进而提高ROS水平，增强AO积累量及其酶活，从而加强抗病毒反应，阐明了铜稳态的分子机制、调控网络以及SPL9-miR528-AO抗病毒途径。为了检测SPL9和Cu2+之间的直接相互作用，作者纯化了SPL9 DNA结合区域（SPL9 SBP），使用Monolith分子互作仪检测其与Cu2+的互作。结果显示SPL9 SBP直接与Cu2+结合，但不与Ca2+结合。图注：Monolith检测SPL9与Cu2+亲和力此外，李毅课题组在2020年研究结果解析了植物体内抗病毒RNAi信号通路，同样用到了MST技术。Yang, Zhirui, et al. "Jasmonate signaling enhances RNA silencing and antiviral defense in rice." Cell Host & Microbe 28.1 (2020): 89-103. 水稻抗病毒RNAi信号通路的核心蛋白AGO18受病毒侵染诱导，进而增强水稻的抗病毒免疫；但是病毒侵染如何诱导水稻AGO18的了解很少。北京大学李毅课题组发现病毒外壳蛋白（CP）过表达能够诱导水稻茉莉酸（JA）的显著积累，JA信号通路的关键转录因子（JAMYB）能够结合并激活AGO18的启动子，从而诱导AGO18的表达，抑制病毒的侵染。为了分析AGO18启动子上的顺式作用元件，作者进行了MST实验。将顺式作用元件带上FAM荧光，作为荧光信号源，检测到JAMYB结合在AGO18启动子上的顺式作用元件R3，R3突变后AGO18和JAMYB丧失结合能力，进而确定了该位点对于AGO18转录调控的重要性。图3. MST检测的JAMYB和AGO18 R3区域的结合（蓝色曲线）此外，作者通过MST实验发现，水稻JAZ6蛋白能够通过与JAMYB相互作用来抑制其转录激活活性，表明JAZ6抑制水稻抗病毒RNA沉默并损害水稻抗病毒免疫反应。图2. MST检测的JAMYB和JAZ6的结合该研究揭示了植物JA信号通路与RNAi信号通路协同参与水稻抗病毒防御的分子机制。4植物与线虫--蛋白和多肽Zhang, Xin, et al. "Nematode-encoded RALF peptide mimics facilitate parasitism of plants through the FERONIA receptor kinase." Molecular plant 13.10 (2020): 1434-1454.植物寄生线虫是全球性的粮食作物病虫害之一，然而线虫与宿主植物相互作用的机理仍尚不清楚。植物细胞膜上的受体蛋白FERONIA及其配体RALFs参与调节植物免疫反应。湖南大学和中国农科院植物保护研究所联合解析研究发现FERONIA突变导致植物对RKN表现出低敏感性。另外，作者在6类根结线虫中鉴定了18种RALF-like基因，编码的小肽可以直接结合到FERONIA的胞外结构域，从而“挟持”植物FER信号途径，破坏植物免疫系统，促进寄生。研究时，为了检测了线虫RALF- like小肽 MiRALF1/3是否同拟南芥At-RALF1具有相似的FER结合模式,作者使用MST进行检测。结果显示MiRALF1/3与FERECD亲和力分别是25μM和64μM，而AtRALF1亲和力略高，Kd为1.7μM，证明了线虫RALF -like具有植物RALF的典型活性，且可以结合FER。图注：MST检测FERECD与AtRALF1、MiRALF1或MiRALF3之间的亲和力在病原物和植物的识别到特定的防卫反应过程中，二者通过互作进行信号的传导，通过MST技术检测明确二者互作过程中的识别，免疫激发，通路调控和协同进化的详细机制，更好的分析和比较分子间作用和通路的调控。无论是植物和各种病原物的组织来源，均可在MST上完成检测，助力植物病理科学家们更好的解析植物和病原物的互作和协同进化。

甲醛高度活跃，是造成内源DNA损伤的来源，需要机体DNA链进行内源交联修复【1,2】。在DNA损伤后，机体内会降解RNA聚合酶II并关闭整体转录。但是这一响应过程在人类疾病科凯恩氏综合征（Cockayne syndrome）中是缺乏的。科凯恩氏综合征是早衰症的一种，病人生长迟滞、衰老迅速，成因主要是CSA（Cockayne syndrome A）或者CSB蛋白的缺失【3】。2021年11月24日，英国牛津大学Ketan J. Patel研究组在Nature上发表文章Aldehyde-driven transcriptional stress triggers an anorexic DNA damage response，以科凯恩氏综合征为着手点，揭开了内源甲醛通过造成转录胁迫引发DNA损伤响应的具体分子机制。DNA损伤后会导致转录机器RNA Pol II的停滞，这种停滞的现象会起始DNA模板的损伤修复（Nucleotide excision repair，NER）。NER过程有两个分支，一个是全基因组NER（Global genome NER，GG-NER），会通过感应全基因组上DNA双螺旋的畸变而对DNA损伤进行修复；另外一种是转录偶联的核苷酸损伤修复（Transcription-coupled nucleotide excision repair，TC-NER），对转录过程中的DNA进行损伤修复【4】。为了对甲醛造成机体损害的具体机理进行解析，作者们首先想知道甲醛造成的DNA损伤修复是哪一种。为此，作者们分别构建了缺乏GG-NER、TC-NER以及同时缺乏GG-NER和TC-NER的转化小鼠胚胎成纤维细胞系模型，并且与甲醛解毒酶（Formaldehyde-detoxifying enzyme）ADH5缺乏进行组合。作者们发现与GG-NER缺失的小鼠相比，另外两种小鼠细胞系对甲醛的处理是非常敏感的，同时缺乏ADH5会进一步加重对甲醛处理的敏感性。在遭遇DNA损伤后，活跃转录的RNA Pol II会出现停滞，RNA Pol II最大亚基RPB1会被快速泛素化然后进行降解，而后未处于转录状态的RNA Pol II会进入转录活跃状态开始转录。通过在HEK 293细胞中进行检测，作者们发现甲醛刺激也会产生相似的响应。在ADH5以及CSB单独敲除或者双敲除的细胞系中的，也会出现明显的甲醛诱导的RNA Pol II降解，且双敲除细胞品系会对甲醛处理的响应更加敏感。因此，该结果说明细胞内的解毒作用以及CSB会保护细胞免受甲醛的毒性，甲醛暴露会导致转录阻碍的DNA损伤从而引发RNA Pol II多聚泛素化修饰和降解。进一步地，为了对甲醛造成内源DNA损伤以及NER修复的充分性进行检测，作者们构建了不同NER的小鼠的缺乏模型。与先前的结果相一致的是，缺乏NER且同时缺乏甲醛解毒酶ADH5的小鼠会出现机体健康状况渐进性下降、肾脏功能障碍并最终死于肾衰竭。甲醛DNA加合物N2-Me-dG是生物体内甲醛暴露生物标记物，在ADH5缺乏或者CSB同时缺乏的雄性小鼠中水平更高，说明甲醛对小鼠的影响还具有明显的性别二态性。而且不管是内源还是外源的甲醛累积都足以造成小鼠出现类似于人类科凯恩氏综合征的特征。那么解毒酶缺失且CSB缺乏的小鼠中肾脏衰竭的原因是什么呢？单细胞RNA-seq为疾病中不同细胞种类变化的鉴定提供技术支持。为此，作者们的采用scRNA-seq对小鼠响应甲醛的细胞图谱进行鉴定，发现肾小管上皮细胞（Proximal tubule cells）的转录谱在科凯恩氏综合征小鼠模型中受到的影响是最大的。进一步，作者们对科凯恩氏综合征小鼠模型肾小管上皮细胞的状态和功能的进行确认，发现受损伤的肾小管上皮细胞中会表达GDF15以及p21，这些基因都受到p53的调节。Gdf15基因编码TGF-β超家族的蛋白，是著名的食欲抑制因子。GDF15介导DNA损伤引发的恶液质（Cachexia），恶液质和严重的生长迟缓也是人类凯恩氏综合征的重要特征。作者们发现肾脏正是GDF15分泌的关键器官。因此，科凯恩氏综合征小鼠模型中会出现生长迟滞、体重减少以及血液中GDF15的表达。总的来说，该工作建立了科凯恩氏综合征小鼠模型，并找到了甲醛导致机体损害以及引发肾脏衰竭的具体分子机制。另外，Cisplatin是化疗药物，也会造成p53依赖的GDF15的分泌，刺激恶液质体重降低。因此，本研究中发现的GDF15以及其受体的作用轴可以作为缓解化疗药物胃肠反应和肝肾毒性的药物开发靶标。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04133-7

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。

机体与共生微生物相互作用，共同进化，在机体的免疫系统发育和稳态维持发挥关键作用。微生物代谢物多样性水平很高，宿主已经进化出复杂的机制来区分病原体和共生体衍生而来的分子。但是在一个物种中，微生物代谢物仍然会存在结构变异。以结构为基础探究化学异构体的生物学作用极具挑战性。在人肠道微生物中，脆弱拟杆菌经常用于研究共生菌衍生物活性的分子机制。目前已经鉴定出α-半乳糖神经酰胺（α-Galactosylceramide BfaGCs）是由脆弱拟杆菌产生的可用做免疫调节分子的衍生物。新生小鼠脆弱拟杆菌单菌定植或者新生小鼠口服BfaGCs可以调节肠道NKT细胞数量。而给与小鼠BfaGCs突变的脆弱拟杆菌，小鼠的表现类似于无菌小鼠。也有报道发现鞘氨醇单胞菌可以调控肠道NKT（natural killer T）细胞功能。但是菌群衍生物在调控宿主免疫系统中的分子机制尚不清楚。2021年11月10日，来自哈佛大学的Dennis L. Kasper 团队在Nature 上发表题为Host immunomodulatory lipids created by symbionts from dietary amino acids 的文章。本研究从结构水平上证实BfaGCs可以直接作用于NKT细胞，与CD1d和TCR结合激活NKT。作者首先利用LC-MS/MS技术分析脆弱拟杆菌鞘脂发现BfaGCs是同源酰基链的混合物。其中C34丰度最高。鉴于共生菌来源鞘脂的结构多样性，作者系统构建了16个BfaGCs类似物，7个异构体。支链BfaGCs在真核生物中相对少见，原核生物中更常见。于是作者评估了支链氨基酸对于BfaGCs生物合成的影响。分析后发现支链氨基酸可以直接渗入脂质决定BfaGCs的结构，而不含氨基酸时BfaGCs倾向于单支和非支化结构。进一步研究发现宿主饮食中补充或者去除支链氨基酸直接影响单支和分支型鞘脂的比例。这些结果在分子水平证实了宿主膳食对于肠道菌群衍生物合成的影响。接下来作者开始通过靶向脆弱杆菌支链氨基酸代谢途径来探究支链BfaGCs对于肠道NKT的调控作用。支链氨基酸转氨酶BCAT将支链氨基酸脱氨基为a-酮羧酸，进一步再转化为支链脂肪酸。作者构建了目标基因敲除菌株（BF9343-Δ3671）。对比发现野生菌株与敲除菌株在小鼠肠道定植水平相当，敲除菌株产生不含分支的BfaGCs水平更高。分析结果显示敲除菌株定植的小鼠成年后结肠NKT细胞数量较高。作者又利用BMDC（小鼠骨髓来源树突状细胞）和NKT共培养体系评估21种合成BfaGCs对NKT的作用。检测IL2的产生水平，作者把21中合成物分成了两组：强刺激物和弱刺激物。10个属于强刺激物都是分支结构，11个弱刺激物没有这些结构。作者又直接挑选了支链和不含支链的代表合成分子SB2222和SB2223，浓度梯度实验发现支链长度与刺激强度无关。作者用脆弱拟杆菌主要合成的SB2217 和SB2219进行体内实验。对比与KRN7000诱导的IFNr产生和CD1d配体OCH诱导的IL4，含支链的SB2217则只能较弱的产生IFNr和IL4，不含支链的SB2219则几乎不能产生IFNr和IL4。预防性给与小鼠SB2217可以保护小鼠免受炎症，减少小鼠体重减轻和组织损伤。为了细致分析SB2217的体内效应，作者分析了SB2217处理后脾脏NKT细胞的转录组特征。分析发现SB2217可以促进NKT相关细胞因子表达以及免疫信号的激活。这表明SB2217是CD1d的功能性配体和NKT细胞的激动剂。最后作者分析了BfaGC和CD1d、TCR相互作用的晶体结构，从结构水平上证明了BfaGC是由CD1d呈递的配体，并被NKT细胞受体以保守方式识别。亲和力比较支链BfaGC SB2217大于非支链 SB2219。本研究证实BfaGCs的分支结构是激活NKT细胞的关键决定因素，从而诱导特定的免疫调节基因表达特征，并从结构水平和亲和力分析证实了BfaGCs与CD1d和TCR相互作用方式。本文为菌群、饮食以及免疫系统相互作用提供了分子机制范式。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04083-0

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

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。

以大黄素为代表的蒽醌类化合物是一类广泛存在于植物和丝状真菌中的重要天然产物，因其多样的生物学活性，如消炎、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、泻下等，而备受关注。蒽醌化合物C10-C4a键的切割是导致开环产生裂醌化合物结构多样性的关键。尽管裂醌化合物的生物合成途径已基本清晰，但其中最为关键的蒽醌开环机制却仍存在疑团。　　日前，中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物制造工程中心研究人员针对土曲霉地曲霉素生物合成基因簇中关键基因GedF和GedK展开了研究，发现了一类双酶催化的蒽醌双加氧开环新机制，相关成果以Bienzyme-catalytic and dioxygenation-mediated anthraquinone ring opening为题在线发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上。　　大黄素-8-甲醚是一种蒽醌类化合物，也是土曲霉地曲霉素生物合成途径中的关键中间体。基于前期同位素追踪实验和日本学者Sankawa等的研究结果，长期以来科学界一直倾向于大黄素-8-甲醚的Baeyer-Villiger氧化开环假说。基于该假说，一个Baeyer-Villiger氧化酶催化大黄素-8-甲醚生成具有七元环结构的中间体，进而水解开环形成开环产物desmethylsulochrin。但是，本工作中研究人员通过一系列体内敲除和体外酶活表征研究发现，GedF和GedK两个酶共同催化了大黄素-8-甲醚的开环过程，其中GedF首先催化还原大黄素-8-甲醚产生大黄素-8-甲醚氢醌，进而大黄素-8-甲醚氢醌在GedK的作用下开环产生desmethylsulochrin。　　进一步18O同位素追踪实验显示，开环产物desmethylsulochrin中新增的两个氧原子均来源于同一个O2分子，且GedK执行催化开环功能并不需要辅因子FAD和NADPH的参与，这说明GedK是一类独特的不需要辅因子参与的双加氧酶。上述发现彻底推翻了传统的蒽醌化合物Baeyer-Villiger氧化开环假说，并提出了一种双酶催化双加氧反应介导的蒽醌开环新机制。　　有意思的是，还原酶GedF和双加氧酶GedK双酶开环系统具有较广的底物宽泛性，可催化多种蒽醌类化合物开环，且其同源蛋白在自然界裂醌化合物生物合成基因簇中成对出现并存在共进化关系。本研究的开展不仅为阐明更加复杂的裂醌化合物生物合成机制提供了借鉴，更为合成生物学元件库提供了两种全新的酶学元件。　　研究工作获得了国家自然科学基金、山东省人才计划和国家重点研发计划的支持。

新冠病毒肺炎疫情至今已造成全球1.4亿人感染和300余万人死亡。随着疫情进展，突变病毒株不断出现，对中和抗体和疫苗的防护效果提出了严重挑战，迫切需要针对各型突变株中高度保守的转录复制过程开展深入研究，阐明关键药物靶点的工作机制，发现能够有效应对各种突变株的抗病毒药物。 新冠病毒是目前已知RNA病毒中基因组最大的一种病毒（约30 kb），其基因组编码了一系列非结构蛋白，并按照一定的空间和时间顺序，形成复杂的超分子蛋白质机器“转录复制复合体”（RTC），负责病毒转录复制的核心过程，包含了众多保守的抗病毒药物设计的关键靶点。由于基因组极大，同时聚合酶复制保守性较差，新冠病毒进化出一种独特的“复制矫正”（proofreading）机制，利用转录复制复合体中关键的nsp14蛋白对复制过程进行矫正，一旦发现聚合酶合成了错误配对的碱基，立刻通过nsp14具有的外切核酸酶（ExoN）将错误碱基处理掉，保证复制的准确进行，这也是病毒逃逸核苷类抗病毒药物的关键途径。同时，nsp14是一个独特的双功能蛋白，除负责复制矫正的外切核酸酶外，还拥有一个N7甲基化酶（N7-MTase），负责mRNA加帽过程关键的第三步催化反应。复制矫正和加帽过程如何进行，特别是两个截然不同的生化过程如何在一个nsp14蛋白中协同作用，是20多年来冠状病毒研究领域中最关键的几个“未解之谜”之一。 2021年5月24日，清华大学饶子和院士、娄智勇教授团队与上科大高岩博士合作在Cell发表研究论文Cryo-EM Structure of an Extended SARS-CoV-2 Replication and Transcription Complex Reveals an Intermediate State in Cap Synthesis，解析了新冠病毒超分子蛋白质机器“转录复制复合体”关键状态的三维结构，揭示了病毒mRNA加帽、基因组复制矫正、逃逸核苷类抗病毒药物的分子机制。这是该团队在新冠病毒转录复制复合体研究中，继在Science、Cell等期刊上连续发表4项成果后的又一重要工作。 新冠疫情爆发后，清华大学饶子和院士、娄智勇教授团队针对新冠病毒转录复制机制开展的深入研究，先后阐明了“核心转录复制复合体”（C-RTC）[1]、“延伸转录复制复合体”（E-RTC）[2]和“加帽中间态转录复制复合体”[Cap(-1)’-RTC][3]的工作机制。在此基础上，研究团队成功解析了Cap(-1)’-RTC与nsp10/nsp14形成的超级复合体Cap(0)-RTC的三维结构（图1）。 图1 新冠病毒Cap(0)-RTC的工作机制 在该复合体中，nsp9蛋白发挥了“适配器”（adaptor）的作用，通过与nsp14蛋白相互作用，将nsp10/nsp14复合体招募到Cap(-1)’-RTC中，从而利用nsp14的N7甲基化酶结构域完成mRNA加帽过程的第三步关键反应。尤为重要的是，研究团队发现Cap(0)-RTC在溶液状态下会形成稳定的同源二聚体。在二聚体中，解旋酶nsp13通过其1B结构域的重大构象变化，引导模板核酸链反向移动，引发产物链backtracking机制，从而将产物链3’末端传输至另一Cap(0)-RTC的nsp14外切核酸酶结构域的反应中心，完成错配碱基的矫正过程（图2）。 图2新冠病毒复制矫正的in trans backtracking机制 这一发现所提出的in trans backtracking的复制矫正机制，与真核/原核细胞RNA聚合酶Pol II的复制矫正机制具有一定的类似性，表明作为基因组最复杂的RNA病毒，新冠病毒的转录复制过程已与高等生物具有一定的类似性，阐明了冠状病毒研究领域20多年来悬而未决的关键科学问题。同时，复制矫正机制是新冠病毒逃逸核苷类抗病毒药物（如瑞德西韦）的关键机制，一旦核苷类药物被加入RNA产物链中，即会被病毒的复制矫正过程去除，从而丧失抑制活性，目前仅有NHC及其衍生物可以逃逸该过程。该成果也将对未来进一步优化和发展新型核苷类抗病毒药物提供关键的结构基础。 该成果的获得得益于研究团队在冠状病毒转录复制领域中17年多的长期积累。自新冠疫情发生后，研究团队系统研究了新冠病毒转录复制过程，阐明了关键药物靶点蛋白主蛋白酶Mpro和转录复制复合体多个状态三维结构，为认识病毒的生命过程、发展高效抗病毒药物提供了关键信息，先后在Nature[4]、Science[1]、Cell上[3,5]和Nature Communications[2]上发表系列研究论文，是国际上抗新冠药物靶点研究中最为系统、引用最多的工作之一。 清华大学饶子和院士、娄智勇教授/ChangJiang学者特聘教授和上海科技大学的高岩博士为共同通讯作者，清华大学医学院和生命学院的闫利明博士、杨云翔博士，以及博士生李明宇、张盈、郑礼涛、葛基、黄雨岑、刘震宇为共同第一作者。 专家点评（一） 钟南山（中国工程院院士） 从“非典”到“新冠”，科学依靠坚守 基础研究是科技创新的源头，是人类认识自然、适应和改造自然的知识源泉，需要科学家长期的坚守和耕耘。 自2003年“非典”开始，在不到20年的时间里，全球已经出现了3次由冠状病毒导致的传染病。尤其是此次新冠疫情，在全球已经造成超过1亿多人感染，而且随着疫情发展，突变病毒不断出现，一些已有的中和抗体不能很好的中和突变病毒，部分疫苗针对突变病毒的保护效果也有一定程度下降。深入认识病毒的生命周期，开发能够有效应对各种突变病毒的广谱抗病毒药物，将成为今后一段时间抗疫工作的重点内容之一。 目前针对新冠病毒的抗病毒药物研究，主要针对的是病毒转录复制过程的关键靶点蛋白，如蛋白酶和聚合酶等。针对这两个靶点的抑制剂已有相当数量的进入临床实验，例如瑞德西韦（Remdesivir）等。以瑞德西韦为代表的核苷类抗病毒药物主要作用于病毒的聚合酶，在被掺入产物核酸链后，阻断病毒核酸的合成，进而抑制病毒的转录复制过程。然而，在此类抑制剂进入临床研究后，其抗病毒效果与预期有一定差距。除药物代谢等问题外，冠状病毒通过特有的“复制矫正”（proofreading）机制逃逸核苷类抗病毒药物的抑制，可能是此类抗病毒药物抑制效果不佳的一个重要原因，目前仅有NHC及其衍生物能够躲避病毒复制矫正机制的干扰。对这个机制开展深入研究，将为今后发展广谱、高效的抗冠状病毒药物提供关键的科学信息。 子和教授及其团队在新冠疫情爆发后，针对新冠病毒转录复制机制开展了系统研究，先后阐明了“核心转录复制复合体”（C-RTC）[1]、“延伸转录复制复合体”（E-RTC）[2]和“加帽中间态转录复制复合体”[Cap(-1)’-RTC][3]的工作机制。在这些工作的基础上，他们又在世界上第一次成功组装成含有形式复制矫正功能的nsp14蛋白的超分子机器Cap(0)-RTC。通过结构分析，他们发现在Cap(0)-RTC形成的同源二聚体中，解旋酶通过自身构象改变，引导模板核酸链反向移动，引发产物链“回溯”（backtracking）机制，进而将产物链3’末端传输至另一Cap(0)-RTC的nsp14外切核酸酶结构域的反应中心。复制矫正机制是新冠病毒逃逸核苷类抗病毒药物的关键机制，一旦核苷类药物被加入RNA产物链中，在其被聚合酶感知为“错配碱基”后，立刻会被病毒的复制矫正过程去除，从而丧失抑制活性。他们的研究工作，为我们生动展现了这一过程的可能机制。复制矫正的回溯机制，是从低等到高等生物细胞保证基因复制准确性的重要机制，但在病毒中以往还没有发现此类机制。这一研究成果不但发现病毒中的类似机制，是认识生命进化的重要成果，而且为进一步优化和发展新型核苷类抗病毒药物提供了关键的结构基础。 子和教授自2003年SARS爆发后，就一直在冠状病毒转录复制机制研究领域开展工作，至今已坚持了18年。2003年SARS疫情爆发期间，我当时即已了解子和教授在SARS病毒的一系列成果，智勇教授那时才刚刚开始博士阶段的学习。子和教授的研究组在国际上率先解析了SARS-CoV主蛋白酶的三维结构[6]，并研发了一系列高效抑制剂[7]，他们当时在转录复制复合体上的研究[8]至今仍被国际同行认为是冠状病毒转录复制复合体机制研究的“开篇之作”。这些积累，为新冠疫情爆发后他们在新冠病毒基础研究中取得的一系列重要成果奠定了坚实的基础，通过阐明新冠病毒主蛋白酶和转录复制复合体多个状态的三维结构，为认识该病毒的生命过程、发展高效抗病毒药物提供了关键信息，先后在Nature[4]、Science[1]、Cell[3,5]和Nature Communications[2]上发表系列研究论文，是国际上抗新冠药物靶点研究中最为系统、引用最多的工作之一。 2020年9月11日，习近平总书记在科学家座谈会上总结了新时代科学家精神，强调要有勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神，甘为人梯、奖掖后学的育人精神。18年来，子和教授的团队中有100多人先后参与冠状病毒研究，累计发表50余篇研究论文，引用超过6000余次，均篇引用超过100次，一批早期参与的俊彦陆续成长为国家科研骨干。科学依靠坚守，子和教授团队在冠状病毒的奋斗历程，对科学家精神做了一个很好的诠释。 专家点评（二） 康乐（中国科学院院士） 从结构生物学角度认识新冠病毒的转录复制机制 新冠病毒造成的疫情，是近一个世纪以来人类面对的最大的一次公共卫生事件，深入研究病毒生命周期的分子机制，是认识病毒特征、研发抗病毒手段的关键所在。新冠病毒非常特殊，它的基因组是目前已知RNA病毒中基因组最大的一种，其生命过程所涉及的分子机制也非常复杂。新冠病毒通过两个机制保证蛋白质翻译和相对准确的转录复制过程，一是要在病毒mRNA前端加上一个帽结构（cap），用于维持mRNA的稳定性和蛋白翻译的有效进行；二是通过一个独特的“复制矫正”（proofreading）机制，对病毒基因组的复制实施控制，一旦发现核酸中的错配碱基，随时进行修正。病毒转录复制复合体上的nsp14蛋白参与了这两个关键过程，可通过其C端的N7甲基化酶完成mRNA加帽过程的第三步催化反应，同时还可通过其N端的外切核酸酶完成复制矫正过程。这一现象在“非典”病毒（SARS-CoV）即已发现，但20年来一直无法回答两个截然不同的过程如何由一个蛋白来协同执行，是冠状病毒研究领域中多年来关注的核心基础生物学问题之一。 清华大学饶子和教授、娄智勇教授团队与上海科技大学合作在Cell发表的这一工作，解析了两种不同状态的“Cap(0)转录复制复合体”Cap(0)-RTC的三维结构，发现在转录复制复合体中，病毒编码的nsp9蛋白发挥了“适配器”（adaptor）的作用，将nsp10/nsp14形成的复合体招募到聚合酶上，与聚合酶上的NiRAN结构域共同形成一个“共转录加帽复合体”（Co-transcriptional Capping Complex, CCC），展示了mRNA加帽过程中，mRNA 5’端在多个关键酶分子之间的传输路径，第一次明确揭示了基因组超大的RNA病毒是如何将以聚合酶为中心的“延伸复合体”（Elongation Complex, EC）与“加帽复合体”连接起来。更加重要的是，他们在研究中发现Cap(0)转录复制复合体在溶液状态下会形成稳定的同源二聚体，通过深入研究该二聚体的结构，提出了冠状病毒复制矫正中称之为反式回溯（in trans backtracking）的机制。进一步的研究发现，在二聚体中，一个Cap(0)转录复制复合体的聚合酶催化中心与另一个Cap(0)转录复制复合体的nsp14外切核酸酶结构域催化中心相对，使合成的产物RNA 3’末端能够通过回溯的方式传输到nsp14外切核酸酶结构域进行加工。同时，他们还发现解旋酶nsp13的1B结构域发生了重大构象变化，并通过与模板核酸链的作用，引导模板核酸链反向移动，引发产物链回溯机制。值得指出的是，通过回溯的方式进行复制矫正，在真核/原核细胞中广泛存在，但是在病毒中还是第一次观察到此类机制。虽然该过程与真核/原核细胞Pol II转录过程的复制矫正机制具有一定类似性，但在Pol II的研究中，并未观测到蛋白具有巨大的构象变化，因而Pol II中回溯的驱动力也不是十分明确，而该工作表明解旋酶通过构象变化提供了回溯的驱动力，为深入理解这一基础生物学过程提供了重要的范例。

肿瘤坏死因子超家族（tumor necrosis factor superfamily，TNF superfamily）相关分子是天然/获得性免疫调节和功能发挥的关键，该家族许多成员都是肿瘤免疫治疗和抗炎症药物研发的药物靶标。近年来，4-1BB和GITR等激活型免疫检查点分子是备受关注的TNF受体（TNFR）超家族成员，有多款抗体药物处在临床验证阶段，其配体结合机制和抗体药物作用机制研究对于新型免疫治疗策略的开发具有重要参考价值。前期研究中，中国科学院微生物研究所研究员高福团队阐明了4-1BB与其配体和激活型抗体作用的分子基础，对于理解4-1BB活化的分子基础及抗体药物开发具有重要意义（Li Y., et al., 2018. Cell Reports）。近日，该团队报道了共刺激受体糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体家族相关蛋白（GITR）与其配体GITRL的“非典型”相互作用机制，相关研究成果发表在Cell Reports上。　　GITR是参与T细胞应答调节的免疫检查点分子，靶向GITR的激活型单克隆抗体在临床研究中显示出良好的药物耐受性和显著的肿瘤抑制活性。GITR及其配体GITRL是TNF/TNFR超家族的重要成员。前期研究显示，TNF/TNFR超家族中受体-配体结合模式高度保守，受体分子与三聚体配体按照1:1的比例结合形成“3+3”的复合物，TNFR分子一般与由两个相邻TNF分子形成的侧裂区域结合，三聚体配体介导的受体交联被认为是受体信号激活的基本模式。鼠源GITR/GITRL复合物晶体结构解析与一系列细胞/蛋白水平实验验证显示，两个单体GITR分子与二体GITRL形成“2+2”复合物，GITR通过其CRD2结构域结合GITRL，二者之间的结合面与经典的TNF/TNFR超家族分子不同，位于GITRL的N149和位于GITR的D93-I94-V95决定受体/配体间主要的相互作用，表明GITR/GITRL不同于经典TNF/TNFR超家族的“非典型”相互作用模式。GITR单个结构域介导其与配体的结合现象提示，这种独特的作用模式或是TNF/TNFR超家族进化过程中的较为古老的结合模式，而其他TNFR超家族成员分子与配体结合往往已进化为由两个不同结构域介导结合的特异性与高亲和力。研究发现，小鼠GITR中的D93-I94-V95（DIV）与人GITR中相应的K105-F106-S107（KFS）区域决定受体与其配体结合的种属特异性。尽管鼠源与人源GITR/GITRL不能交叉识别，小鼠GITR配体结合关键位点“DIV”至“KFS”突变导致其与人GITRL交叉识别，并在NFAT-Luc-Jurkat T细胞信号模型中诱导T细胞激活信号。　　该研究发现的GITR/GITRL不同于经典TNF/TNFR超家族的“非典型”相互作用模式，拓展了关于TNF/TNFR超家族分子相互作用模式的认知，并为基于GITR/GITRL相互作用的药物设计提供了理论基础。研究工作得到中科院战略性先导科技专项、国家重大科技专项的支持。　　近年来，该团队在免疫检查点受体分子的配体识别机制及抗体药物作用机制研究方面开展了系列工作，相关成果发表在Cell Research、PNAS、Nature Communications、Cell Reports、EMBO Reports等上，这为理解T细胞免疫调节机制以及免疫检查点分子为基础的药物开发提供了重要的理论依据。

在经典条件反射中，一个中性刺激与具有奖赏或惩罚作用的非条件刺激进行偶联，就能成为可以单独引发奖赏或惩罚反应的条件刺激，形成“条件刺激预示着非条件刺激会发生”的记忆。记忆形成后，若反复发生条件刺激单独出现而不伴随非条件刺激的情况，那么条件刺激对非条件刺激的预示作用就会被重新评估，甚至形成“条件刺激预示着非条件刺激不会发生”的消退型记忆（extinction memory），于是记忆消退（memory extinction）就发生了。消退型记忆会影响条件刺激对非条件刺激的预测强度，对动物依据环境变化采取适应性行为具有重要作用，也被应用于“暴露疗法”来治疗创伤后应激障碍成瘾等疾病。消退型记忆具有两个显著特征：第一，需要多次训练以形成；第二，维持时间比原本记忆短，使得原本记忆在被抑制一段时间后发生自发性恢复（spontaneous recovery）。这样的特性使得以记忆消退为基础的暴露疗法成本高昂，还无法保证长期有效。因此，理解“多次训练却只能形成短期维持的记忆消退”背后的机制，对提高暴露疗法的治疗效果有重大意义。饥饿的果蝇可以通过偶联气味及蔗糖来形成嗅觉奖赏性记忆，并且单次偶联即可形成能够维持24小时以上的长时程记忆。然而要形成针对24小时奖赏性记忆的消退型记忆，却需要多次给予果蝇单独的条件刺激，而且形成的消退型记忆也维持不到24小时，之后奖赏型记忆就会自发恢复。这样的发现使得利用果蝇的奖赏性长时程记忆来研究消退型记忆的形成以及维持的机制成为可能，加之消退型记忆的形成能力被发现有昼夜波动，所以可以利用果蝇相对明晰的节律神经网络以及丰富的遗传工具，通过短暂操控节律神经元的活性来研究其对记忆消退的影响。果蝇的节律神经元可以依据位置和胞体形态分为包括DN1神经元在内的若干亚群，本项研究发现这其中存在少量表达Cryptochrome的DN1神经元，发挥着门控消退型记忆形成的作用。研究者们发现，多次消退训练形成的消退型记忆依赖于DN1节律神经元的活性升高，因为如果抑制这种升高，那么即使训练多次，也无法观测到记忆消退的现象。与此同时，原本无法稳定形成消退型记忆的单次消退训练，如果伴随上果蝇DN1节律神经元的短暂激活，就能够稳定地形成足以维持3小时以上的消退型记忆，并在24小时以后消失殆尽，与多次消退训练的结果相似。研究者接下来通过两个实验来进一步证实和探索DN1节律神经元对记忆消退的门控作用：第一，功能钙成像数据显示出果蝇的每个半脑中有1～3个DN1节律神经元在特异性响应多次消退训练；第二，记忆消退所必须的DN1神经元的下游之一，SIFamide神经元，也是记忆消退所必须的。这些结果共同揭示出果蝇节律神经元参与调控记忆消退的门控机制：多次记忆消退训练首先稳定地激活了DN1神经元，这样的激活进一步使得单次消退训练能够稳定地引起消退型记忆的形成；反之，如果DN1神经元的活性被限制在低水平，那么即使多次消退训练，也无法形成消退型记忆。这个机制认为在消退型记忆的形成过程中，条件刺激与“非条件刺激不会出现”只发生了一次偶联，而果蝇的单次训练在很多情况下只能形成短时程记忆，因此这个机制在一定程度上解释了为何多次消退训练无法形成长期维持的消退型记忆。

2月3日，中国科学院上海巴斯德研究所刘星课题组在Nature上，发表题为Streptococcal pyrogenic exotoxin B cleaves GSDMA and triggers pyroptosis的研究论文。该研究首次发现并报道化脓链球菌GAS毒力因子SpeB通过切割激活GSDMA触发皮肤上皮细胞焦亡并抑制其系统性感染。　　A族链球菌（Group A streptococcus，GAS），又称化脓链球菌（Streptococcus pyogenes），是自然界广泛存在的一种强毒力致病菌，可通过宿主皮肤及呼吸道黏膜感染并引发多种疾病，包括猩红热、丹毒、致命坏死性筋膜炎、中毒性休克及脓毒症等。全球每年约有7亿人受其感染（50多万死于中重度感染）。GAS的皮肤定植及侵袭能力与其分泌的毒力因子密切相关，其中关键毒力因子之一是链球菌热原外毒素B（streptococcal pyrogenic exotoxin B，SpeB）。GAS感染后临床严重程度与其SpeB表达量呈显著负相关，而具体分子机理尚不清晰。　　为探究SpeB在GAS侵袭性感染中功能，研究利用GAS小鼠皮肤感染模型，比较野生型及不同毒力因子缺失GAS菌株致病能力。结果显示，相比于野生型及其他毒力因子缺失菌株感染后出现的严重化脓和坏死性病变，SpeB缺失GAS菌株感染后感染部位未观察明显皮肤溃烂且中性粒细胞明显减少；同时，小鼠表现出更严重的系统性感染和死亡。通过原代皮肤角质细胞GAS感染实验发现，相比于其他菌株，GAS SpeB的缺失使其丧失诱导细胞焦亡样细胞死亡的功能，并促进其系统性感染。在此基础上，研究运用CRISPR/Cas9全基因组敲除筛选平台，筛选鉴定出SpeB诱发皮肤上皮细胞焦亡的关键蛋白：GSDMA——炎性细胞死亡（焦亡）关键执行者Gasdermins家族成员之一。进一步，研究从分子层面详细解析了SpeB激活GSDMA机制：SpeB特异性剪切GSDMA（而非Gasdermins家族其他成员），产生约27kDa的N-末端片段并诱导细胞焦亡；Edman测序和质谱分析发现SpeB切割GSDMA第246位氨基酸；胞内导入体外纯化的GSDMA 1-246aa片段可直接诱导细胞焦亡；脂膜试纸条和脂质体结合实验揭示GSDMA 1-246aa能够与细胞膜磷脂以及含有相应磷脂的脂质体结合；脂质体泄漏实验证明GSDMA 1-246aa能够在特定脂质体上成孔；序列比对结果显示该剪切位点在小鼠Gsdma1中保守；SpeB诱导的Gsdma1切割可诱发小鼠上皮细胞焦亡；小鼠GAS感染部位可检测到Gsdma1剪切；相比于野生型小鼠，Gsdma1的敲除使其对GAS感染更加敏感。　　该研究首次发现并报道皮肤上皮细胞（KCs，“宝船”）表达的GSDMA分子（“火炮”）既作为外源病原感受器识别化脓链球菌（GAS，“海盗船”）毒力因子SpeB（“钩锁”），同时作为免疫效应器在细胞膜上打孔（“炮筒”），释放炎性因子（“炮火”）引起细胞焦亡及皮肤化脓坏死性病变，以控制病原菌进一步系统性感染。该研究揭示了机体免疫防御应答中的新型机制——单一蛋白（GSDMA）同时作为病原菌感受器和宿主效应因子，并为由如化脓链球菌等致病菌感染引起的相关疾病的临床治疗提供了新靶点和新思路。　　论文链接

多能干细胞是个体发育的基础，也是再生医学的重要种子细胞之一。由于发育地位特殊，多能干细胞基因组具高度稳态（如小鼠胚胎干细胞的基因组变异率仅为胚胎成纤维细胞的1/100）。尽管多能干细胞较分化细胞具更强的基因组稳态维持能力，大量扩增培养、持续的DNA复制及特殊的细胞周期往往导致基因组变异，破坏其分化潜能，并产生致瘤风险，成为多能干细胞走向临床应用的首要障碍。研究多能干细胞维持基因组稳态的特殊机制，有助于解决应用中大量扩增培养产生的基因组变异难题，并能为体内胚胎发育失败或缺陷研究提供新思路。　　中国科学院昆明动物研究所研究员郑萍课题组长期研究多能干细胞基因组稳态特征和独特调控机制。在前期工作中，鉴定了多能干细胞基因组稳态特异关键调控蛋白因子Filia和Floped，并阐述了其作用机制及体内重要生理功能（Cell Stem Cell 2015,16(6):684-698；Cell Research 2018,28(1):69-89；PLoS Biology 2019,17(10):e3000468；Science Advances 2020,6:eaba0682）。　　长链非编码RNA（long noncoding RNA, lncRNA）能通过相变，和蛋白因子形成condensates，有效增强蛋白因子浓度，从而显著提高工作效率。研究人员推测，多能干细胞很可能存在一些特异表达的lncRNAs，在其高效调控基因组稳态中起重要作用。为此，该研究对小鼠胚胎干细胞进行不同种类的DNA损伤处理，结合RNA-seq分析，筛选到了10多个表达响应损伤处理的干细胞特异lncRNA。针对其中1个尚未注释、表达变化最为显著且具物种保守性的lncRNA（命名为Discn，DNA damage-induced stem cell specific noncoding RNA）进行了深入的功能和机制分析。发现Discn对维持多能干细胞基因组稳定性至关重要，并揭示了其作用机制。Discn定位于核仁，和核仁蛋白NCL结合，阻止NCL在DNA损伤情况下迁移到核质和RPA形成蛋白复合体，从而增强自由RPA含量。自由存在的RPA是DNA代谢（复制、修复和重组）的关键调控因子。因此，Discn-NCL-RPA轴能高效调控DNA复制和修复。Discn也广泛表达于神经干细胞、精原干细胞等成体干细胞中，提示其有重要生理功能。研究人员还构建了Discn基因敲除小鼠，发现Discn基因敲除可导致新生致死及神经发育异常，这些表型主要是由体内DNA损伤产生的严重炎症反应引起。该研究揭示了多能干细胞中lncRNA介导的基因组稳态调控新机制，研究结果以A novel lncRNA Discn fine-tunes replication protein A (RPA) availability to promote genomic stability为题，于近日发表在Nature Communications上。　　该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划的资助。 　　论文链接

曹雪涛团队揭示抗病毒免疫应答新型表观遗传机制中国工程院院士曹雪涛团队发现，DNA甲基化酶Dnmt3a能使天然免疫细胞针对病毒感染处于一种敏感状态，一旦识别病毒入侵就可以显着产生干扰素和启动抗病毒天然免疫反应，该发现揭示了抗病毒免疫应答新型表观遗传机制，也为病毒感染性疾病防治提出了新的潜在分子靶标。成果近日发表于《自然—免疫学》。树突状细胞与巨噬细胞作为关键性天然免疫细胞，能及时识别病毒入侵并启动有效的天然免疫应答以抵御病毒感染，但为什么天然免疫细胞“天生”具备如此快速应答的抗病毒免疫功能？哪些调控分子决定了天然免疫细胞具备快速免疫应答的功能特征？曹雪涛与浙江大学免疫所博士生李霞、第二军医大学免疫所讲师张迁合作，发现DNA甲基化酶Dnmt3a能促进天然免疫细胞释放I型干扰素以抵御病毒感染。研究表明，Dnmt3a结合在HDAC9远端启动子区并维持该区域的DNA高甲基化，从而拮抗该区域的H3K27me3，促进近端启动子的活化型组蛋白修饰水平以维持HDAC9高表达。高表达的HDAC9进而通过一定机制高效诱导Ⅰ型干扰素产生，启动抗病毒天然免疫反应。该研究揭示了表观遗传调控因子参与构建天然免疫细胞特异性抗病毒功能状态，即DNA甲基化能够通过其非经典功能维持信号转导通路的关键调控分子高表达，从而为天然细胞在病毒入侵时能够及时高效地启动抗病毒免疫反应做好准备。该研究为如何有效抗御病毒感染提供了潜在的药物靶点。

抗体药经过30余年的发展，已成为全球医药市场的重要组成部分，目前大分子生物制药市场（包括重组蛋白类药物）急速增长已突破千万亿美元。从2017年市场表现来看，全球10大最畅销药物中：除2个小分子药物以外，另外8个都是大分子药物，包括6个抗体药物和2个融合蛋白。其中药王“Humira”销售额高达184亿美元，上市16年来累计为Abbvie贡献了1120亿美元销售额。近年来新型肿瘤免疫调节抗体药物（如PD-1/PD-L1阻断剂）的兴起也带来了新的治疗突破，其中由BMS研发的第一个针对PD-1的治疗型抗体Opdivo，以近60亿美元上榜Top10。 在药物研发方向，生物大分子药物市场高度集中，巨头垄断地位“超然”，而同时生物制药市场也孕育着诸多新机会和变化，新靶点、新作用机制的抗体药层出不穷，研发企业在生物制药领域大有可为。针对生物大分子制药研发流程的每一个环节，PerkinElmer公司可提供覆盖分子-细胞-活体-组织的全方位检测技术、仪器平台、试剂耗材及相关服务。 针对生物大分子制药研发流程的每一个环节，PerkinElmer公司可提供覆盖分子-细胞-活体-组织的全方位检测技术、仪器平台、试剂耗材及相关服务。针对杂交瘤、噬菌体或人源B细胞等不同文库的抗体筛选，高通量多模式检测系统、多标试剂（如高灵敏度免洗Alpha技术）及细胞株、高内涵细胞显微成像系统、自动化样品处理工作站可以在分子及细胞水平提供最佳的高通量抗体筛选及优化方案。对于抗体药物的临床前/临床功能验证、安全评价及治疗效果，可借助生化检测及分子影像学平台，完成从分子机制、细胞信号通路、组织微环境及整体动物水平的系统评价。针对抗体工艺开发及生产质控过程中的抗体纯度、糖基化、片段化/聚合化、荷电异质性及宿主细胞残留等重要质控指标，全自动毛细管电泳抗体分析系统和多模式检测及专业试剂盒可大大降低该环节的技术成本。另外，随着医疗大数据时代的到来，PerkinElmer Signal数据挖掘分析系统，结合高质量显微成像技术和数字定量病理智能算法，为基础研究到临床实践的转化进一步助力加速。该应用方案将涵盖： 体外抗体高通量筛选及优化体外抗体功能性评价及研究动物活体水平抗体治疗评价临床组织病理抗体诊断治疗详情请点击样本封面下载生物大分子制药整体解决方案样本：关于珀金埃尔默：作为全球领先的科研仪器和服务提供商，珀金埃尔默公司致力于为创建更为健康的世界而不懈努力。我们的业务涵盖医学诊断、科研和分析仪器等。我们在全球拥有11000名专业技术人员，时刻准备着为客户提供最优质的服务，帮助客户解决各项科学难题。我们在分析检测、医学成像、信息技术和售后服务方面的专业知识，以及深入的市场洞察力，可协助客户为改善我们的生活环境而不懈探索。2017年，珀金埃尔默年应收达23亿美元，为超过150个国家和地区提供服务，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公司的信息，请访问PerkinElmer官方网站www.perkinelmer.com.cn

核磁共振方法除可获得分子结构信息外，还可观测分子的动态特性，这些可为阐明蛋白质等生物大分子的功能机制提供重要信息。随着高速魔角旋转技术的发展，固体核磁谱分辨率大幅提高，从理论上突破了液体核磁观测的分子量的限制，逐渐被运用于研究磷脂膜环境中的膜蛋白等超大生物分子复合物体系的动态构象。但低信号强度和低分辨率限制了生物分子固体核磁研究的广泛开展。自然界中氢原子和氟原子的旋磁比大、NMR信号强，是比较理想的NMR观测对象。氟原子在生物分子结构中极少存在，无观测背景信号，是理想的NMR观测探针。因此，氢检测和氟检测方法的发展可能显著扩展固体核磁在复杂生物体系中的运用。 　　2023年8月23日，中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心史朝为课题组在国际著名学术期刊ScienceAdvances上在线发表了题为“Fluoride permeation mechanism of the Fluc channel in liposomes revealed by solid-state NMR”的研究论文，研究团队以氟离子通道蛋白Fluc-Ec1作为研究对象，结合氘代和19F定点标记方法，发展并优化膜蛋白固体核磁氢检测及氟检测研究方案，为膜蛋白核磁研究提供新思路。环境中的氟离子可通过弱酸积累效应在细菌细胞内积累，产生毒害作用。微生物通过F-膜转运蛋白将F-运输至体外进而抑制其毒性作用。来自Fluc(fluoridechannel)家族的Fluc-Ec1蛋白是由130个左右的氨基酸组成的离子通道，具有独特的双重拓扑二聚体的结构，且对氟离子具有高度选择性。静态的F-通道蛋白的晶体结构难以描述F-渗透的具体机制，F-通道蛋白被抗体类似物固定在一种构象上。氟原子和氧原子相似的电子云密度以及分子动力学模拟数据使得晶体结构中极性轨道(polartrack)上的氟离子结合位点(F1and F2sites)引发争议，另外突变体功能保留或丧失的机制目前仍不清楚。 　　研究团队通过观测磷脂膜环境中的Fluc-Ec1在不同氟离子浓度中的构象，结合基因密码子扩展方法，在蛋白质前庭位置引入非天然氨基酸三氟甲基苯丙氨酸(tfmF)，设计19F-19F自旋扩散实验，验证了Fluc-Ec1存在新的氟离子结合位点(F0site)。研究团队利用1H-1H自旋扩散实验直接检测水和蛋白质的相互作用，通过氘代来减少氢原子的非相干背景，结合water-hNH谱图以及自旋扩散传递和衰减规律，得到了主链酰胺质子和水分子的距离信息，证明了F1位点结合的是水，而不是氟。 　　此外，晶体学研究无法从结构的角度解释F80M突变体具有功能活性而F83M突变体丧失功能活性的现象，研究团队通过分别对比F80M、F83M和野生型蛋白脂质体样品的碳检测谱图，结合液体核磁共振技术验证loop 1突变体功能，发现loop 1是F83M突变体丧失通道活性的重要因素，进一步揭示了loop 1在F-渗透过程中的重要性。综上，研究团队更正了先前推测的氟离子通道离子配位位点，提出氟-水交替“water-mediated knock-on”的渗透模型，为全面理解Fluc通道中的渗透和门控机制提供科学依据。中国科学技术大学张瑾、宋丹、李娟以及德国亚琛工业大学的Florian Karl Schackert为该论文的共同第一作者，中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心史朝为特任研究员为该文章的通讯作者。中国科学技术大学的龚为民教授、田长麟教授、项晟祺教授以及德国Jülich研究中心的Paolo Carloni和Mercedes Alfonso-Prieto教授团队也参与了该研究工作并给予了大力帮助。该研究得到了科技部、国家自然科学基金、中国科学院、中国科学技术大学以及德国科学基金会的经费资助。