Nature 中文摘要 | 30 July 2015

                            NatureVolume 523 Number 7562, 30 July 2015

Parent stem cells can serve as niches for their daughter cells

亲代干细胞可作为子代细胞龛

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14553.html

   干细胞整合多种来源的信息。干细胞龛提供维持干细胞干性的信号；而分化的子代细胞则发出反馈信号，调节干细胞增殖和分化。近期报道发现干细胞可通过自分泌机制自我调节。1978年，Schofield首次提出了“干细胞龛”存在的概念，以此定义维持造血干细胞所必需的局部环境。自此之后，涌现了大量关注于定义干细胞龛的工作。直至目前，人们对祖细胞和分化细胞的数量及比例的维持机制仍知之甚少。在呼吸道上皮，基底细胞作为干细胞/祖细胞发挥功能，其既有自我更新能力又能产生分化的分泌细胞和纤毛细胞。分泌细胞也作为短暂扩充细胞，最终分化成为有丝分裂期后的纤毛细胞。此项研究描述了一种细胞调节的方式：成年哺乳动物干/祖细胞将一个正向信号传递给其子代细胞。令人惊讶的是，这种正向信号对于子代细胞的维持是必需的。研究人员联合应用细胞消融、种系追踪及信号转导途径操纵等方法，发现呼吸道基底干/祖细胞持续向其子代分泌细胞提供Notch配体。如果没有这些正向信号，分泌祖细胞池将无法维持，而是所有分泌细胞都执行终末分化程序，成为纤毛细胞。因此，亲代的干/细胞可以作为有功能的子代细胞龛。

Molecular basis for 5-carboxycytosine recognition by RNA polymerase II elongation complex

RNA聚合酶II延长复合物识别5-羧基胞嘧啶的分子基础

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14482.html

   在早期胚胎发育构建多能性状态的过程中，DNA在选择性胞嘧啶残基（5mC , 5-methylcytosine,5-甲基胞嘧啶）的甲基化以及TET介导的这些位点的去甲基化中具有重要作用。TET酶将5mC成功转化为5hmC（5-hydroxymethylcytosine, 5-羟甲基胞嘧啶）、5fC（5-formylcytosine, 5-甲酰胞嘧啶）以及5caC（5-carboxylcytosine,5-羧基胞嘧啶）。其中5fC和5caC的去甲基化受到胸腺嘧啶DNA转葡糖基酶（Thymine DNA Glycosylase, TDG）与碱基切割修复的协同作用。早期报道指出，5fC和5caC可在增强子、启动子和基因上被稳定地检测到，对基因表达有明确的影响，但机制不详。此项研究解析了延长过程中酵母RNA聚合酶II（Pol II）与一个含有氧化5mCs的DNA模板形成的复合物的X射线晶体结构，揭示聚合酶中在5caC的5-羧基基团与保守的表观DNA识别环之间存在特异的氢键。这使得进来的5'三磷酸核苷（nucleoside 5′-triphosphate, NTP）位置转变，从而实现核苷酸的添加。为了在体内验证这一结构上的见解，研究人员分析了转录中增加5fC/5caC水平后的整体效应，发现这样的DNA修饰确实阻碍了Pol II在基因上的延长过程。上述结果阐明了氧化的5mCs在基因表达上的功能影响，并提示了Pol II在转录延长过程中作为特异、直接的表观遗传学感应器的新功能。

Impermanence of dendritic spines in live adult CA1 hippocampus

成年人CA1海马中树突棘的非永久性

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14467.html

   哺乳动物的海马对于片段性的记忆形成非常重要。小鼠的海马可瞬时存储信息3-4周，人类则更长。尽管神经科学家普遍相信神经元突触是信息存储的基本元件，但并没有证据表明，海马突触能够维持与海马依赖的记忆持续时间相等的时间间隔。此项研究检测了这一假说，即海马突触的寿命与海马记忆的寿命相吻合。通过使用延时双光子显微内窥镜观察活的小鼠的CA1海马区，研究人员观察到了锥体细胞基底树突棘更新的动力学过程以及突触后结构，其更新动力学过程被认为反映了兴奋性的突触连接。令人惊讶的是，CA1棘的更新动力学与以前研究的新皮质中的截然不同。数学建模结果提示，与这些数据最为吻合的是一组平均寿命为1-2周的树突棘的动力学模型。这意味着在约2-3倍之于这个间隔的时间内，树突棘几乎100%更新，几近完全地擦除突触连接的模式。尽管NMDA受体阻断可使新皮质树突棘稳定化；但在CA1海马区，阻断NMDA受体则使棘的损失率瞬时升高、棘密度降低。以上结果揭示成年人的新皮质和海马锥体细胞中树突棘具有不同的调节方式，并且定量地支持海马记忆直接反映海马突触更新动力学的这一想法。

A Middle Triassic stem-turtle and the evolution of the turtle body plan

一种中三叠世干群海龟及龟类身体构型的演化

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14472.html

   龟的起源与早期演化一直是脊椎动物学中一个争论的焦点。这主要是由于分子和形态学研究提供的证据之间存在冲突，并且缺乏关键时间点上的过渡类型化石。约2.2亿年前生活在中国的干群龟类——半甲齿龟（Odontochelys），其颅后骨架（postcranial skeleton）具有多处似龟的特征，并有部分形成的背甲。与在德国和泰国发现的2.14亿年前的原颚龟（Proganochelys）不同的是，该类群保留了缘齿（marginalteeth），但缺乏背壳。半甲齿龟与约2.6亿年前南非的正南龟（Eunotosaurus）之间存在巨大的时间间隔，而后者被提出可能是最早的干群龟类。本文报道了一种新的爬行类——祖龟（Pappochelys，新译名），其结构与年代均介于正南龟与半甲齿龟之间，来自中三叠世（约2.4亿年前）。这三个类群都具有纵贯头尾的宽大肋骨，横截面为T形，都具有较长的背椎，以及改进的肢带骨。祖龟的肢带骨在很多特征上都与半甲齿龟极其相似。但与之不同的是，在本应是腹甲（plastron）的位置，祖龟具有由成对的腹膜肋（gastralia）构成的坚硬胸甲。这样的结构为腹甲的演化提供了新的证据，说明腹甲一部分是由腹膜肋的连续闭合形成的。祖龟的颅骨具有较小的上颞颥孔和腹部开放的下颞颥孔，支持了它们是龟类双孔型亲缘类群的理论。

Mitochondrial reticulum for cellular energy distribution in muscle

封面故事:线粒体在细胞内能量分布中的确起作用

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14614.html

   本期封面所示为一个骨骼肌细胞中的导电性线粒体。能量在细胞内是怎样分布的？在骨骼肌中，能量分布曾被认为是通过由代谢物促进的扩散发生的，尽管遗传证据对这种分布方式的重要性提出了疑问。Robert Balaban及同事利用各种形式的高分辨率显微镜，对线粒体本身除了实际上产生能量外是否也在其分布中起一定作用进行了研究。他们发现，通过以“质子动力”(proton-motiveforce)的形式在整个细胞中形成一个导电通道，它们的确在能量分布中起一定作用。在整个这一网络中，线粒体蛋白定位似乎是在变化的，从而使得线粒体膜电势能够以最佳方式产生和被利用。这一能量分布网络(它取决于传导而不是扩散)速度有可能极快，从而使得肌肉能够对新的能量需求几乎即时做出反应。

T-cell exhaustion, co-stimulation and clinical outcome in autoimmunity and infection

T-细胞耗尽有利于自身免疫

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14468.html#close

   CD8 T-细胞耗尽出现在慢性病毒感染中，它会抑制免疫反应，帮助病毒持续感染。在这项研究中，Kenneth Smith及同事发现，相比之下，CD8 T-细胞耗尽与自身免疫疾病和炎症的良好预后相关。同在感染中一样，自身免疫中的T-细胞耗尽也与CD4共刺激的缺失相关联。这些发现提出一个可能性：T-细胞耗尽的治疗操纵也许可被用来抑制自身反应性(autoreactivity)，作者发现这种作用在试管中是可能的。

Sparse whole-genome sequencing identifies two loci for major depressive disorder

抑郁症的遗传风险因子

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14659.html

   对超过5000名患“复发性重度抑郁症”(MDD)的中国妇女所做的这项基因组分析，识别并复制了10号染色体上对患MDD的风险有贡献的两个在全基因组范围内具有重要意义的位点。其中一个位点靠近sirtuin1 (SIRT1) 基因，另一个在“磷酸赖氨酸磷酸组氨酸无机焦磷酸性磷酸酶”(LHPP)基因的一个内含子内。作者提出，与SIRT1基因的密切关系说明线粒体异常可能是这种疾病的风险因子。

Flexible high-temperature dielectric materials from polymer nanocomposites

聚合物纳米复合材料用作高温电介质

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14647.html

   用于电容能量存储的介电材料如果要用在电动汽车或航天应用中的话，就需要能够在恶劣条件下发挥功能。聚合物电介质重量轻，因此从“功率-重量比”角度来讲是有吸引力的，但这些材料在功率转换装置中常见的操作温度下往往会击穿。在这项研究中，Qing Wang及同事显示，向聚合物纳米复合材料中添加氮化硼，可以提高散热性能，这样所生成的电介质材料可以在比以前用聚合物电介质可以做到的高得多的工作温度下使用。这些新的纳米复合材料是柔性的，重量轻，光可以穿透，具有可扩展性，而且稳定可靠，从而使得它们对于电子设备应用来说有可能比传统陶瓷电介质更有吸引力。

Crystal structure of rhodopsin bound to arrestin by femtosecond X-ray laser

Arrestin与GPCRs的结合

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14656.html

   被称为“G-蛋白耦合受体”(GPCRs)的普遍存在的信号作用蛋白主要通过G蛋白或Arrestins传递信号，它们是三分之一的当前在临床上使用的药物的作用目标。这篇论文发表了基于X-射线晶体学、电子显微镜、脉冲EPR光谱和氢-重氢交换质谱获得的与Arrestin相结合的一个GPCR (与小鼠的visualarrestin-1的一种事先活化的形式相结合的人视紫质的一种活性形式)的第一个晶体结构。将该结构与G-蛋白结合的β2AR和GαCT结合的视紫质的结构所做比较，显示了独特的结构特征，这些特征可能构成“arrestin-biased”信号传导的要素。

Timing and climate forcing of volcanic eruptions for the past 2,500 years

火山喷发与气候之间联系的再校准

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14565.html

   过去的研究表明火山喷发影响气候，但难以将具有年度分辨率的和精确计年的树轮的年表与在冰芯中所记录的火山活动可变性的年表进行匹配。Michael Sigl 等人利用大气中10Be的一个峰值 (与775年在欧洲各地树轮中留下一个独特的大气14C指纹的一次宇宙射线异常明显相关)来测定在来自格林兰和南极洲的冰芯中所观察到的一个类似峰值的年代。在建立二者之间这种联系的过程中，作者确定该冰芯记录应当做七年时间的调整。该数据证实，热带和高纬度地区的大规模火山喷发是过去2500年北半球气温变化的主要驱动因素，而且这样的火山喷发也是六世纪重大疫情、饥荒和社会经济动荡的催化剂。

Biogenesis and structure of a type VI secretion membrane core complex

VI-型分泌系统的结构

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14667.html

   细菌的VI-型分泌系统(T6SS)负责将一系列毒性效应子分子转位到细菌和真核猎物细胞内。T6SS由一个可收缩的鞘组成，这个鞘将一个针形结构向目标细胞内推进。这一复合物通过一个膜核心复合物(membrane core complex)被稳定锚固到能产生T6SS的细胞被膜上。在这项研究中，RémiFronzes 及同事发现，这一复合物是通过三种蛋白(TssJ、TssM和TssL)的依次添加聚集成的，同时他们还提供了通过“负染色电镜”确定的完全聚集到一起的这一复合物的分辨率为11.6 Å 的结构。

Metabolic co-dependence gives rise to collective oscillations within biofilms

微生物生物膜内的给予与索取

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14660.html

   在一种生物膜的生长过程中，周边细胞保护内部细胞不受外部攻击，但也能通过周边细胞的营养消耗使它们饿死。在这项研究中，Gürol Süel及同事发现，保护与饿死之间的这种冲突通过周边与内部细胞之间的长距离代谢共依赖性的出现得到了解决。尤其是，他们通过枯草杆菌生物膜发现，生长会周期性地停止，以增加受保护的内部细胞的营养供应，而这反过来又会提供生物膜在周边生长所需的代谢物。

Real-time observation of interfering crystal electrons in high-harmonicgeneration

大体积固体中的高次谐波辐射

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14652.html

   随着几年前首次报告的通过高次谐波的生成所演示的大体积晶体中短波辐射的存在，出现了固体超快光子学这样一个新领域。这一现象中所涉及的机制正在受到深入研究。Matthias Hohenleutner等人通过具有时间分辨率的测量特别对大体积固体中高次谐波的生成进行了研究。他们发现，该现象中电子的运动与原子气体中高次谐波的生成机制不同，涉及来自多个价带的电子之间的量子干涉。所观察到的这一效应为固体超快光源和光控电子系统的开发提出了新的方向。

Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starchlow-methane rice

适用于气候变暖的一个水稻品种

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14673.html

   稻田产生强效温室气体甲烷全球排放量的 7–17%，这个数字随着水稻种植面积的扩大(以满足不断增长的需求)还可能会增长。这篇论文报告说，研究人员培育出了一种水稻，它的籽和茎中生物质和淀粉含量更高，甲烷排放量有所降低，根际产甲烷菌的水平也有所降低。这种新品种的水稻是通过向传统水稻品种中添加编码大麦转录因子SUSIBA2的一个基因生成的。SUSIBA2使碳通量发生变化，这种变化使得光合作用产物相对于它们向根的分配来说更有利于其向地面之上生物质的分配。在气候变暖的情况下，“高淀粉低甲烷”水稻有可能为在提供高质量生物质的同时降低水稻种植对大气温室气体排放的负面影响提供一个可持续的手段。

Lanosterol reverses protein aggregation in cataracts

羊毛甾醇能防止白内障形成

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7562/full/nature14650.html

   在关于两个家族的先天性白内障的遗传基础的一项研究中，Kang Zhang及同事发现，羊毛甾醇(晶状体中自然存在的一种甾醇)能防止各种各样的、能引起白内障的发生突变的晶状体蛋白在细胞内的聚集。在这项遗传研究中所识别出的突变影响羊毛甾醇合酶的功能，后者是用于合成羊毛甾醇的一种酶。对患自然出现的白内障的狗，施用含羊毛甾醇的眼药六个星期，降低了白内障的严重程度，提高了晶状体的透明度，这说明羊毛甾醇或具有相似活性的分子相对于白内障的手术治疗来说也许可以提供另一种治疗手段。

（来自nature.com；翻译：李拓圯，程孙雪子；审校：李拓圯，程孙雪子；部分译文摘自natureasia.com）