CNS,NEJM 報道首次發現癌症母嬰傳播;基因治療屢獲突破;繪製哺乳動物祖先的基因圖譜

抽刀斷水水更流,舉杯消愁愁更愁,古人口中的「白髮三千丈」並非戲劇效果,白髮魔女可能確實存在。這一現象已被 Nature 蓋章證明,大自然還有多少神奇奧祕是我們不知道的?

本週學術君繼續為大家分享 CNS 裡那些令人耳目一新的學術研究,共探生命之美

1. Nature:解密哺乳動物祖先的基因組圖譜

單孔目動物(以真正的生物活化石鴨嘴獸和短鼻針鼴為代表)排尿、排便、生殖都共用一個孔,在哺乳動物和演化研究中備受研究者關注。

2021 年 1 月 6 日,深圳華大生命科學研究院、昆明動物研究所及哥本哈根大學張國捷教授團隊、浙江大學周琦教授團隊和澳大利亞阿德萊德大學 Frank Grutzner 教授團隊聯合在 Nature 雜誌上發表論文 Platypus and echidna genomes reveal mammalian biology and evolution 繪製出鴨嘴獸和短鼻針鼴的高質量基因組,跨越 1.8 億年,重建了現生哺乳動物共同祖先的基因組圖譜

研究團隊突破了性染色體組裝的技術難題,構建得到了優質的單孔目參考基因組,為研究人員深入理解物種演化過程的分子機制提供參考。

這輻基因組圖譜穿越時光隧道追根溯源,為人類尋根之旅提供了明亮的燈塔

圖 1. 來源於 Nature

2. Nature: 揭示水稻適應土壤低氮的分子基礎,綠色超級稻指日可待

早在七千年前中國長江流域的先民們就曾種植水稻,現代綠色超級稻(理念由張啟發院士提出)以「少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產」馳名。

2021 年 1 月 6 日,中國科學院遺傳與發育生物學研究所儲成才課題組 Nature 雜誌上發表論文 Genomic basis of geographical adaptation to soil nitrogen in rice 揭示了水稻在適應不同地區土壤肥力過程中調控氮肥利用率的遺傳基礎

該團隊利用全基因組關聯分析技術鑑定到一個水稻氮高效基因 OsTCP19,其變異在低氮和中氮環境下可顯著提高水稻產量。

此項發現對綠色超級稻的產生有重大推動作用。數代科學家篳路藍縷,為人類的糧食安全嘔心瀝血的精神令人敬佩

圖 2. 來源於 Nature

3. Nature: 單鹼基編輯技術有望治療人類早衰症

2021 年 1 月 6 日,哈佛大學 Broad 研究所的 David R. Liu 團隊、NIH 美國國家人類基因組研究所(NHGRI)的 Francis S. Collins 團隊和範德堡大學醫學中心的 Jonathan D. Brown 團隊聯合在 Nature 雜誌發表論文 In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice,研究 利用單鹼基編輯技術 ABE(Adenine Base Editor)成功實現了早衰小鼠模型的基因治療,並通過全基因組測序分析和 ATAC-seq 分析在細胞水平和個體水平上評估了 ABE 工具安全性,為人類早衰症患者的臨床治療提供了基礎。

願所有早衰症患者恢復健康,擁有一個正常健康的童年!

圖 3. 來源於 Nature

4. NEJM:全球首次發現宮頸癌母嬰傳播

2021 年 1 月 6 日,日本國立癌症研究中心團隊在頂尖醫學期刊《新英格蘭醫學雜誌》(NEJM)上發表論文 Vaginal Transmission of Cancer from Mothers with Cervical Cancer to Infants,研究結果顯示兩名患有宮頸癌的母親,或因順產的緣故 把癌細胞傳給了兒子,導致其罹患肺癌

研究者人員推測可能是母親的宮頸癌細胞經產道里的羊水、分泌物等液體進入嬰兒體內。每年全球約有 25 萬人死於宮頸癌,為了健康著想女性朋友們應儘快接種宮頸癌疫苗!

圖 4:來源於站酷海洛

5. Science: 揭示雄性不育機制,是什麼限制了精子活力

2021 年 1 月 8 日,法國居里研究所(Institut Curie)Carsten Janke 團隊 Science 雜誌上發表文章 Tubulin glycylation controls axonemal dynein activity, flagellar beat, and male fertility 揭示了確保精子鞭毛以正確節奏跳動的蛋白質修飾機制,運用計算機輔助分析系統分析精子的運動狀態和冷凍電子斷層掃描觀察精子鞭毛的微管蛋白超微結構,掀開了精子活力異常、無法到達卵母細胞受精的神祕面紗。

伴隨著社會壓力增加、環境汙染、個人生活習慣等原因,男性不育並不罕見,此研究結果將助力不孕不育男女一圓「父母夢」

圖 5. 來源於 Science

圖 5. 來源於 Science

6. Science: 揭示靶向 NS1 的黃病毒廣譜保護性抗體作用機制

2021 年 1 月 8 日,中國科學院微生物研究所 / 中國科學院北京生命科學研究院高福院士團隊、中國科學院微生物所施一團隊與澳大利亞昆士蘭大學的 Paul R. Young 及 Daniel Watterson 團隊聯合在 Science 雜誌發表了論文 A broadly protective antibody that targets the flavivirus NS1 protein 研究結果發現了一株對多種黃病毒(登革病毒、西尼羅病毒及寨卡病毒等)均有保護效果的單克隆抗體 1G5.3並首次揭示了 NS1 廣譜保護性抗體的作用機制,提出 NS1 可作為通用疫苗設計的新靶點有效避免抗體依賴增強(ADE)效應

高福院士和施一教授在黃病毒領域深耕十年如一日,願黃病毒通用疫苗早日被開發生產!

圖 6. 來源於 Science

圖 6. 來源於 Science

7. Science: 開發 mRNA 疫苗治療小鼠自身免疫性腦脊髓炎

2021 年 1 月 7 日,德國美因茲大學 Ugur Sahin 團隊 Science 雜誌發表論文 A noninflammatory mRNA vaccine for treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis,研究人員合成 了類似新冠疫苗、不引發免疫反應的 mRNA 疫苗,通過馴化調節性 T 細胞,引發免疫耐受,成功治療小鼠實驗性自身免疫性腦脊髓炎,該工作為後續的臨床治療指明瞭方向。

圖 7. 來源於 Science

8. Cell: 細菌內源 sgRNA 利用 Cas9 下調 CRISPR-Cas 系統

2021 年 1 月 8 日,美國約翰・霍普金斯大學醫學院 Joshua W. Modell 團隊 Cell 雜誌上發表論文 A natural single-guide RNA repurposes

Cas9 to autoregulate CRISPR-Cas expression,研究人員發現細菌可編碼內源 sgRNA-tracr-L,直接使用 Cas9 蛋白下調 CRISPR-Cas 系統表達。該工作闡釋了細菌 CRISPR-Cas 系統工作調節機制,為開發新型基因編輯工具提供了參考

CRISPR 基因編輯系統榮獲 2020 年諾貝爾化學獎,足以見學術界對其青眼有加,一系列新的研究結果正在如雨後春筍般湧出,如何助力人類探索生命奧祕,我們拭目以待!

圖 8. 來源於 Cell

9. Nature: 腦袋如何控制巧手?

2021 年 1 月 6 日,瑞士巴塞爾大學細胞生物學系 Silvia Arber 研究團隊 Nature 雜誌上發表論文 A functional map for diverse forelimb actions within brainstem circuitry,研究人員利用 Pellet task 和 Lever task 行為學實驗評估小鼠前肢精細運動, 揭示了小鼠腦幹延髓頭端外側(lateral rostral medulla,latRM)控制前肢精細運動的神經環路,發現功能不同位置、不同軸突投射的神經元控制的精細運動不同。

看來手殘黨並非調侃,而是由大腦真實地控制,所以練就一雙巧手從練習大腦開始吧!

圖 9. 來源於 Nature

10. Nature: 一夜白頭並非戲劇效果,它真實存在

近日,在 Nature 期刊盤點的 2020 年度十大科學發現中,西湖大學生命科學學院 PI 的張兵博士的研究成果 Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells—— 壓力使人頭髮變白榮獲上榜,研究顯示壓力對人體造成的一些損傷很可能是無法自然逆轉的,即頭髮變白不能返黑。

該研究結果解釋了精神壓力是如何通過影響成體幹細胞的活動來影響人體機能,並闡明瞭其具體的細胞和分子機制

白髮三千丈也許並非藝術效果,白髮魔女更是真實存在,傷心過度足以令人一夜白頭!

圖 10. 來源於站酷海洛

圖 10. 來源於站酷海洛

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參考文獻:

1. Zhou, Y., Shearwin-Whyatt, L., Li, J. et al. Platypus and echidna genomes reveal mammalian biology and evolution. Nature (2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-03039-0

2. Liu, Y., Wang, H., Jiang, Z. et al. Genomic basis of geographical adaptation to soil nitrogen in rice. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03091-w

3. Koblan, L.W., Erdos, M.R., Wilson, C. et al. In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03086-7

4. Arakawa A, Ichikawa H, Kubo T, et al. Vaginal Transmission of Cancer from Mothers with Cervical Cancer to Infants[J]. New England Journal of Medicine, 2021, 384(1): 42-50

5. Sudarshan Gadadhar et al. Tubulin glycylation controls axonemal dynein activity, flagellar beat, and male fertility. Science(2021).

https://doi.org/ 10.1126/science.abd4914

6. Naphak Modhiran et al. A broadly protective antibody that targets the flavivirus NS1 protein. Science(2021).https://doi.org/ 10.1126/science.abb9425

7. C. Krienke et al., A noninflammatory mRNA vaccine for treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis. Science (80-. ). 371, 145–153 (2021). https://science.sciencemag.org/content/371/6525/145

8. Rachael E. Workman et al. A natural single-guide RNA repurposes Cas9 to autoregulate CRISPR-Cas expression. Cell(2021).https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.017

9. Ruder, L., Schina, R., Kanodia, H. et al. A functional map for diverse forelimb actions within brainstem circuitry. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03080-z

10. Zhang, B., Ma, S., Rachmin, I. et al. Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature 577, 676–681 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-1935-3

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