2017年7月7日Science期刊精華

2017年7月12日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2017年7月7日）發布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。

doi:10.1126/science.aal3753

腎上腺髓質中的腎上腺素能嗜鉻細胞（adrenergic chromaffin cells，即釋放腎上腺素的嗜鉻細胞）被認為起源自一種常見的位於背主動脈附近的交感腎上腺細胞譜系，在那裡，這些細胞沿著背腹側方向分割開，分別形成交感神經鏈和腎上腺髓質。為了重新考慮這種觀點，來自瑞典、俄羅斯、奧地利、法國和美國的研究人員在一項新的研究中，研究了嗜鉻細胞的細胞類型起源，成交感神經細胞（sympathoblasts）和嗜鉻細胞的譜系分離，促進前體細胞產生嗜鉻細胞的基因程序和形成腎上腺髓質的增殖動力學。相關研究結果發表在2017年7月7日的Science期刊上，論文標題為「Multipotent peripheral glial cells generate neuroendocrine cells of the adrenal medulla」。

這些研究人員發現腎上腺髓質中的嗜鉻細胞是由被稱作施旺細胞前體細胞（Schwann cell precursors）的外周神經膠質幹細胞（peripheral glia stem cells）產生的。遺傳細胞譜系追蹤揭示出大多數嗜鉻細胞起源自施旺細胞前體細胞，而且與此相一致的是，對施旺細胞前體細胞進行基因剔除會導致嗜鉻細胞顯著缺失。鑒於施旺細胞前體細胞在節前神經（preganglionic nerve）的表面上遷移，對節前神經進行基因剔除也會導致嗜鉻細胞顯著下降，而且對不能夠分化為嗜鉻細胞的細胞進行命運追蹤揭示出神經膠質細胞在腎上腺髓質區域中堆積。

進一步的實驗揭示出交感神經細胞譜系和腎上腺能細胞譜系令人意外地在胚胎發育的早期階段分割開。腎上腺髓質的胚胎髮育依賴於招募許多具有有限增殖能力的施旺細胞前體細胞。 因此，絕大多數嗜鉻細胞起源自在支配腎上腺髓質的節前神經表面上遷移的施旺細胞前體細胞。出乎意料的是，單細胞RNA測序揭示出一種複雜的在施旺細胞前體細胞分化為嗜鉻細胞期間發生的基因調節機制，通過這種機制，施旺細胞前體細胞激活一種短暫的中間細胞狀態所獨有的一種基因表達程序。隨後，這種基因程序和嗜鉻細胞基因網路抑制神經膠質細胞基因程序，促進細胞獲得嗜鉻細胞身份。

通過重新考慮腎上腺素能交感系統（adrenergic sympathetic system）發育，這些研究人員發現腎上腺髓質中的嗜鉻細胞的一種新的細胞起源。腎上腺素能腎上腺髓質（adrenergic medulla）是由神經嵴細胞和施旺細胞前體細胞形成的，在嚙齒類動物中，主要是由施旺細胞前體細胞形成的。施旺細胞前體細胞是嗜鉻細胞的一種新的細胞起源突出表明作為一種幹細胞微環境的外周神經和對神經內分泌發育必不可少的前體細胞的遷移途徑的重要性。

doi:10.1126/science.aai8515; doi:10.1126/science.aan8299

在一項新的研究中，來自美國麻省綜合醫院（MGH）等研究機構的研究人員發現傳統的癌症擴散模式---先從原發性腫瘤擴散到附近的淋巴結，再擴散到其他的器官---可能並不適合於所有的癌症病例。他們報道針對這項研究中的絕大多數結直腸癌患者而言，遠處轉移瘤（distant metastases, 即腫瘤轉移到體內較遠部位，簡稱遠處轉移）直接源自原發性腫瘤，而與任何淋巴結轉移瘤（lymph node metastases, 即腫瘤轉移到淋巴結，簡稱淋巴結轉移）無關。相關研究結果發表在2017年7月7日的Science期刊上，論文標題為「Origins of lymphatic and distant metastases in human colorectal cancer」。論文通信作者為麻省綜合醫院放射腫瘤科研究員Kamila Naxerova博士。

當前的這項研究是Naxerova和他的同事們在2014年對一種能夠揭示病人體內多種部位中的腫瘤之間進化關係的簡便測定方法的報道的後續追蹤。基於對基因組中容易發生突變的被稱作聚鳥嘌呤重複序列（poly-G）的小片段DNA的分析，這篇報道發現原發性腫瘤和轉移性腫瘤之間的關係在每個病例中是不同的，比如，在一些患者中，轉移性腫瘤擴散較早地發生，而在其他的患者中，這種擴散較晚地發生。這種測定方法也能夠基於原發性腫瘤的基因譜，鑒定出原發性腫瘤中的特定區域是特定轉移瘤的來源。

如今對大多數實體瘤的治療需要考慮原發性腫瘤（T）、淋巴結轉移（N）和遠處轉移（M）等階段。已知發生淋巴結轉移的患者具有更大的可能性發生遠處轉移，這提示著這兩者之間存在關聯。但是在近期的幾項臨床試驗中，移除淋巴結轉移瘤並不會總是改善患者存活，從而對淋巴結轉移和遠處轉移之間的關係產生質疑。為了更好地理解原發性腫瘤與這兩種轉移瘤之間的關係，這些研究人員利用poly-G分型分析來自17名結直腸癌患者的200多種原發性腫瘤、淋巴結轉移瘤和遠處轉移瘤樣品。

在35%的這些患者當中，這些結果表明淋巴結轉移瘤和遠處轉移瘤源自原發性腫瘤中的相同細胞類型，這一點與原發性腫瘤先擴散到淋巴結然後擴散到遠處的部位相一致。然而，在65%的這些患者當中，poly-G分型結果表明淋巴結轉移瘤和遠處轉移瘤的細胞類型是不同的，而且與原發性腫瘤中的不同細胞類型相匹配，這就表明這些轉移性腫瘤的細胞類型具有不同的起源。

doi:10.1126/science.aam9654; doi:10.1126/science.aan8287

在一項新的研究中，來自美國肯塔基大學等研究機構的研究人員在分子水平上發現一種任其發展可能對小麥造成毀滅性的疾病的重要關聯性。相關研究結果發表在2017年7月7日的Science期刊上，論文標題為「Evolution of the wheat blast fungus through functional losses in a host specificity determinant」。肯塔基大學農業、食品與環境學院植物病理學系研究員Mark Farman是這篇論文的共同作者。

從歷史上考慮，肯塔基州和整個北美地區的小麥並不容易受到最近出現的一種真菌（它的感染會導致小麥瘟病）的影響。然而，在2011年，肯塔基大學研究人員在肯塔基大學研究與教育中心（位於肯塔基州普林斯頓）的一塊研究田地里發現了單個患病的小麥穗。隨後，在2016年，一種小麥瘟病流行病席捲整個孟加拉國。今年，這種疾病再次襲擊孟加拉國，而且也存在於印度，這就讓人擔憂小麥瘟病可能很快成為大流行病。這種真菌的突然擴散促使全球加強努力來理解這種疾病和培育抵抗小麥瘟病的小麥品種。

Farman實驗室的研究揭示出在2011年收集的這種肯塔基州病原菌與南美洲的小麥瘟病存在遺傳上的差異，相反與在美國的一年生黑麥草（annual ryegrass）和高羊茅（tall fescue）上發現的菌株存在非常密切的親緣關係。這提示著在普林斯頓發現的這種患病的小麥穗不是源自一種外來的病原菌的引入，很可能是通過從牧草到小麥的「宿主跳躍」產生的。相反，他的團隊發現2016年的孟加拉國小麥瘟病流行病非常可能是通過引入這種真菌的南美洲菌株產生的。

如今，通過與來自日本和美國的合作者開展合作，Farman發現2011年在肯塔基州收集的小麥瘟病真菌菌株在一個關鍵基因上發生一種突變。這個基因編碼的蛋白在正常情形下被表達一種關鍵的小麥瘟病抗性蛋白的小麥品種識別。據預測，這種突變破壞這種「好」蛋白的功能，因而允許這種真菌通過避免識別，逃避小麥抗性反應。Farman的合作者們開展的研究在這個相同的基因上鑒定出獨立的突變，這些突變可能是這種毀滅性疾病出現的關鍵事件。

doi:10.1126/science.aan0032

在一項新的研究中，一個國際團隊有史以來首次發布野生二粒小麥（Wild Emmer wheat）的基因組序列。相關研究結果發表在2017年7月7日的Science期刊上，論文標題為「Wild emmer genome architecture and diversity elucidate wheat evolution and domestication」。論文通信作者為以色列特拉維夫大學植物科學與食品安全學院研究員Assaf Distelfeld博士。

野生二粒小麥是世界上幾乎所有馴化小麥（包括硬質小麥和麵包小麥）的原始形態。它具有太低的產量而不被農民們種植，但是它含有很多吸引人的特徵。這些特徵正在被植物育種者用來改進小麥品種。

這些研究人員首次讓野生二粒小麥的14條染色體的基因組序列以一種優化的次序進行組裝。德國萊布尼茨植物遺傳學與農作物研究所遺傳資源基因組學主任Nils Stein博士說，「這一點最初在人類中測試過，最近在大麥中證實過。人類和大麥的基因組都比野生二粒小麥要小。這些創新性的技術引發大型穀類植物基因組組裝變革。」

doi:10.1126/science.aam9243; doi:10.1126/science.aan8626

一項新的研究證實寨卡病毒劫持一種被稱作Musashi-1（MSI1）的人蛋白，從而允許它在神經幹細胞中複製，並且殺死它們。在發育中的胚胎內，幾乎所有的MSI1蛋白是在神經幹細胞中產生的，這些神經幹細胞最終將發育成嬰兒的大腦。這可能解釋著為何這些幹細胞如何容易遭受感染寨卡病毒。相關研究結果於2017年6月1日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Neurodevelopmental protein Musashi 1 interacts with the Zika genome and promotes viral replication」。

來自劍橋大學的研究人員研究了多種細胞系（包括人神經幹細胞）以便探究寨卡病毒感染如何能夠導致頭小畸型。他們猜測作為一種RNA結合蛋白，MSI1可能在這種過程中發揮著重要作用，這是因為它參與調節正常的大腦發育所需的神經幹細胞庫。

這些研究人員證實當寨卡病毒入侵人神經幹細胞時，它劫持MSI1用於它的自我複製，並且以至少兩種方式破壞這些幹細胞。首先，MSI1結合到寨卡病毒基因組上，允許它複製和讓這些這些幹細胞更容易遭受病毒誘導的細胞死亡。當他們利用寨卡病毒感染不能夠產生MSI1的神經幹細胞時，寨卡病毒複製顯著下降，病毒誘導的細胞死亡也是顯著下降，這就表明MSI1的存在是寨卡病毒高效複製所必需的。

其次，他們證實MSI1也破壞神經幹細胞的正常發育程序。在被寨卡病毒感染的神經幹細胞中，MSI1結合到寨卡病毒基因組上。這種病毒本質上像海綿那樣發揮著作用，阻止MSI1正常地發揮作用，阻止MSI1改變很多參與神經元發育的基因表達。

為了驗證MSI1在長出正常大小的大腦中發揮著重要作用，這些研究人員證實在患上一種罕見的與寨卡病毒感染不相關的遺傳性頭小畸型（即常染色體隱性先天性頭小畸型）的病人中，MSI1發生突變。

doi: 10.1126/science.aam8697; doi: 10.1126/science.aan6162

核磁共振（NMR）光譜法在化學表徵中特別有用，但是它需要相對較大的樣品量。近期的研究已利用金剛石中的氮空位中心檢測僅幾立方納米樣品中的NMR信號，但是具有較低的解析度。在一 項新的研究中，Nabeel Aslam等人對這種技術進行優化，實現1微米的解析度，從而足以區分溶液中的烷基、乙烯基和芳基質子。

doi: 10.1126/science.aal4724

在發展家的很多兒童在貧窮地區生長，而且經常也遭受表現不佳的教育系統。在一項新的研究中，Moira R. Dillon等人設計出價廉的基於當地資源的遊戲---5項數學遊戲和5項社會認知方面的遊戲，並且讓印度德里的學齡前兒童中玩這些遊戲。他們在遊戲使用3個月、9個月和15個月後測量了它們的影響。與玩社會認知方面的遊戲的兒童相比，在3個月時，玩數學遊戲的兒童在非符號數學和符號數學評估中表現更好。然而，這種非符號數學改善僅持續1年的時間。（生物谷 Bioon.com）