Cell:2017年中国年度论文(下)

日期: 2018年05月21日


    

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Cell杂志创刊于1976年,现已成为世界自然科学研究领域最著名的期刊之一,并陆续发行了十几种姊妹刊,在各自专业领域里均占据着举足轻重的地位。近期Cell杂志公布了2017年中国年度论文,以及年度机构,共包括五篇论文与五家年度机构。


五家年度机构分别为北京大学、清华大学、中科院上海生科院、中科院生物物理所、浙江大学,五篇论文包括:



稻瘟病被誉为水稻癌症,可引起大幅度减产,严重时减产30%~50%,甚至颗粒无收。世界各稻区都可发生,而且它在水稻的各个生长环节都可能发生,所以防治非常困难,一般只能靠施药或者使用抗病基因改良的种子。一直以来,科学家致力于发现不同的抗病基因,导入材料中形成具有抗性的水稻品种,但是,随着病源菌进化,抗病基因也需要不断迭代更新,不然就会失去作用。


在这篇文章中,陈学伟研究团队经过多年的研究,发现的水稻天然变异位点——编码C2H2类转录因子的基因Bsr-d1的启动子,其作用正是可以有效提高对稻瘟病的抗病免疫能力,这一位点是水稻本身存在的,纯天然的,不是外在的导入变异,这非常罕见。


这个具有稻瘟病广谱持久抗性的水稻天然变异点的发现可以说为防治稻瘟病提供了全新路径,如果把目前广泛使用的抗病基因方式比作“服预防药式”防治,那么天然变异位点的方式则可称为“提高免疫水平式”的防治,应用到实际生产中,可培育具有广谱抗病能力的品种,将在保证品质、产量的同时,大幅度提高水稻对稻瘟病的抵抗力,并将有效避免病源菌进化导致的抗病能力失效的问题,有效减少农药使用,非常符合生态绿色环保的需求。


这项研究具有两个突破点:一是发现的天然变异位点极其难得,这一变异位点在提高抗病性的同时,对产量性状和稻米品质没有明显影响,因而具有十分重要的应用价值;二是清楚完整揭示了抗病调控机制,发现的新抗病调控机制在水稻等植物中尚属首次。


研究人员描绘了这个天然变异位点的“作用路径”,分析了它究竟如何与上游基因发生作用,并如何作用于下游基因的“全路径”:C2H2转录因子和其上游的MYB转录因子通过协调减弱过氧化氢的降解来提高广谱抗病性。这对小麦、玉米等粮食作物相关新型抗病机理研究也提供了重要借鉴。



中国医学科学院曹雪涛院士课题组联合中国人民解放军海军军医大学、浙江大学等团队在抗病毒免疫新机制方面取得突破进展,揭示了甲基转移酶在促进干扰素抗病毒效应中的重要功能。


为了探讨HBV感染情况下IFNα信号通路调控的分子机制,曹雪涛教授团队首先构建了感染HBV的HepG2.2.15细胞系。借助于构建好的HBV感染细胞模型,他们对包含有711个已知的表观调控分子的siRNA(小RNA干扰)库进行了高通量筛选,发现了转录因子STAT1甲基化修饰的调控元件SETD2是干扰素通路的一个增强子。动物实验提示,肝脏细胞特异性缺失SETD2的小鼠对HBV感染的抵抗力明显减弱。进一步的研究发现,在IFNα刺激下,SETD2能够直接对STAT1的K525位点进行甲基化修饰,从而稳固STAT1的磷酸化水平,实现增强IFN的抗HBV感染能力。此外,他们还发现SETD2能够选择性催化下游一些特定的ISGs(如ISG15)启动子区域H3K36位点的tri-methylation(三甲基化),从而阐释了SETD2如何能够选择性调控特定ISGs的基因表达的机制。这些工作首次发现了STAT1甲基化修饰的重要调控元件SETD2,找到了STAT1的甲基化修饰位点(K525),从而进一步完善了干扰素效应信号的调控网络,揭示了SETD2分子直接催化信号蛋白STAT1甲基化修饰的新机制,为免疫调控机制的研究提供了新的思路,为HBV以及其他病毒感染性疾病的干预和治疗提供了新的靶点和方向。

 

 在IFNα作用下,甲基转移酶SETD2调控STAT1甲基化,增强抗病毒效应


生物大分子的表观修饰对于其生理病理功能有着十分重要的影响。目前已经有多项靶向表观遗传修饰分子的研究进入到临床实验当中。Methyltransferase(甲基转移酶)也成为当前肿瘤和感染领域热门的靶点。比如靶向histone methyltransferases(组蛋白甲基转移酶)的DOT1L和EZH2治疗多种肿瘤已经进入临床研究。此外非组蛋白甲基化(包含赖氨酸甲基化和精氨酸甲基化)修饰也成为近10余年来表观遗传领域的研究热点,有上百个参与细胞内各个重要信号通路的蛋白被报道有甲基化修饰并且具有重要的调控功能。


北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室章晓辉教授研究组发现详细地阐明了大脑皮层中由不同类型神经元组成的神经环路驱动形成不同频频率脑电的机理。


用光遗传学技术和多通道电极记录分别操控和记录小鼠视觉皮层中两类主要抑制性神经元(PV和SOM细胞)的放电活动,系统地检测它们驱使beta和gamma振荡活动中的各自作用机理。


他们首先发现在时相特征上,抑制性PV神经元的放电与视皮层网络的自发gamma振荡活动高度相关,而SOM神经元的放电则与视觉诱发的beta振荡网络活动呈现更高相关性。


进一步通过操控特定神经元的放电活动,他们发现减弱SOM神经元的放特异地抑制beta (20-30 Hz)频段的网络振荡活动,但基本不影响gamma(40-80 Hz)振荡,并 促使局部网络活动处于一种更“去同步(de-synchronization)”状态。


然而,当减弱PV神经元放电时,网络中群体神经元自发活动从低频至高频段都明显增强,促使网络活动进入一种“过度同步(highly-synchronization)”状态,并且进而抑制了视觉输入相关的beta和gamma振荡活动的生成。


最后,研究团队采用光遗传学方法驱动SOM或PV神经元以1-200 Hz频率节律放电。他们发现,SOM神经元的节律放电能有效地驱动局部网络生成5-30 Hz频段的振荡活动,PV神经元则驱动20-80 Hz网路振荡活动。这一证据直接揭示了抑制性SOM细胞与兴奋性主体神经元形成的局部神经环路负责生成低频振荡网络活动,尤其beta振荡;而PV细胞神经环路驱动较宽幅的高频网络振荡网络活动。这两种抑制性神经元之间的功能平衡对于维持大脑皮层的正常网络活动非常关键。


此外,此次“细胞出版社2017中国年度论文、年度机构发布会”也公布了以中国内地机构为第一完成单位在《细胞》及其子刊上发表的论文的情况,去年以中国内地机构为第一完成单位在《细胞》及其子刊上发表的论文共179篇,比2016年增加了35篇,比2015年增加了87篇。


179篇论文的第一完成单位最多的是来自北京市和上海市,这两个地区发表的论文数量占到61.5%。其他地区发表论文的数量占比上升到38.5%。比2016年提升5.9个百分点。


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细胞生物学:

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