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【生物医药】盘点2015年Cell十大科学发现
醉卧青云 2015-12-03
导语

年底将近,各种十大相继出炉,e科小编为您聚合各个领域的十大!

“细胞学”研究一直以来都是生命科学领域一个神秘的组成部分,也因为细胞领域充满了无数未解的谜团,因而激励着一代一代生命科学家们前赴后继地投入到研究当中。

今天编者整理了2015年发表在权威生命科学研究进展期刊《Cell》(《细胞》)上的十大发现。

(图片源于百度)

1、Cell:首次证实病毒组与疾病有关

过去,炎症性肠病一直被认为与肠道菌多样性降低有关,而华盛顿大学医学院的一项研究,则将这种疾病与病毒多样性升高关联起来。

科学家们发现,炎症性肠病患者与健康人相比,消化系统中的病毒更加多样化,说明病毒可能在这种疾病中起到了一定的作用。直到最近人们才开始认识到微生物组 (体内和体表的细菌及其基因)在疾病中的重要性。举例来说,肠道微生物组发生改变与肥胖症、糖尿病、代谢综合症和炎症性肠病有关。

要开发更好的炎症性肠病药物,科学家们需要进一步理解肠道微生物组、肠道病毒组与患者基因的互作。“人类基因和细菌基因都会影响炎症性肠病的发病风险,”Virgin说。“我们的研究显示,病毒组对肠道的潜在影响也应当被纳入考虑。”

目前,研究人员正在开发炎症性肠病的动物模型,以便明确人类、细菌和病毒基因对这种疾病的推动作用。

2、Cell:光遗传学惊人发现

在分子和遗传学分析时代被忽视的迷走神经,为人们揭示了一个惊人的秘密。科学家们通过小鼠研究发现,迷走神经由多种类型的神经元组成,而且不同神经元亚类控制着不同的呼吸功能。

迷走神经是机体和大脑之间的关键纽带,控制着呼吸、心率、进食行为和机体对疾病的应答。哈佛医学院的副教授Stephen Liberles领导研究团队,对这种神经进行了深度剖析。

他们通过光遗传学实验,揭示了迷走神经中不同神经元亚类的功能。研究显示,用光激活一类神经元,会让小鼠完全停止呼吸,将它们困在呼气状态。激活另一类神经元时,小鼠会出现快速的浅呼吸,这似乎是肺部的一种防御机制。

3、Cell:发现全新的遗传机制

密歇根大学和加州大学的研究人员目前阐明了一个影响好几代人的神秘遗传机制。这些家族的成员一直受到先天眼疾的困扰,但却没人明白其遗传学基础。

研究人员通过测序发现了蛋白RBP4上的突变,该蛋白负责运输视黄醇(一种维生素A),为眼睛发育提供基本的营养。研究显示,这种突变造成了功能上的“双重打击”。首先,突变蛋白不能将视黄醇送到发育中的胚胎。更糟糕的是,它们还阻断了细胞表面的受体(STRA6),让其他蛋白也无法输送营养。RBP4突 变由此引发了严重的视黄醇缺乏和出生缺陷。

4、Cell:首次发布环状RNA的表达图谱

不编码蛋白质的RNA被统称为非编码RNA。从上世纪六十年代的tRNA、八十年代的rRNA、到九十年代的microRNA,非编码RNA在不断刷新人们 对RNA的认识。就在几年前,科学家们又发现了一种特殊的非编码RNA,环状RNA(circRNA)。这种内源RNA分子很快成为了生物学领域的新热 点。

研究人员在大脑不同区域、原代神经元、分离的突触、以及神经元分化过程中进行了RNA测序,发现了数千种人类和小鼠神经元的circRNA,并对其进行了分析。

研究显示,circRNA在哺乳动物大脑中异常丰富,而且在突触中高度富集。值得注意的是,神经元circRNA的表达和序列是相当保守的,往往在人类和小鼠中都有表达,甚至在果蝇大脑中也检测得到。

研究人员还发现,在神经元分化过程中circRNA表达会出现上调。circRNA的这种表达动态,往往不同于其mRNA异构体(线性转录 本)。进一步研究表明,circRNA表达与RNA编辑酶ADAR1的表达负相关。敲减ADAR1可以提高circRNA的表达水平。

这项研究为人们提供了一个哺乳动物大脑的circRNA表达图谱,证明circRNA在大脑中起到了重要的作用,具有成为生物学指标的价值。

5、Cell:百年孟德尔遗传定律“被改写”

研究人员给百年历史的孟德尔遗传生物定律增加了一个新观点——他们发现在怀孕妈妈的体内有一小群细胞提高了遗传适合度和多代的生殖健康。来自辛辛那提儿童医院医学中心的科学家们将他们的研究发现报告在7月23日的《细胞》(Cell)杂志上。

医生和科学家们知道,机体能够耐受非遗传性母体抗原,并可以利用它来改善实体器官或干细胞移植后的结果已有一段时间。

Way说:“从基础生物学的角度来看,哺乳动物可以对非遗传性母体抗原产生免疫耐受,因此人们可以成功地接受移植,很显然在这种情况下是非常有利的。但必须有一个更基本的生物学原因来解释它,这就是我们在本研究中所发现的。”

研究人员正在进一步开展追踪研究,调查在后代中保留母体细胞促进免疫耐受的机制。在证实获得胎儿免疫耐受,防止妊娠并发症这一自然过程的一些分子细节后,Way说可以模拟一些机制设计出新的治疗方法来改善生殖健康及人类妊娠结局。

6、Cell:细胞周期时钟控制胚胎干细胞多能性

近日,一篇刊登在国际著名杂志Cell上的研究报道中称,来自新加坡A*STAR基因组研究所的研究人员通过研究首次揭示细胞周期时钟控制多能干细胞分化的分子机制,相关研究或为理解细胞分化机制,以及开发新型潜在疗法提供思路。

胚胎干细胞并不能分化为特殊类型的细胞,当其出于多能性状态时才可以,细胞周期分为四个阶段:G1、S、G2及M期,此前有研究发现胚胎干细胞 的细胞分化尽在G1期才开始,而由于G1期的特性才会促进细胞的谱系规范,而其它三个细胞周期特性的缺失被认为可以阻碍癌细胞的分化。

这项研究中研究人员利用高通量的筛选技术首次发现,在S和G2期胚胎干细胞可以维持自身的多能性,也就是说胚胎干细胞可以积极地抵御分化过程;另外研究者还表示,当存在DNA损伤时,胚胎干细胞就不会发生分化,以便抑制缺乏基因组稳定性的特殊分化细胞的产生。

7、Cell:破解五十年癌症谜题

尽管50多年前人们便首次描述出了疟疾与Burkitt淋巴瘤之间的联系,然而关于寄生虫感染让免疫细胞发生癌变的机制却一直是个谜。在8月 13日的《细 胞》(Cell)杂志上,研究人员在小鼠中证实在长期对抗恶性疟原虫的过程中,B细胞DNA变得容易发生致癌突变。

Burkitt淋巴瘤是一种罕见的侵略性B细胞淋巴瘤。1958年Burkitt首次描述了发生在非洲儿童身上的这种淋巴瘤。现在世界各地都发 现了类似的病例。这种类型的淋巴瘤占儿童淋巴瘤病例的30%到50%,而成人淋巴瘤中只有1%是属于这种类型。如果不加治疗,Burkitt淋巴瘤会迅速杀死患者。

洛克菲勒大学的Davide Robbiani及同事们决定,通过在小鼠中研究疟疾感染来解决这一问题。他们发现在长期对疟疾的免疫应答过程中,B淋巴细胞广泛增殖,一种叫做活化诱导 胞苷脱氨酶(AID)的蛋白长时间表达。通常情况下,AID能够突变抗体基因DNA来促进DNA洗牌,从而生成各种各样对于抗击感染至关重要的抗体。然 而,Robbiani研究小组发现在疟疾感染B淋巴细胞中,AID转而造成了广泛的严重破坏,使得其他基因的DNA发生重排,其中一些基因与癌症形成有关 联。

8、Cell:研究发现细胞再生肝组织无肿瘤发生

使肝脏自我修复和再生的机制一直是一个有争议的问题。现在加州大学的研究人员发现一种肝细胞比普通肝细胞更善于再生肝组织。这项研究发表在《Cell》上, 这是首次鉴别“混合肝细胞,”并表明他们能够使肝组织再生且不引起癌症。虽然大多数研究是在小鼠模型中进行,研究人员还在人类肝细胞中发现相似细胞。

所有的主要器官中肝脏重生能力最高,这就是为什么许多肝脏疾病,包括肝硬化和肝炎,通常可以通过健康的捐赠者移植的肝脏而被治愈。肝脏的再生性 以前 认为是成体干细胞被称为肝组织中卵圆细胞。但是最近的研究得出结论,卵圆形细胞不产生肝细胞;相反,它们发育成胆管细胞。这些发现促使研究人员开始在其它地方寻找新的肝细胞作为肝脏再生的来源。

虽然多功能干细胞对再生医学来说有很大希望,但很难保证它们在治疗完成后就会停止增殖。因此,多功能干细胞会增加肿瘤发生的风险。为了测试混合肝细 胞的安全性,Karin的团队检查了患肝癌的三种不同的小鼠模型。他们没有发现混合肝细胞引起肿瘤的任何迹象,研究人员得出这样的结论:这些细胞不会导致由肥胖诱导的肝炎或化学致癌物引起的肝癌。

9、Cell:用光精确控制干细胞分化

州大学旧金山分校的研究人员首次用光精确控制了胚胎干细胞的分化,让它们根据准确的外部线索转变为神经元。

迄今为止,人们已经鉴定了许多在特定时间促使干细胞分化的分子线索。用干细胞修复受损和衰老的组织已经成为了再生医学领域的热点。不过,让干细胞听从指令并不是一件简单的事。

近来研究显示,许多编码发育线索的基因,在未分化的干细胞中不断地开和关。细胞如何在这样的噪音中识别真正的发育信号,并做出快速而准确的应答呢?

随后研究人员用CRISPR-Cas9基因编辑系统给转录因子Nanog添加了荧光标签,这个转录因子相当于干细胞分化的刹车。他们发现,Brn2信号会 干扰维持细胞稳定和不分化状态的反馈回路,使Nanog蛋白水平开始下降。细胞中的Nanog蛋白要四个小时才能完全消失,这使它成为了一个绝佳的内部计时器。如果Brn2信号过早中断,Nanog水平就能迅速恢复,细胞保持不变。如果Brn2信号一直持续直至Nanog消失,那么干细胞就会很快分化成为 神经元。

“目前人们操纵干细胞的效率还比较低,这一过程显得难以控制,”Thomson说。“这是因为细胞并不是个木偶,它在持续解读信息。想要精确控制细胞的命运,我们就必须理解细胞的信息处理机制。”

10、Cell:染色体碎裂带来医学奇迹

2003年,研究者们将CXCR4基因与WHIM关联起来。这个基因编码一种细胞表面蛋白,免疫细胞通过该蛋白来识别趋化因子。WHIM患者带 有一个有缺陷的CXCR4拷贝,使得这个受体过度活化,在应该关闭的时候关不上。结果是白细胞“卡”在骨髓里无法进入血流,美国国家过敏症和传染病研究所的免疫学 家Philip Murphy说。

研究人员认为,这一现象是染色体碎裂(chromothripsis)造成的。染色体碎裂是指,一个染色体在复制过程被打碎,然后这些碎片以另 一种顺序重组。染色体碎裂事件是人们四年前在一个白血病患者中发现的,偶尔也出现在其他癌症中。发生染色体碎裂的细胞一般会死亡,如果细胞存活下来就会引发癌症。

这项研究中的染色体碎裂发生在造血干细胞中,可以源源不断地为这名女性提供正常白细胞。研究人员发现,与正常CXCR4和WHIM版CXCR4 相比,缺乏一个CXCR4拷贝的干细胞能够更好的移植给小鼠。正因如此,这位女性的白细胞现在全都表现正常。Murphy等人将这些研究结果发表在二月五日的 Cell杂志上。

这一发现“非常有趣,”西奈山伊坎医学院的临床遗传学家George Diaz评论道,CXCR4突变引发WHIM就是他鉴定的。Diaz由此想到了“柏林病人”的故事,这个HIV阳性患者得了白血病,但在接受骨髓移植之后,体内就没有可检出的HIV病毒了。这是因为他的骨髓供体缺乏一种趋化因子受体,HIV需要这一受体才能进入细胞。毫无疑问,现在这项染色体破碎研究也有着重要的临床意义。

总结:

在探索生命的这条道路上,人类一直都没有停下过脚步,而是迎难而上,以严谨的科学态度和坚持不懈的毅力不断攀登高峰,力求揭开生命之谜。小编非常肯定地相信,在全世界科学家共同的努力下,我们的生命科学研究必将随着时代的进步而不断进步。


本文来源搜狐,http://mt.sohu.com/20150901/n420251690.shtml

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作者 醉卧青云

博士生

哈尔滨工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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