新一期Science期刊文章速遞
1. Science：童年缺乏母愛影響成年時的大腦發育
doi:10.1126/science.aah3378; doi:10.1126/science.aat3977
至少十年以來，科學家們已知道哺乳動物大腦中的大多數細胞都會經歷DNA變化，從而使得每個神經元與相鄰的神經元略有差別。其中的一些變化是由「跳躍」基因---正式名稱為長散布核元件（long interspersed nuclear element, LINE）---引起的，它們從基因組上 的一個位點移動到另一個位點。2005年，美國沙克生物研究所遺傳學實驗室的Rusty Gage教授及其團隊發現一種被稱作L1的跳躍基因能夠在發育中的神經元（一類腦細胞）內跳躍。
在一項新的研究中，Gage、Bedrosian及其同事們先是觀察母鼠和它們的後代之間的撫養方式的自然變化。他們隨後研究了來自小鼠後代海馬體的DNA，其中海馬體參與情緒、記憶和一些非自主功能。他們發現母鼠關撫養方式與L1拷貝數之間存在相關性：接受母鼠專心照 顧的小鼠後代具有更少的跳躍基因L1拷貝，而那些缺乏母鼠照顧的小鼠後代具有更多的L1基因拷貝，因而在它們的大腦中具有更多的遺傳多樣性。相關研究結果發表在2018年3月23日的Science期刊上，論文標題為「Early life experience drives structural variation of neural genomes in mice」。
為了確保這種差異不是偶然的，這些研究人員開展了一系列對照實驗，包括檢查每隻小鼠後代的雙親的DNA，以確保這些小鼠後代不僅從雙親那裡遺傳L1的拷貝數，同時驗證這種額外的DNA序列元件實際上是基因組DNA而不是來自細胞核外部的遺傳物質。最後，他們讓這些 小鼠後代接受交叉撫養：不提供母愛的母鼠生下的小鼠後代被由提供母愛的母鼠撫養，反之亦然。L1拷貝數與母鼠撫養方式之間存在關聯性的初始結果依然成立：相比於由提供母愛的母鼠生下的但由不提供母愛的母鼠撫養的小鼠後代，由不提供母愛的母鼠生下的但由提 供母愛的母鼠撫養的小鼠後代具有更少的L1拷貝數。
這些研究人員猜測由不提供母愛的母鼠生下的後代遭受更多的壓力，並且在某種程度上，這導致基因更加頻繁地拷貝和移動。有趣的是，撫養方式與已知的其他跳躍基因的拷貝數之間不存在類似的相關性，這提示著L1具有獨特的作用。因此，接下來，他們研究了甲基 化---DNA上的化學標記模式，該模式可指示基因是否應該被拷貝，而且會受到環境因素的影響。在這項研究中，已知的其他跳躍基因的甲基化對於所有小鼠後代都是一致的。但對L1而言，情況就有所不同：相比於由提供母愛的母鼠生下的小鼠後代，由不提供母愛的母鼠 生下的小鼠後代具有顯著更少甲基化的L1基因，這提示著甲基化是導致L1基因遷移的機制。
2. Science：受到生物啟發的摺紙術
doi:10.1126/science.aap7753
摺紙術涉及將二維薄片摺疊成複雜的三維物體。 但是，一些形狀不能夠利用標準的摺疊方法加以構造。Jakob A. Faber等人研究了蠼螋（earwig）的翅膀。蠼螋能夠以摺紙術不可能實現的方式進行摺疊它的翅膀，並且能夠改變它的翅膀形狀，進行飛行。這些作者們通過利用允許變形和剛度可變的膜來再現這種能力。預拉伸這種膜產生能量上雙穩態的呈現出被動自我摺疊行為的摺紙模式（origami pattern）。
3. 兩篇Science揭示來自淋巴結轉移的癌細胞可成為遠處轉移瘤的來源
doi:10.1126/science.aal3622; doi:10.1126/science.aal3662
在一項新的研究中，來自美國麻省總醫院（MGH）和哈佛醫學院的研究人員發現在小鼠模型中，來自轉移性淋巴結（metastatic lymph node）的癌細胞能夠通過入侵淋巴結血管而逃逸到血液中，從而導致在身體其他部位產生轉移瘤（metastases）。他們的發現為淋巴結 在癌症擴散中發揮作用的主張增加了證據。相關研究結果發表在2018年3月23日的Science期刊上，論文標題為「Lymph node metastases can invade local blood vessels, exit the node, and colonize distant organs in mice」。為了研究來自淋巴結轉移的癌細胞是否能夠擴散到其他器官中，這些研究人員利用一種熒光蛋白對幾種不同類型的癌細胞---來自黑色素瘤和鱗狀細胞癌模式小鼠---進行標記，其中這種熒光蛋白當接受特定光線照射時，它從發出綠色熒光轉化為發出紅色熒光。將這些經 過標記的癌細胞移植到小鼠體內可產生原發性腫瘤，而且當發生淋巴結轉移時，轉移性癌細胞從發出綠色熒光轉化為發出紅色熒光。在血液或身體其他地方發現的發出紅色熒光的癌細胞可能僅來自轉移性淋巴結而不是原發性腫瘤。
這些研究人員在這些小鼠的血液中檢測到發出紅色熒光的循環腫瘤細胞，這表明癌細胞正從從轉移性淋巴結釋放出來。他們還在這些小鼠的肺部中發現了發出紅色熒光的癌細胞，從而支持這一假說：來自淋巴結轉移的細胞能夠在肺部或其他器官中形成新的轉移性癌細胞 集落。在這項研究中，通過仔細研究這些小鼠的轉移性淋巴結，他們提出淋巴結內的轉移性細胞可能通過免疫細胞穿過淋巴結所需經過的導管進入血管。同樣地，在頭頸癌患者的淋巴結中，腫瘤細胞能夠在淋巴結血管中鑒定出。
在另一項發表在同期Science期刊上的論文標題為「Lymph node blood vessels provide exit routes for metastatic tumor cell dissemination in mice」的研究中，奧地利維也納醫科大學的D. Kerjaschki和奧地利科學技術學院的M. Sixt及其同事們通過將癌細胞微 灌注到輸入淋巴管（afferent lymphatic vessel）中，將它們運送到小鼠的淋巴結中。他們發現腫瘤細胞快速地浸潤淋巴結實質，侵入淋巴結血管，並且在無需胸導管的參與下導致肺部轉移瘤產生。這些研究結果提示著在實驗性小鼠模型中，淋巴結血管能夠作出癌細胞 在全身擴散的一種應急通路。這種類型的腫瘤細胞擴散是否發生在癌症患者中發生還仍然有待確定。
4. Science：高血糖導致腸道屏障功能障礙，提高腸道感染風險
doi:10.1126/science.aar3318
在一項新的研究中，Christoph A. Thaiss等人發現相比於肥胖，高血糖更可能引起腸道屏障損傷和加重腸道感染。在小鼠實驗中，葡萄糖和葡萄糖轉運蛋白GLUT2直接參与高血糖對錶皮細胞的轉錄重編程，改變細胞間緊密連接和粘著連接的完整性，從而增加腸道屏障通 透性；高血糖引起的腸道屏障損傷導致微生物產物進入體內，促進病原菌增殖及病灶轉移，惡化腸道感染狀況。人體數據表明進入體內的微生物產物含量與血糖水平相關，與體重指標和代謝疾病等無關。
5. Science：真菌激酶Pmk1控制稻瘟病菌在植物細胞間傳播
doi:10.1126/science.aaq0892
稻瘟病每年會破壞高達30%的水稻作物，從而威脅著全球的糧食安全。稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）通過菌絲入侵植物組織，其中菌絲能夠增殖，通常通過胞間連絲（plasmodesmata）聚集的紋孔場（pit field）從一個細胞侵入到另一個細胞中。Wasin Sakulkoo等人 在一項新的研究中證實通過化學手段對真菌絲裂原活化蛋白激酶Pmk1進行遺傳抑制會阻止稻瘟病菌感染鄰近的植物細胞，從而將這種真菌困在單個植物細胞中。Pmk1調節著真菌分泌的參與抑制宿主免疫反應的效應蛋白表達，從而阻止胞間連絲中的活性氧產生和過量的胼 胝質沉積。此外，Pmk1還能控制這種真菌從一個水稻細胞侵入到另一個鄰近細胞中所需的菌絲收縮，從而使得這種真菌能夠定植在宿主組織中，並導致稻瘟病。
6. Science：當遭受神經損傷時，局部表達的mTOR控制著軸突的局部表達
doi:10.1126/science.aan1053; doi:10.1126/science.aat1498
局部蛋白合成為神經軸突遠端位置上的損傷反應和生長決定提供了時空精確性。Marco Terenzio等人發現這個過程是由事先存在的編碼著主調節因子mTOR的mRNA局部翻譯控制的。在軸突損傷部位上，mTOR控制它的自身合成和大多數新合成的蛋白的產生，由此確定著受損 神經元隨後的存活和生長。
7. Science：揭示甲烷氧化菌素的生物合成機制
doi:10.1126/science.aap9437
甲烷氧化菌將來自環境的銅組裝到對甲烷進行代謝的分子機器中，從而將甲烷轉化為甲醇。 為了獲得銅，許多甲烷氧化菌分泌一種被稱作甲烷氧化菌素（methanobactin）的化學修飾肽，它緊緊地結合著銅離子，將銅離子招募到細胞中。迄今為止，人們對促進甲烷桿菌 素形成的細胞機器知之甚少。
在一項新的研究中，美國西北大學的Amy C. Rosenzweig及其同事們鑒定出兩種之前從未研究過的蛋白：MbnB和MbnC，它們部分上負責這種細菌的內部運作。這兩種蛋白一起形成一種含鐵酶複合物，這種含鐵酶複合物將一種氨基酸轉化為兩種化學基團。這種化學反應產生 甲烷氧化菌素。作為一種銅載體，甲烷氧化菌素將銅招募到細胞中。Rosenzweig團隊還發現這兩種蛋白促進所有產生甲烷氧化菌素的細菌物種（包括非甲烷氧化菌）產生這種銅載體。相關研究結果發表在2018年3月23日的Science期刊上，論文標題為「The biosynthesis of methanobactin」。
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