2021年7月16日Science期刊精华
发布日期:2021-07-18
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2021年7月18日讯/ 生物谷 BIOON/---周又有一期新的Science期刊(2021年7月16日)发布,它有哪些精彩研究呢?让小编一一道来。


图片来自Science期刊。

1. Science:重磅!利用多能性干细胞在体外成功重建支持卵母细胞发育的卵泡
doi:10.1126/science.abe0237; doi:10.1126/science.abj8347


在一项新的研究中,日本研究人员提供一种模型系统,用于利用小鼠多能性 干细胞 重建卵巢体细胞环境。相关研究结果发表在2021年7月16日的Science期刊上,论文标题为“Generation of ovarian follicles from mouse pluripotent stem cells”。


完全利用小鼠多能干细胞重建卵泡结构,包括卵母细胞。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abe0237。

在小鼠发育过程中,胚胎卵巢起源于新生中胚层,其次是中间中胚层和生殖嵴区(genital ridge region)的体腔上皮(coelomic epithelium)。为了利用小鼠多能性 干细胞 形成胚胎卵巢体细胞,需要在体外培养中提供适当的信号来模拟一系列在体内发生的胚胎事件。利用携带监测每个步骤的关键基因表达的报告基因的小鼠胚胎 干细胞 (mESC),这些作者着手探索重建这种分化过程所需的体外培养条件。诱导的胚胎卵巢体细胞应在适当的条件下赋予其可靠的基因表达和功能。这些诱导的胚胎卵巢体细胞的功能应通过支持产生能够受精和后续发育的功能性卵母细胞的能力来验证。

根据报告基因的表达,这些作者确定了一系列的培养条件是以逐步的方式重现从多能性 干细胞 到性腺体细胞的分化过程所必需的。在这些条件下,mESC通过新生中胚层、中胚层和体腔上皮细胞状态,分化为表达Nr5a1的胎儿卵巢体细胞样细胞(fetal ovarian somatic cell–like cell, FOSLC),其中Nr5a1是性腺体细胞的代表性标志基因。FOSLC表现出与胚胎第12.5天的胚胎卵巢体细胞类似的转录特征和细胞组成。当FOSLC与mESC衍生性的原始生殖细胞样细胞(primordial germ cell–like cell, PGCLC)聚集在一起时,PGCLC进入减数分裂,随后的卵母细胞生长伴随着FOSLC衍生的卵泡在体外培养中的发育。在FOSLC衍生的卵泡中发育的PGCLC衍生性卵母细胞能够受精并发育成活的后代。这些结果表明,这种重建的功能性卵泡结构完全能够支持卵母细胞的产生。

2. Science:利用RT-qPCR的Ct值可靠地估计流行病轨迹
doi:10.1126/science.abh0635; doi:10.1126/science.abj4185


目前的流行病监测方法依赖于病例数、检测阳性率和报告的死亡或住院人数。然而,由于测试的限制、不具代表性的抽样和报告的延迟,这些指标提供的情况是有限的,而且往往有偏差。随机横断面病毒学调查可以通过提供感染率的快照来克服其中的一些偏差,但目前在没有不同时间点抽样的情况下,几乎不能提供关于流行病轨迹的信息。在一项新的研究中,来自美国哈佛大学公共卫生学院等研究机构的研究人员开发出一种新的方法:利用来自逆转录定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)测试的循环阈值(Ct)中的固有信息,从多个甚至单个横截面的阳性样本中稳健地估计流行病轨迹。相关研究结果发表在2021年7月16日的Science期刊上,论文标题为“Estimating epidemiologic dynamics from cross-sectional viral load distributions”。

Ct值与病毒载量有关,而病毒载量取决于感染后的时间;当感染和样本采集之间的时间较短时,Ct值通常较低。尽管个体、样本和检测平台之间存在差异,但Ct值提供了感染后时间的概率测量。他们发现,单个时间点上阳性样本的Ct值分布反映了流行病的轨迹。一个不断增长的流行病必然会有很高比例的携带较高病毒载量的近期感染者,而一个不断下降的流行病会有更多的老感染者,因此病毒载量较低。由于这些比例的变化,流行病的轨迹或增长率应该可以从单一横断面收集的Ct值的分布中推断出来,而多个连续的横断面应该可以确定较长期的发病率曲线。此外,了解样本病毒载量和流行病动态之间的关系,可以进一步了解为什么监测检测的病毒载量对新出现的病毒或变体来说可能较高,而对正在放缓的疫情来说则较低,甚至不存在个人层面的病毒动力学变化。

通过使用一种根据SARS-CoV-2病毒载量动力学的已知特征校准的人群水平病毒载量分布的数学模型,这些作者发现,随机样本中Ct值的中位数和偏度在流行病过程中会发生变化。通过将这一关系形式化,他们证实来自单一随机横断面的病毒学检测的Ct值可以估计人群中病毒随时间变化的再生数,并用从长期护理机构的全面SARS-CoV-2检测中收集的数据来验证。通过使用更灵活的方法对感染发生率进行建模,他们还开发了一种方法,可以可靠地估计更复杂的人群中的流行病轨迹,在这些人群中,干预措施可以随着时间的推移而实施和放松。通过使用常规的入院RT-qPCR检测数据,这种方法在估计美国马萨诸塞州的流行病轨迹时表现良好,准确地复制了其他来源对整个州的估计。

3. Science:在临床前动物中,抗衰老药物可降低冠状病毒相关的死亡率
doi:10.1126/science.abe4832; doi:10.1126/science.abi4474


COVID-19大流行揭示了老年人和慢性病人在感染SARS-CoV-2后对不良后果的脆弱性。衰老是一种由导致基因表达、形态、代谢和 细胞凋亡 抵抗性发生变化的细胞应激引起的细胞命运。衰老细胞(Senescent cell, SnC)分泌称为衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype , SASP)的促炎因子。衰老细胞随着年龄的增长而积累,并推动慢性炎症的发生。在人类细胞和组织中,通过使用一种新的感染模式,来自美国明尼苏达大学等研究机构的研究人员探究了衰老细胞是否是随着年龄增长而导致感染不良结果的原因。这是有意义的,因为衰老细胞可以通过一类名为senolytics(衰老细胞裂解药物)的新药物在体内选择性消除,从而可能为治疗COVID-19提供一种新方法。相关研究结果发表在2021年7月16日的Science期刊上,论文标题为“Senolytics reduce coronavirus-related mortality in old mice”。


随着年龄增加或因慢性疾病积累的衰老细胞通过释放更多的SASP分子对PAMP分子(如SARS-CoV-2 S1)产生反应,这会增加正常细胞中病毒进入蛋白的表达,降低病毒防御基因IFITM表达。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abe4832。

这些作者假设,由于衰老细胞释放促炎性的SASP分子,它们可能对病原体相关分子模式(PAMP)因子有更高的反应,从而导致细胞因子风暴和多器官衰竭的风险增加。为了验证这一点,他们用PAMP因子---脂多糖(LPS)和SARS-CoV-2刺突蛋白(S1)---处理衰老和非衰老的人类细胞,并测量SASP及其对非衰老细胞的影响。同样地,在用LPS挑战老龄小鼠和早衰小鼠后,他们也测量了SASP。在此之前,他们通过让不含特定病原体(specified-pathogen–free, SPF)的小鼠接触宠物店的小鼠或它们的床上用品,将环境病原体传播给SPF小鼠,从而为它们创造了一种“正常的微生物体验(normal microbial experience, NME)”。第一种转移的病原体是小鼠肝炎病毒(MHV),它是一种与SARS-CoV-2密切相关的β冠状病毒。与年轻的SPF小鼠相比,NME迅速杀死了年老的SPF小鼠,而年轻的SPF小鼠在NME中存活。这提供了一种实验模式来测试senolytics药物是否能减轻β-冠状病毒感染的不良后果。

相对于非衰老细胞,人类内皮中的衰老细胞在受到LPS和S1的挑战时变得过度炎症。由PAMP引发的衰老细胞分泌组(secretome)导致病毒进入蛋白的表达增加,并减少了非衰老人类内皮细胞和肺上皮细胞中抗病毒基因的表达,这些事件在人类肺部活组织中被证实是相近的。相对于年轻小鼠,用LPS处理老龄小鼠明显增加SASP在几个器官中的表达,从而证实了这些作者在体内的假设。同样,暴露于NME的老龄小鼠显示出衰老细胞和SASP在多器官中的显著增加,对MHV的免疫反应受损,死亡率为100%,而在NME之前接种针对MHV的抗体可以完全拯救死亡。用选择性地消除NME处理后的衰老细胞的senolytics药物漆黄素治疗老龄小鼠,可使死亡率降低50%,减少血清和组织中炎性蛋白的表达,并改善免疫反应。这一点在第二种senolytics药物治疗方案---达沙替尼(Dasatinib)和槲皮素(Quercetin)的组合使用,以及老龄小鼠衰老细胞的基因消融中得到了证实,这确立了衰老细胞是导致老年生物体暴露于新型病毒病原体后的不良后果的原因。

4. Science:揭示辅助性T细胞表达Foxp3蛋白促进生发中心关闭机制
doi:10.1126/science.abe5146


当我们接触到一种病原体时,免疫系统中的B细胞会涌向我们的淋巴结、脾脏和扁桃体。在那里,这些细胞在生发中心中发生突变,其中生发中心是让B细胞通过发生一连串的突变产生最有效的抗体来中和传染性病原体的微型训练营。只要生发中心启动并运行,B细胞就能自由地成熟并完善其抗病方法。但当生发中心关闭(通常是在几周后)时,这种训练过程就会停顿下来。无论到那时形成的抗体是好是坏,都是免疫系统的最终产物。

如今,在一项新的研究中,来自美国洛克菲勒大学等研究机构的研究人员描述了参与生发中心关闭的关键因素之一。这些发现最终可能会帮助科学家们延长或缩短生发中心活跃的时间,从而产生潜在的临床影响。相关研究结果发表在2021年7月16日的Science期刊上,论文标题为“Expression of Foxp3 by T follicular helper cells in end-stage germinal centers”。

论文通讯作者、洛克菲勒大学淋巴细胞动力学实验室负责人Gabriel D. Victora说,“如果我们能使生发中心持续更长的时间,也许我们可以在疫苗接种后帮助身体形成更强的抗体。反过来说,如果我们知道如何关闭生发中心,这可能有助于治疗由过度免疫反应引起的 自身免疫 疾病。”

这些研究结果首次强调辅助性T细胞是生发中心关闭的主要媒介,这提出了一种可能性,即专门干扰这些细胞可能使科学家们能够改变生发中心启动和运行的时间长度。例如,在我们接种疫苗后,延长我们生发中心的寿命,可能有助于诱导我们的免疫系统制造更强的抗体。另一方面,关闭生发中心可能有助于治疗 自身免疫 疾病---防止身体产生非常强大的靶向自身细胞并造成真正伤害的抗体。

5. Science:揭示人细胞利用具有洗涤剂特性的APOL3蛋白清除入侵细菌机制
doi:10.1126/science.abf8113; doi:10.1126/science.abj5637


当哺乳动物的免疫系统检测到病原体时,一种称为“干扰素-γ”的细胞因子的释放引发了一种免疫召唤,从而诱导全身细胞中大量宿主基因的转录,而不仅仅是在免疫细胞中。但是所有这些基因的身份以及它们在保护宿主方面的作用并不为人所知。在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学的研究人员发现,由干扰素-γ刺激的一个称为APOL3(apopliprotein L3,载脂蛋白L3)的基因产生的蛋白可以通过像洗涤剂一样的作用来摧毁潜入宿主细胞的 细菌 ---包围这种病原体细胞膜的脂质,使它们破裂开。相关研究结果发表在2021年7月16日的Science期刊上,论文标题为“A human apolipoprotein L with detergent-like activity kills intracellular pathogens”。


APOL3杀死人细胞内的细菌,图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf8113。

耶鲁大学 免疫学 家John MacMicking和他的团队在人类上皮细胞中使用CRISPR,系统地让数千个能够在应对干扰素-γ时改变活性的基因中的每一个基因发生突变。他们然后将这些细胞暴露在干扰素-γ中,并发现APOL3发生突变的细胞不能抑制鼠伤寒沙门菌(Salmonella enterica serovar Typhimurium)的快速复制,其中鼠伤寒沙门菌是导致人们食物中毒的原因之一。他们确定,当细胞收到来自干扰素-γ的警告病原体入侵的信号时,它们会激活APOL3的表达。

为了弄清楚细胞如何利用APOL3来处理入侵者,这些作者观察了荧光标记的APOL3对荧光标记的细菌的反应,无论是在细胞内还是在培养皿中混合这些成分时。他们观察到APOL3与另一种由干扰素-γ诱导的蛋白质--鸟苷结合蛋白1(guanylate-binding protein 1, GBP1)---合作,穿过细菌外膜。然后,APOL3特异性地与细菌内膜的脂质结合,忽略宿主膜上常见的脂质,并将它们包围起来--就像洗碗皂包围锅碗瓢盆上的油脂那样。这种结合使膜破裂,从而破坏了 细菌 细胞。

6.Science:染色质景观决定它的重塑
doi:10.1126/science.abf8705


称为哺乳动物SWI/SNF(mSWI/SNF)染色质重塑复合物的大型多组分分子机器在控制我们基因组的结构方面发挥着关键作用。mSWI/SNF与细胞核内的染色质(组装在蛋白质上的DNA)结合,并决定DNA的哪些区域可被访问,从而决定我们基因组中的哪些基因可以被访问。在 细胞中,这一过程在正确的时间和正确的基因上发生是至关重要的,因为干扰会导致疾病,如癌症和神经发育障碍。Mashtalir等人发现了指导染色质上复杂活动的分子线索,为可能有利于治疗靶向的特定相互作用提供信息。这种组合方法考虑了参与决定mSWI/SNF活性的 许多因素,为理解染色质重塑复合物的结合和活性提供了宝贵的资源。

7.Science:斑鬣狗也存在社会地位的继承
doi:10.1126/science.abc1966; doi:10.1126/science.abj5234


社会地位的 遗传 及其相关的成本和收益在人类中得到了充分的证明。这种代际系统是否发生在其他物种中则更难证明。Ilany等人研究了斑鬣狗近30年的社会互动数据,其中斑鬣狗是一个以雌性为主的系统,具有高度结构化的社会。他们发现地位的继承同样突出。幼年斑 鬣狗的社会联系与它们的母亲相似,而且地位越高,这种联系的强度越高。重要的是,生存与社会继承有关,表明这些社会角色对斑鬣狗的生活至关重要。

8.Science:揭示储存食物的鸟类的海马体空间的神经表征
doi:10.1126/science.abg2009


贮藏食物的鸟类是记忆专家,可以记住成千上万的隐藏食物。Payne等人利用自由行为的鸟类的电生理记录,分析了两种鸟类---簇绒山雀(tufted titmouse)和斑胸草雀(zebra finch)---中潜在海马体同源物的神经元活动。他们选择这两个物种来比较,它们分别是有 和没有显示食物贮藏行为的鸟。在特别擅长记忆的鸟类中可以检测到类似于啮齿动物神经元活动的位置细胞和典型的海马体放电模式。然而,与簇绒山雀相比,斑胸草雀的空间活动明显较弱,且数量较少。这些发现提供了证据,表明空间记忆背后的神经过程在相隔数百 万年进化的、差异很大的海马体回路中明显保守。(生物谷 Bioon.com)

来源:生物谷

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