29 NOV 2024|VOLUME 386|ISSUE 6725 摘要 https://www.science.org/toc/science/386/6725
In Brief
News at a glance NONPROLIFERATION
Biosecurity board mulls AI risks
生物安全委员会考虑人工智能风险
美国一个顾问小组启动了一项为期一年的研究，探讨如何防止滥用人工智能制造危险病原体或毒素。研究人员越来越多地使用计算模型来了解细菌和病毒的危害，并制定应对措施。但在国家生物安全科学咨询委员会会议上，官员们指出，这些信息可能被恐怖分子利用。美国国立卫生研究院要求该小组研究利用模型设计新型生物制剂或毒素的益处和风险，并预计到2025年12月制定相关指南。
HIGHER EDUCATION
Toll on graduate students probed
研究生所受的影响
一项研究分析了研究生工作中的关键压力源，发现研究任务比教学更容易导致理科研究生抑郁或焦虑。在对美国142所院校的调查中，2161名研究生表示经历过抑郁或焦虑，主要压力来自导师的严厉批评和不切实际的期望。女性、非二元性或经济不稳定的受访者受影响更严重。院校可以通过培训导师提供情感支持，为学生提供专业发展机会和经济支持，以减轻这些压力。
RESEARCH INTEGRITY
Probe slams institute’s ethics
调查抨击研究所的伦理道德
法国艾克斯-马赛大学2023年的报告指出，由迪迪埃-拉乌尔特领导的研究所的八项临床研究不符合国际生物医学伦理标准，且大多数研究违反法国法律。报告直到最近才公开，因为一名数据调查员要求政府公布。拉乌尔特主张用羟氯喹治疗COVID-19，尽管缺乏证据。他已退休，不再担任IHU所长，七篇论文被撤稿，总数达25篇，合著的223篇IHU论文也受到关注。
ETHICS
Sackler name dropped from prize 萨克勒的名字从奖项中删除
特拉维夫大学将其颁发的“雷蒙德-赛克勒和贝弗利-赛克勒国际生物物理学奖”更名为“特拉维夫大学国际生物物理学奖”，以去除因在美国阿片类药物流行中扮演重要角色而声名狼藉的萨克勒家族的名字。
PUBLISHING
Journal dumps shady platforms
期刊抛弃黑平台
医学期刊《Cureus》关闭了六个被批评为论文加工厂输送可疑文章的“学术频道”。这些频道允许机构指定编辑在投稿后管理内容，被认为助长了寻求美国住院医师职位的医生快速发表论文的山寨产业。《Cureus》表示，经过审查，确定这六个平台不符合其标准。
PUBLIC HEALTH
Destroying ‘forever’ chemicals
摧毁 “永恒 ”的化学物质
新研究表明，由光激发的催化剂可以分解全氟和多氟烷基物质（PFAS）化合物。这些化学物质在环境中持续存在，并与健康问题有关。新方法能在更低的温度和压力下破坏化合物的强碳氟键，成本可能更低，但催化剂速度慢，需要进一步开发。
Researchers and scientific institutions flock to Bluesky 在埃隆·马斯克的 X 最近发生改变后，寻找“旧 Twitter”的逐渐迁移变成了一场人潮涌动。 Bluesky 正在迅速取代 X，成为分享和讨论新发现的社交媒体平台 Bluesky成为科学家新宠 ：自美国总统大选以来，去中心化社交平台Bluesky的用户在两周内从近1400万增至近2100万。Bluesky吸引力 ：Bluesky之所以具有广泛吸引力，很大程度上是因为它的外观和感觉很像推特（X），后者在科学家中非常受欢迎，他们用它来分享研究结果、协作和建立网络。X平台问题 ：亿万富翁埃隆·马斯克（Elon Musk）收购推特并将其更名为X后，减少了内容审核等变化，导致一些研究人员离开。研究人员表示，从那以后，X上的色情信息、垃圾邮件等都有所增加，而对社区保护却减少了。Bluesky保护功能 ：Bluesky通过屏蔽和静音等保护功能，为用户提供了控制所见内容和筛选互动对象的途径。Bluesky数据开放性 ：作为一个去中心化社交平台，Bluesky建立在一个开放的网络上，使研究人员和开发人员都能够访问其数据。而在X上，这种访问要收取高额费用。‘Dark proteome’ survey reveals thousands of new human genes 数据库证实，被忽视的基因组代码片段包含大量微小蛋白质。 AlphaFold3 人工智能预测的三种新的假定小蛋白的可能结构显示了它们的简单性 人类基因组首次测序20多年前，最令人惊讶的发现之一是基因数量之少，不到一些科学家预测的三分之一。最近的研究认为，人类基因组中包含的基因不到30000个，而最新的统计甚至更低，约为20000个。但一项新的系统分析，即一些人所说的“暗蛋白质组”，表明科学家可能忽略了数千个非传统的基因，这些基因隐藏在以前被忽视的基因组区域，并制造出比平均大小小的蛋白质。 这些新发现的基因及其产物可能会颠覆人类生物学的某些方面，并加速医学发现。例如，一个新发现的基因制造了一个小型蛋白质，这似乎是儿童癌症的关键。 “除非我们知道暗蛋白质组中的蛋白质是什么以及它们如何贡献，否则我们治疗疾病的能力将受到限制。”未参与上个月在bioRxiv预印本上发表的新研究的萨尔克生物研究所的化学生物学家Alan Saghatelian说。 Fake papers compromise research syntheses 旨在从许多研究中提取广泛结论的“系统评价”正处于危险之中。 雷内在审查潜在的中风治疗方法时，意外发现相关研究数量远超预期，且许多论文存在数据和图像问题。这使得他计划进行的系统综述——一种综合多个研究以得出广泛结论的方法——面临挑战。 雷内 是Radboud大学医学中心的神经科学家，他和许多系统综述作者一样，对所依赖的证据基础失去了信心。他们团队暂停了项目，以评估问题的严重性，认为系统综述的权威性正受到威胁。
这些可疑论文可能来自论文工厂，这些企业生产假科学文章。据一份手稿估计，高达七分之一的已发表论文可能是伪造或篡改的。雷内 的团队计划总结他们分析的论文中的问题，结果令人沮丧。在过去10个月中，他在Pubpeer上标记了超过690篇可疑论文，其中许多与中风项目有关。 Perspectives
Micrometer-sized robotic chameleons 变色龙通过皮肤中数十亿纳米颗粒对光线的衍射显示出美丽色彩，能够根据环境、求偶或温度变化调整颜色。这种自适应反应的材料一直是科研的重要目标，超材料在这方面取得了显著进展。超材料是具有特殊结构特性的人造材料，能够控制光、声音或运动。机械超材料通过内部结构设计控制应力和变形，而光子超材料则在纳米尺度上控制光流。尽管超材料在控制运动和光线方面取得了进展，但机械超材料和光子超材料的发展仍然不协调。最近，Smart等人报道了一种细胞大小的机器人，能像变色龙一样改变形状、运动和操纵光线，未来可能用于复杂环境的探测和传感任务。 Endothelial inflammation in COVID-19 内皮功能紊乱是 COVID-19 多器官并发症的根本原因。 血管内皮是组织和血流之间的重要界面，维持着正常的血流。在其平衡状态下，血管内皮可抵抗血液凝结、血管收缩和炎症，并保持选择性屏障功能。这套受到严格调控的特性可以迅速转变，释放出一系列重要功能，以阻止伤口失血，或调动先天性和适应性免疫防御功能来修复损伤和对抗病原微生物。但是，内皮细胞的这些防御作用如果过度旺盛，就会加重疾病。感染严重急性呼吸系统综合征冠状病毒 2（SARSCoV-2）突出表明了内皮功能的改变是如何在 COVID-19 的急性期对多器官健康产生影响的，并有可能导致与 Long Covid 相关的长期后果。
静止的内皮细胞具有多种机制，可抵抗血栓形成（血液凝结）并有利于纤溶（血块清除），包括抗凝剂硫酸肝素蛋白聚糖。血管内皮产生的一氧化氮和前列环素可对抗血小板聚集，促进血管扩张。细胞表面蛋白血栓调节蛋白与凝血酶结合，并通过使凝血酶激活蛋白 C，从而使这种通常具有促凝作用的分子具有抗凝特性。静止的内皮细胞通过在其表面表达纤溶酶原激活物来进一步促进纤溶。
内皮功能可迅速从平衡状态转变为潜在的致病性防御态势。在对病毒性败血症释放的促炎细胞因子做出反应时，内皮细胞会产生组织因子（一种强效促凝血剂）和纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）（一种血凝块分解抑制剂）。许多内皮细胞会释放冯-威廉因子，这是血栓形成的关键介质。前炎症细胞因子也会刺激内皮细胞增加自身细胞因子的分泌，并表达能结合白细胞的粘附分子以及能吸引粘附的炎症细胞穿过内皮的趋化因子。
Metabolism-Rationed sugar reduces health risk 人们普遍认为，早年的营养会影响晚年的代谢健康，但很难区分特定营养类型的影响，因为它们很少单独出现。Gracner 等人利用了英国在第二次世界大战期间突然取消食糖配给的自然实验。其他食品类别也在不同时期被配给，然后又被放开，但只有糖的消费量在配给结束后迅速增加。作者利用英国生物数据库中关于在子宫内和生命早期是否接触过食糖配给的数据，证明了这种配给对日后患上 2 型糖尿病和高血压有保护作用。 Hibernation-Suppressing thirst 经常运动的人都知道强烈口渴的感觉。这种对水的强烈渴望在哺乳动物中很常见，它能确保我们对水的生理需求得到满足。然而，在冬眠的动物中，饮水和口渴会被抑制数月之久。Junkins 等人研究了冬眠啮齿动物--十三线地松鼠的这一现象，发现它们即使在生理指标显示缺水的情况下，也会出现长达数月的抑制口渴现象。这种抑制作用是由环周器官神经元活动减少引起的，而这些神经元在冬季的功能会减弱。 Innate Immunity-Immune sensing of self RNAs 先天性免疫对内源性双链 RNA（dsRNA）的感应会受到 A 到 I RNA 编辑酶 ADAR1 的阻止，而 ADAR1 的突变会导致自身炎症性疾病艾卡迪-古铁雷斯综合征（Aicardi-Goutieres Syndrome）。Heraud-Farlow 等人通过对表达编辑坏死的 ADAR1 蛋白的骨髓细胞进行全基因组筛选，发现了对未经编辑的自身 dsRNA 的自身炎症反应的三个关键调节因子。这些蛋白直接相互作用，形成一个复合物，该复合物是未编辑的dsRNA在细胞质中积累并被dsRNA感应免疫受体MDA5检测到所必需的。这些发现确定了一种以前未曾描述过的促进细胞对免疫原性自身dsRNA反应的途径。 Transplantation-Safer liver supercooling 传统的肝脏冷藏方法只能保存器官12小时，但最近报道的一种肝脏过冷方法有可能将供体肝脏的体内保存时间延长至数天。然而，Jiao 等人的研究表明，在大鼠肝脏模型中长期过冷实际上会通过环磷酸腺苷信号触发的自噬途径，诱发比传统静态冷藏（短时间）更多的损伤。对大鼠、猪和人类肝脏进行西洛他胺处理可减轻48小时超低温对肝脏的损伤，从而有望利用这种方法大大延长供体肝脏在移植前的储存时间。 Molecular Biology-Coupling in the central dogma 为了表达编码蛋白质的基因，RNA 聚合酶将 DNA 转录成 mRNA，核糖体随后将 mRNA 翻译成蛋白质。在细菌中，转录和翻译是同时进行的，这使得 RNA 聚合酶和核糖体能够相互合作。Webster 等人利用低温电子显微镜观察到了转录 RNA 聚合酶和核糖体之间的早期相遇，后者启动了新生 mRNA 的翻译。在单分子实验和细胞内交联质谱分析的支持下，这项研究显示了这两种机制的不同元素是如何合作将核糖体招募到新生的 mRNA 上的。 Microrobotics-Optically active microrobots 具有多种功能的机器人设备的微型化为不同学科的传感和成像提供了许多机会。Smart 等人开发了一个结合了机器人学和光学领域的微型机器人平台（见 Coulais 和 van de Groep 的 Perspective）。这些机器人由纳米厚的机械膜、可编程纳米磁体和衍射光学元件组成。机器人通过外部磁场驱动，以可见光频率工作。作者展示了一系列功能，包括运动、亚衍射限制成像、用于光束转向和聚焦的可调衍射光学元件，以及具有皮牛顿灵敏度的超小型力传感。 Neuroscience-Sex-biased demyelination 脱髓鞘是衰老和与衰老相关的神经退行性疾病的一个过程，其发病率和严重程度都存在性别差异。Lopez-Lee 等人利用单核转录组学、空间转录组学和功能分析研究了小鼠性别差异的机制。X 连锁基因 Tlr7 决定了脱髓鞘的性别差异，而在一个由陶姆介导的脱髓鞘小鼠模型中，该基因的缺失或抑制可减少性别差异并防止脱髓鞘。这些结果有助于阐明介导神经系统疾病性别差异的机制。 Differentiation-Intestinal stem cell maintenance 肠道中的干细胞不断适应受化学信号和物理力影响的环境。Baghdadi等人重点研究了PIEZO--帮助干细胞检测和响应物理变化的机械敏感离子通道。体内遗传模型和在生物工程基质上体外培育的迷你肠道显示，PIEZO通道对干细胞的功能和存活至关重要。肠道干细胞往往位于具有相对坚硬细胞外基质的肠隐窝底部。肠道干细胞PIEZO通道能感知硬度和拉伸的变化，从而控制干细胞的行为，帮助维持肠道功能。 Malaria-Patterns predicting resistance 疟原虫的基因组变化很大，因此预测抗药性的演变具有挑战性。此外，技术和后勤方面的复杂性也意味着很难对耐药性进行实地监测。Luth 等人仔细研究了已知对一系列抗疟化合物具有抗药性的恶性疟原虫克隆的基因组，在一组 128 个基因中发现了可能性较高的变体。除了已知的靶标外，还发现了新的抗药性基因和等位基因，以及与多种药物抗药性相关的基因组和编码蛋白的特征。这些变异更可能是涉及大量氨基酸变化的错义突变或框移突变，而且发生在保守的蛋白质结构域中。此类分子标记的普遍存在可为药物开发研究和调整区域疟疾控制政策提供预警信号。 在真核细胞中，新生分泌蛋白和膜蛋白被信号识别颗粒（SRP）定向到内质网（ER）。Wang 和 Hegde 发现，TMEM208 有助于使这些货物在到达 ER 膜时脱离 SRP。未从SRP中释放出来的新生蛋白质无法参与其成熟所需的转运机制。事实证明，TMEM208 对膜蛋白尤为重要，因为它们通常会与 SRP 结合得更紧，并很快失去插入能力。发现 SRP 靶向途径中这一长期被忽视的步骤有助于解释 SRP 如何在正确的时间和地点释放其货物。 Hemoglobin Disorders-New insights into an elusive target BCL11A 是一种转录因子，参与大脑和造血（血）细胞的发育。BCL11A 在红细胞中从胎儿到成人的血红蛋白转换过程中发挥着重要作用，针对 BCL11A 的基因疗法有望治疗镰状细胞病和β-地中海贫血等遗传性血红蛋白病。然而，基因治疗方法的复杂性可能使中低收入国家的患者无法获得治疗。Zheng 等人探索了 BCL11A 的结构和生化调控特征，发现 BCL11A 以四聚体的形式发挥作用，而这是产生稳态蛋白所必需的特征。此外，该四聚体在作为胎儿球蛋白启动子的抑制因子时似乎是独立运作的。这些发现可能有助于设计未来治疗血红蛋白疾病的药物。 Cancer-Therapeutic vulnerability from p53 loss 肿瘤依靠细胞应激反应生存。Cordova 等人发现，抑制综合应激反应激酶 GCN2 可以杀死转录因子 p53 发生突变的前列腺癌细胞。抑制 GCN2 会减少嘌呤核苷酸合成过程中使用的氨基酸，只有通过 p53 诱导的细胞周期停滞和衰老才能存活。抑制 GCN2 可减缓小鼠体内 p53 功能肿瘤的生长，但会诱导 p53 缺失肿瘤（包括阉割抗性肿瘤）的细胞死亡，从而揭示了潜在的治疗漏洞。 In Other Journals
Gut Repair-Interferon delays intestinal repair 辐射或结肠炎相关免疫反应造成肠道损伤后，III 型干扰素在肠道组织修复过程中发挥着独特的作用。Jena 等人发现了 III 型干扰素在发炎的小鼠肠道和炎症性肠病（IBD）患者体内激活的信号通路。该通路通过裂解 gasdermin C 诱导小鼠的热蛋白沉积，并延迟肠道恢复，它还在三组不同的 IBD 患者中被转录激活。此外，在克罗恩病或溃疡性结肠炎患者的人体活检组织中，ZBP1被上调，caspase-8被激活，gasdermin C被裂解，而在健康对照组的组织中则没有。 PIEZO-dependent mechanosensing is essential for intestinal stem cell fate decision and maintenance PIEZO 依赖性机械传感对于肠道干细胞命运决定和维持至关重要 组织的更替和再生是由分化和自我更新的干细胞协调进行的。肠上皮细胞在急性和慢性损伤后具有持续更新和显著的再生能力。哺乳动物的肠道干细胞（ISCs）位于称为隐窝的袋状结构中，并对其微环境中的信号做出反应，以维持自我更新、增殖和系承的平衡。因此，了解干细胞如何整合生态位信号以维持平衡至关重要。除生化因素外，干细胞龛还受到可能影响ISC行为的物理线索的影响。然而，ISC如何在体内整合来自其生态位的机械信号仍不清楚。 干细胞通过综合激活不同的信号通路来感知和响应机械信号。这种机械传导过程会导致细胞形状、基因表达和细胞命运发生变化。PIEZO 离子通道、PIEZO1 和 PIEZO2 是重要的机械敏感信号受体。这些通道在机械刺激下打开，使钙流入细胞，激活下游信号通路。Piezo1 和 Piezo2 在哺乳动物肠上皮细胞中高度表达，这使得 PIEZO 通道成为 ISC 中外在信号机械传导的有力候选通道。 为了明确 PIEZO 通道在 ISC 中的特定作用，我们对肠上皮细胞中的 Piezo 基因进行了体内条件性基因消减。我们发现，Piezo 1 和 Piezo2 双基因敲除小鼠表现出干细胞缺失，导致快速死亡。通过对从Piezo基因敲除小鼠体内分离出的肠隐窝进行单细胞转录组分析，我们证明ISC失去了其干性，并获得了高度增殖的表型，从而导致其耗竭。此外，原有的多能转运增殖细胞优先分化为吸收性祖细胞，从而导致分泌性细胞缺乏。为了明确其潜在机制，我们结合三维（3D）类器官培养进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，结果表明当PIEZO活性被阻断时，NOTCH过度激活，WNT信号被抑制。我们确定了激活 ISC 中 PIEZO 通道的不同上游细胞外机械刺激。原子力显微镜对小鼠小肠基底膜硬度的测量显示，与隐窝顶部的细胞相比，隐窝底部的ISC经历了更僵硬的微环境。在不同硬度的生物工程基底上培养的二维类器官单层显示，硬度通过 PIEZO 调节 ISC 的行为。同样，在拉伸装置上使用二维单层膜调节组织张力也表明，拉伸会增加 ISC 的数量。 在这项工作中，我们提出了一个 PIEZO 机械传感 ISC 龛的综合模型。在肠上皮细胞中条件性敲除 PIEZO 会诱导自我更新和品系分化缺陷，导致 ISC 和分泌细胞丢失。从机制上讲，当PIEZO被龛僵化和/或张力激活时，细胞内Ca2+流入，随后抑制NOTCH通路以诱导分泌细胞分化，并调节WNT信号以维持自我更新和增殖之间的适当平衡。这些数据表明，ISC通过PIEZO机械敏感通道转导微环境的机械变化，根据干细胞龛的生物力学特性调节自我更新和系谱决定。 ISC PIEZO 机械传感模型。 PIEZO通道转导来自细胞外生态位的机械刺激，调节干细胞更新和系谱决定。消减肠上皮细胞中的PIEZO可诱导ISC和分泌细胞的丧失。从机制上讲，当PIEZO被ISC壁龛硬度和/或张力激活时，细胞内Ca2+流入，抑制NOTCH信号传递以促进分泌细胞的分化，并调节WNT信号传递以维持ISC。WT，野生型；KO，基因敲除。[图由 BioRender.com 绘制］ Tlr7 drives sex differences in age- and Alzheimer’s disease–related demyelination Tlr7 驱动与年龄和阿尔茨海默病相关的脱髓鞘的性别差异 脱髓鞘，即髓鞘的丧失，随着年龄的增长自然发生，但在几种神经退行性疾病中更为严重。这些疾病，包括阿尔茨海默病（AD），在发病率上表现出性别差异。然而，目前尚不清楚衰老或神经退行性中的脱髓鞘是否具有性别倾向。生物学性别的主要驱动因素包括性腺激素和性染色体，但这些因素在衰老和疾病中的脱髓鞘作用也仍然不清楚。 生物性别是否影响衰老和神经退行性中的脱髓鞘尚不清楚。关于性别驱动因素，如性染色体和性腺激素，如何促进这一过程的了解更是少之又少。因此，我们的目标是确定性别差异以及这些因素在衰老和对AD相关tau病理反应中的脱髓鞘过程中的各自贡献。 在用脱髓鞘剂处理的老年雄性和雌性小鼠中，我们发现明显的性别差异，其中雌性表现出更严重的脱髓鞘和运动缺陷。年轻小鼠没有显示出这些差异。为了区分性染色体和性腺激素的影响，我们使用了四核心基因型小鼠模型，特别是老年小鼠。在脱髓鞘之前，XX染色体和卵巢与小胶质细胞和少突胶质细胞中更强的疾病相关变化相关联。脱髓鞘后，卵巢与细胞因子水平增加和脱髓鞘恶化相关。另一方面，XY染色体与小胶质细胞的更明显形态变化相关，表明髓鞘吞噬作用更强。我们还观察到性别对脱髓鞘的影响因大脑区域而异。行为缺陷，如旋转杆上的表现受损，与XX染色体或卵巢相关，这加强了女性在这种情况下的脆弱性。 然后，我们研究了性染色体和性腺在携带APOE4等位基因的tau病理小鼠中的脱髓鞘作用，APOE4是AD的主要风险因素。尽管tau过度磷酸化水平相似，我们发现男性偏向的干扰素(IFN)反应和男性特有的脱髓鞘。具体来说，XY染色体与疾病相关的小胶质细胞水平更高，核因子κB (NF-κB)、STING（IFN信号传导介质）和IFN信号传导增加相关。男性特有的髓鞘损失是由XY染色体和睾丸之间的相互作用驱动的。 进一步探索与性染色体相关的免疫基因，我们发现了toll样受体7（TLR7）。刺激TLR7在雄性小鼠中触发了更强的IFN反应，而删除TLR7减少了雄性小胶质细胞中由髓鞘诱导的IFN反应。在老年小鼠中，TLR7的删除消除了男性偏向的IFN反应，并保护了免受脱髓鞘的影响。在tau病理小鼠中，用小分子抑制TLR7减少了髓鞘损失，并保护了免受tau诱导的后肢瘫痪的影响。 我们的发现表明，性别是衰老和tau病理期间脱髓鞘的一个关键修饰因素，特别是在APOE4等位基因存在的情况下。观察到的性别差异可以由性腺激素、性染色体及其相互作用驱动，以细胞类型和区域特异性的方式作用。TLR7在性别特异性的小胶质细胞反应中发挥关键作用，特别是在IFN途径中，这有助于脱髓鞘。这些见解提供了对疾病机制的更深入理解，并为开发针对性治疗提供了新的机会。 生物性别通过 Tlr7 调节年龄或疾病病理对脱髓鞘的反应。
(左上图）在脱髓鞘前和脱髓鞘过程中，给衰老小鼠注射脱髓鞘药物铜绿素时，会出现性别差异。(右上图）在存在 APOE4 和 tau 病理学的情况下，XY 染色体会增强小胶质细胞 IFN 反应和脱髓鞘作用。(左下）TLR7 的基因敲除（KO）能以性别差异的方式改善铜绿素诱导的 IFN 反应和功能障碍。(右下）抑制 TLR7 对雄性小鼠 tau 诱导的功能障碍的保护作用。DAM，疾病相关小胶质细胞；DAO，疾病相关少突胶质细胞；p-STAT1，磷酸信号转导和转录激活因子 。
Systematic in vitro evolution in Plasmodium falciparum reveals key determinants of drug resistance
恶性疟原虫的系统体外进化揭示了药物耐药性的关键决定因素
摘要
引言
疟原虫经常在实验室和野外对抗疟药产生抗药性。由于对寄生虫进行大规模的抗药性表型分析并不现实，因此对抗药性分子标记的流行情况进行评估可提供早期预警，为针对特定地区的疟疾治疗提供依据。因此，对临床分离物进行测序的一个主要目标是确定抗药性标记的出现，并扫描基因组中正在选择的等位基因和区域。这些工作中的一个关键挑战是将驱动观察到的表型的功能变异与不产生表型变化的乘客变异区分开来。
理论依据
体外进化和全基因组分析是确定抗药性机制和药物靶点的早期发现方法，它产生了一个丰富的数据集，其中包括在对多种抗疟化合物具有抗药性的恶性疟原虫寄生虫中发现的突变。这些样本反映了短期选择，允许使用统计方法精确定位抗药性表型的突变。从这一数据集中了解抗疟药物耐药性的基因决定因素，可帮助我们采用硅学方法识别耐药性诱导突变，从而改善临床耐药性的基因组监测，加速新型抗疟药物的靶向药物研发。
研究结果
通过对 724 个恶性疟原虫克隆的全基因组序列进行综合分析，我们发现了之前未知的耐药性等位基因和基因，突出了多药耐药性的驱动因素，并表明体外进化的变异更有可能是：(i) 错义或框移位；(ii) 涉及大量氨基酸变化；(iii) 出现在保守、有序的蛋白质结构域中。我们的数据表明，在进化过程中，每种化合物通常只在一个或几个与化合物作用机制相关的基因中选择驱动突变，但一个基因中的多种不同突变，从蛋白结合袋附近的置换到拷贝数扩增，都可能产生抗药性。尤其是拷贝数变异，经常通过扩增靶标（如 tRNA 合成酶）或药物外排转运体（如 PfABCI3 和 PfMDR1）来产生抗药性。通过网络分析，我们还发现在使用不同化合物进行筛选时，AP2 转录因子经常与已知的抗性驱动因子同时发生突变，这表明它们在培养适应性或多药抗性中发挥了作用。通过比较多药抗性基因 pfmdr1 和 pfcarl 以及已知靶标 PfATP4 中体外进化和自然发生的错义变体的寄生虫对化合物的敏感性，我们验证了这些体外进化变体在抗性化合物选择中的作用，并观察到蛋白质结构定位是区分驱动突变和乘客突变的关键因素。
结论
我们的数据集为算法提供了一个起始集合，这些算法可以识别临床分离株中可能与不同物种耐药性相关的基因组变化。它还为前向遗传方法中区分功能变异和非功能变异提供了启示。
具有抗药性的错义突变发生在保守、有序的蛋白质结构域中。
与长春新碱结合的恶性疟原虫多药耐药性蛋白 1（PfMDR1）同源模型（橙色），突出显示在全球寄生虫样本中发现的错义变异（“现场”，绿色）、与体外化合物选择实验中的耐药性表型相关的变异（“进化”，粉红色）以及两个数据集中都存在的变异（蓝色）。
Molecular basis of mRNA delivery to the bacterial ribosome 引言
存储在DNA中的遗传信息由RNA聚合酶（RNAP）转录成信使RNA（mRNAs），并由核糖体翻译成蛋白质。在原核生物中，基因的转录和翻译是同时且在邻近位置发生的。这允许RNAP和核糖体协调它们的功能。转录和翻译机械之间的耦合中一个不太了解的方面是RNAP促进核糖体与其正在转录的mRNA结合的潜力。mRNA“递送”到核糖体的机制将保护中间的mRNA免受核糖核酸酶的侵害，抑制抑制性RNA结构的形成，并通过对尾随核糖体的翻译活动进行耦合来加速转录。 mRNA与核糖体的初始接触通常由核糖体蛋白bS1支持，这是一种RNA结合蛋白，对于大肠杆菌中大多数mRNA的翻译是必需的。在核糖体表面，bS1位于靠近可以与mRNA中的Shine-Dalgarno（SD）基序配对的核糖体RNA序列附近。因此，核糖体与mRNA之间稳定复合物的建立可能取决于bS1、SD基序和RNAP之间的协调。 在细菌翻译启动途径中，mRNA在核糖体中的适应和启动转运RNA（tRNA）的结合的分子基础已经被表征。相比之下，关于翻译启动早期阶段的结构信息，即mRNA和核糖体首次相互作用的阶段，是有限的。RNAP如何促进翻译启动也不清楚。我们试图使用一系列结构、生物物理和蛋白质组学方法来可视化mRNA最初是如何被细菌核糖体接合的。 为了通过冷冻电子显微镜（cryo-EM）进行结构分析，我们准备了一个复合物，其中小核糖体亚基与从RNAP出现的mRNA结合。确定了一组分子状态的结构，揭示了mRNA从RNAP到核糖体的两条递送途径。在第一条途径中，从RNAP出现的mRNA被核糖体蛋白bS1结合。这阐明了bS1如何支持与mRNA的初始接触，并促进它们的展开以适应核糖体内部。mRNA的SD基序与核糖体RNA以以前未描述的取向配对。从bS1到SD基序识别位点的mRNA连续路径揭示了bS1如何递送mRNA以促进稳定的核糖体-mRNA复合物形成，这是在mRNA适应和tRNA识别之前。 RNAP在这些结构中位于bS1旁边。这表明bS1有助于RNAP介导的mRNA递送到先锋核糖体，我们通过体外单分子共定位实验证实了这一点。只有在bS1存在的情况下，才观察到核糖体与RNAP内的mRNA结合速率增加。 在其他结构模型中，RNAP通过耦合因子NusG与小核糖体亚基相连。在这里，mRNA被递送到核糖体的mRNA入口通道，而不是bS1。这表明NusG及其同源物RfaH可能支持mRNA递送到核糖体的另一条替代途径。最后，我们使用细胞内化学交联结合质谱法证实了在我们的重组样本中观察到的核糖体和RNAP之间的两种接触位点在活细胞中确实存在。 结构模型提供了RNAP、bS1和SD基序在翻译启动早期阶段作用的机制见解。在核糖体结合的动力学分析和细胞内结构蛋白质组数据的支持下，我们提出了两条mRNA递送到细菌核糖体的途径模型。 RNAP（灰色）以 DNA 为模板合成 mRNA（粉红色）。核糖体小亚基（黄色）通过两种途径被招募到 mRNA 上。在第一种途径中，RNAP（绿色）与核糖体蛋白 bS1（青色）接触，bS1 与 mRNA 结合，并将 mRNA 引导至抗-SD 矩阵（顶部）。另外，NusG（茶色）将 RNAP（红色）系在核糖体入口通道附近（底部）。翻译起始因子促进翻译起始的进行（未显示）。 A tetramer of BCL11A is required for stable protein production and fetal hemoglobin silencing BCL11A 四聚体是稳定蛋白质生产和胎儿血红蛋白沉默所必需的 下调 BCL11A 蛋白可逆转胎儿血红蛋白（HbF，α2γ2）到成人血红蛋白（HbA，α2β2）的转换，并在基于基因的血红蛋白疾病治疗中得到利用。由于依赖体外细胞操作和骨髓移植，这种疗法无法减轻疾病负担。为了开发新的小分子方法，我们研究了红细胞中 BCL11A 蛋白的状态。我们报告说，稳态蛋白的产生需要由单个锌指（ZnF0）介导的四聚体形成。除了在蛋白稳定性方面的作用外，四聚体状态对于γ-球蛋白基因抑制也是必要的，因为一个工程化的单体无法与一个关键的共抑制复合物结合。BCL11A 蛋白生成的这些方面确定了四聚体的形成是 HbF 沉默的一个薄弱环节，并为药物发现提供了机会。
图. BCL11A 稳态蛋白水平需要 ZnF0 介导的多聚体相互作用。 (A）缺乏单个锌指或锌指簇的 BCL11A 构建物示意图。用 Myc 或 GFP 表位标签表达构建体，并转染 HEK293T 细胞进行互作免疫沉淀。(B）在共转染了指定质粒的 HEK293T 细胞中，用指定抗体对抗 Myc 和抗 GFP 免疫沉淀物（IPs）进行 Western 印迹。缺乏 ZnF0 的 Myc 或 GFP 标记 BCL11A 无法相互多聚。(C）在与指定质粒共转染的 HEK293T 细胞中，用指定抗体印迹总细胞裂解液（输入）以及抗 Myc 和抗 GFP IP。仅 ZnF0 就足以介导多聚体的形成。(D) 经 Western 印迹检测，ZnF0 双倍性框架内切除的 HUDEP-2 细胞缺乏 BCL11A 的稳态蛋白水平。BCL11A基因敲除（KO）克隆作为对照。GAPDH：甘油醛-3-磷酸脱氢酶。(E) WT、KO 和两个独立的 ΔZnF0 克隆在分化第 7 天通过反转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）测定γ-球蛋白 mRNA 占非α-球蛋白 mRNA 总量的百分比。n = 2 个生物重复，每个生物重复有 3 个技术重复。 Exposure to sugar rationing in the first 1000 days of life protected against chronic disease 我们利用英国 1953 年 9 月结束食糖配给时的准实验变量，研究了受孕后 1000 天内受到食糖限制对 2 型糖尿病和高血压的影响。配给制将糖的摄入量限制在现行膳食指南的范围内，配给制结束后，糖的消费量立即增加了近一倍。我们利用英国生物库数据进行了一项事件研究设计，比较了配给结束前或配给结束后受孕的成年人，发现早期配给将 2 型糖尿病和高血压风险分别降低了约 35% 和 20%，并将发病时间分别推迟了 4 年和 2 年。这种保护作用在子宫内就很明显，并随着出生后的限糖而增加，特别是在 6 个月后，即可能开始进食固体食物的时候。仅子宫内糖分配给就降低了约三分之一的风险。 图 A 描述了从 1950 年第 1 季度（1950 年第 1 季度）到 1958 年第 4 季度，英国糖的日均消费量与配给期间平均消费量的百分比变化，以及同期农产品（水果和蔬菜）、总蛋白质和脂肪的摄入量。一条垂直线标志着食糖配给于 1953 年 9 月结束。对于一个普通成年人来说，每天的食糖消耗量从 1953 年第一季度的 41 克急剧增加到 1954 年第三季度的约 80 克；这一类似的高水平持续了数年。这些数据是成人的数据，但其他研究表明，配给制后儿童的糖摄入量增加了一倍多，而且他们的口腔健康也在恶化（21，23）。妊娠后的儿童相对较高的添加糖摄入量一直维持到六十岁（24）。 图 . 糖和糖果配给时间表以及配给期间和之后的饮食情况。
(A) 根据全国食品调查数据计算得出。(B) 配给组显示为橙色，从未配给组显示为灰色。红色虚线矩形代表 1954 年 7 月至 12 月间出生的成年人，这是从未经历过糖和糖果配给的第一组。这组成人是回归模型中的参照组或对比组。
Suppression of neurons in circumventricular organs enables months-long survival without water in thirteen-lined ground squirrels 抑制脑室周围器官中的神经元可使十三线地松鼠在没有水的情况下存活数月 缺水是一种危及生命的状况，它会引发一种保护性的生理反应，将渗透压滞留与口渴感增强结合起来。这种反应是大多数哺乳动物的典型反应，可以防止短期缺水，但长期来看会失效。十三线地松鼠 (Ictidomys tridecemlineatus) 在夏季使用短期反应，而在冬季，它们不会感到口渴，可以在没有水的情况下存活数月。在这项研究中，我们发现，尽管激素和行为迹象表明存在大量液体缺失，但长期的口渴抑制仍会发生，这是由于脑室周围器官神经元的活性降低，这些神经元在冬季表现出明显的功能抑制，从而削弱了它们对口渴信号的敏感性。我们的研究揭示了进化保守的大脑区域控制哺乳动物体液稳态的显著能力，使它们能够在没有水的情况下长期生存。 我们开始研究冬眠松鼠的水合状态，重点是处于趾间唤醒期的松鼠，因为它们在心血管功能、体温和活动方面与活跃的动物相似（11），但缺乏渴觉（10）。我们曾报道过，处于趾间唤醒期的松鼠血液中的渗透压、血管加压素和催产素水平与活动松鼠相当，尽管它们有几个月没有喝水（10, 12）。这些发现表明，松鼠在冬眠期间不会出现高渗透压；但是，我们推测可能存在其他液体缺乏的迹象。事实上，我们发现冬眠期间血清血管紧张素 II 增加了一倍，醛固酮增加了近两倍（图 1，A 和 B）。我们之前发现，冬眠期间血清中的血尿素氮水平会下降，这表明血管紧张素 II 和醛固酮的升高并不是肾脏压力的结果（10）。有时，醛固酮升高与高钾血症有关（17）；但是，我们以前曾报道过，活动松鼠和间歇唤醒松鼠的血清钾水平没有差异（10）。 图 . 冬眠松鼠尽管有体液缺乏的迹象，但仍表现出抑制口渴。 (A) 活动期松鼠（n = 11）和间歇期松鼠（n = 11）的血清血管紧张素 II 测量值。数据通过非配对 t 检验进行分析。(B) 活动松鼠（n = 6）和趾间唤醒松鼠（n = 6）的血清醛固酮测量值。数据通过非配对 t 检验进行分析。(C) 活动期（左）和趾间唤醒期（右）松鼠饮水的代表性图像。在红光下记录的是间足唤醒期松鼠的饮水行为。(D) 活动松鼠喝水（蓝色）或 0.5 M NaCl（粉红色）的累计时间，显示为平均值 ± SE（左）和 6 小时内喝水（n = 6）或 0.5 M NaCl（n = 5）（右）时间的量化。数据采用非配对 t 检验分析。(E) 间隔唤醒松鼠（n ≥ 8 只）的累计饮水时间（蓝色）或 0.5 M NaCl（粉红色），以平均值 ± SE（左）和 6 小时内饮水时间（n = 10）或 0.5 M NaCl（n = 8）（右）的量化表示。数据采用 Mann-Whitney 检验进行分析。(F) 间隔唤醒松鼠在 6 小时内饮用 0.5 M KCl（绿色）的累计时间，以平均值 ± SE（左）和饮用 0.5 M KCl（n = 6）（右）时间的量化表示。(G) 活跃松鼠（n = 8）在基线和食物剥夺 48 小时内每小时的总饮水时间。数据通过 Wilcoxon 配对符号秩检验进行分析。(H)活跃松鼠（n = 8）在基线和食物被剥夺 48 小时内每小时的饮水次数。数据通过配对 t 检验进行分析。点代表单只动物的数据（平均值 ± SE）。数据括号上方的数字表示 p 值。ATII：血管紧张素 II；IBA：间歇性唤醒。 https://www.science.org/toc/science/386/6725
