Nature 一周论文导读 | 2017 年 12 月 7 日

审校 紫苏 咖喱 大头 金庄维

生物学

Biology

【封面故事】Fractal assembly of micrometre-scale DNA origami arrays with arbitrary patterns

具有任意图案的微米级 DNA 折纸技术阵列的分形组装

Grigory Tikhomirov, Philip Petersen  and 钱璐璐（加州理工学院生物工程系）

https://www.nature.com/articles/nature24655

图片来源：the-scientist.com

（导读 阿金）DNA 折纸技术制造的自组装纳米结构可实现精确的纳米级图案，但尺寸限制在 0.05 平方微米，且无足够稳健技术实现大结构。本研究展示一种“分形组装”方法，使用简单局部自组装规则，拼造出尺寸为 0.5 平方微米，高达 8704 像素的 DNA 折纸阵列，画出任意图案。且不受表面图案变化影响。为进一步构建尺寸相近的细菌材料和备件提供新方法。

Abstract

Structure of PINK1 in complex with its substrate ubiquitin

PINK1 与其底物泛素复合物的结构

David Komander, Alexander F. Schubert, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24645

（导读 柳寒石）常染色体隐性青少年帕金森综合征（AR-JP）是由一些 PARK 基因的突变所引起的，包括 Parkin 和能引起线粒体自噬的上游蛋白激酶 PINK1。研究人员通过解析一种纳米体稳定的 PINK1 与其底物泛素复合物的晶体结构，揭示了 PINK1 通过其 N 端的特殊插入方式来与泛素结合，这也解释了部分突变通过阻断泛素结合以导致 AR-JP 分子基础。

Abstract

A transfer-RNA-derived small RNA regulates ribosome biogenesis

由转运 RNA 衍生的小 RNA 调节核糖体生物合成

Mark A. Kay, Hak Kyun Kim, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25005

（导读 郭怿暄）转运 RNA 衍生的小 RNAs（tsRNAs）是一类非常丰富的小非编码 RNA 但其生物功能尚不清楚。本研究发现 LeuCAG3′tsRNA 至少可结合 RPS28 和 RPS15 两种核糖体 mRNAs 从而增强其翻译。对其进行特异性抑制可使 RPS28 mRNA 翻译水平下降，阻断 pre-18S 核糖体 RNA 的加工，造成核糖体 40S 亚基的数量降低。在体外以及患者来源的原位小鼠肝癌模型中均可诱导快速分裂中的细胞发生凋亡，可作为新的癌症治疗靶点。

Abstract

Programmable self-assembly of three-dimensional nanostructures from 10,000 unique components

由 10000 个单独组件块组成的可编程自组装三维纳米结构

Gaetan Bellot, Yonggang Ke, 尹鹏（哈佛医学院 Wyss 生物工程研究所）, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24648

（导读 阿金）传统 DNA 折纸技术需用 DNA 长链支架或短链互锁模块搭建纳米尺度结构，但构建更大结构仍面临挑战。本研究展示，数万个结合区长度为 13 个核苷酸的 DNA “积木块”，可自组装成 0.1-1 千兆道尔顿的三维结构。其结构可在分子画布上形成字母、螺旋等图形。为进一步优化结构设计、短链合成和组装大结构提供新思路。

Abstract

Gigadalton-scale shape-programmable DNA assemblies

千兆道尔顿级的形状可编程 DNA 组件

Klaus F. Wagenbauer, Christian Sigl and Hendrik Dietz

https://www.nature.com/articles/nature24651

（导读 阿金）蛋白设计和 RNA/DNA 纳米技术试图模仿天然生物分子组装能力，但类似复杂病毒等自下而上的人工结构构建仍具挑战。本研究采用 DNA 折纸技术结合天然组装机制生产尺寸可控的千兆道尔顿尺度结构。用 DNA 序列信息来编码单个 DNA 折纸“积木块”形状，利用具备互作模式的精确设计实现效率高达 90%的分层装配。为探索精确尺寸复杂结构模块提供新方法。

Abstract

Biotechnological mass production of DNA origami

大规模 DNA 折纸原料生产技术

Hendrik Dietz, Florian Praetorius, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24650

图片来源：the-scientist.com

（导读 阿金）DNA 纳米折纸技术可自下而上组装微米级三维机构，但其原料，单链 DNA 的合成较为困难。本研究介绍了一种可量产合成任意长度、任意序列 DNA 折纸原料的方法：利用噬菌体生产含目标序列和间隔自切割模块 cassette 的长单链 DNA，cassette 自切割后即得到目标 DNA 元件。该方法与现有的 DNA 折纸设计框架兼容，并保留模块性和可编程性。为扩大 DNA 纳米技术的应用范围开拓新途径。

Abstract

Reconciling taxon senescence with the Red Queen’s hypothesis

解决衰退类群的红皇后假说矛盾

Indrė Žliobaitė, Mikael Fortelius and Nils C. Stenseth

https://www.nature.com/articles/nature24656

（导读 阿金）化石记录中古老类群规律性的衰退和灭绝与随机绝灭假说之间有明显矛盾。本研究提出生物进化驱动力与扩张高峰有关，而非生物驱动力则适用于解释类群灭绝。红皇后假说，这个强调了生物间作用的假说却被长久用于解释灭绝，因而造成了表面上看起来的矛盾。

Abstract

Genetic diversity of the African malaria vector Anopheles gambiae

非洲疟疾媒介冈比亚按蚊的遗传多样性

The Anopheles gambiae 1000 Genomes Consortium（冈比亚按蚊 1000 基因组项目联盟）

https://www.nature.com/articles/nature24995

（导读 郭思瑶）非洲按蚊对杀虫剂的耐受已经威胁到疟疾的防控工作。科学家对非洲 765 个按蚊样品进行基因组测序，鉴定出超过五千万个单核苷酸多态性。这些数据显示了复杂的种群结构和基因流动模式。同时检测到了杀虫剂抗性基因的强选择信号。这表明基因导向的蚊虫防控工作需要考虑自然种群中的遗传多样性。

Abstract

Immune evasion of Plasmodium falciparum by RIFIN via inhibitory receptors

恶性疟原虫的免疫逃避策略：利用 RIFIN 蛋白结合免疫抑制性受体

Hisashi Arase, Fumiji Saito, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24994

（导读 严冰）绝大部分致命的疟疾案例都是由恶性疟原虫引起，而宿主适应性免疫对疟疾十分低效。本文报导，恶性疟原虫可利用自身编码的一系列 RIFIN 蛋白实现免疫逃避。这种 RIFIN 蛋白表达在被感染的血红细胞表面，可结合白细胞免疫受体 LILRB1 或 LAIR1；当与 LILRB1 结合时，可抑制 LILRB1 所处 B 细胞和 NK 细胞的激活；相比正常血红细胞，被恶性疟原虫感染的血红细胞更有可能与 LILRB1 相互作用。上述结果暗示，恶性疟原虫通过多种 RIFIN 蛋白结合免疫抑制受体来逃避宿主免疫效应。

Abstract

Maternal age generates phenotypic variation in Caenorhabditis elegans

母亲年龄在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中产生表型变异

Ben Lehner, Marcos Francisco Perez, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25012

（导读 郭怿暄）具有相同遗传背景生活在相同环境中的个体依旧会出现大量表型变异，这一现象的机制仍不清楚。本研究发现具有相同遗传背景的线虫因其母体年龄，在孵化时的大小，发育和生长速率，饥饿耐受程度，繁殖力等多种性状上终生呈现出表型差异，年轻母亲的后代多出现缺陷，这与母体为胚胎提供的脂蛋白复合体卵黄蛋白原随年龄变化有关。

Abstract

IL-11 is a crucial determinant of cardiovascular fibrosis

IL-11 是心血管纤维化的决定性因素

Stuart A. Cook, Sebastian Schafer, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24676

图片来源：omniprex.com

（导读 齐睿娟）纤维化常发生于心血管疾病。转化生长因子 β1（TGFβ1）是主要的促纤维化因子，但其作用的多效性使得针对其的抑制作用带来诸多副作用。本研究于原代人成纤维细胞中发现，在 TGFβ1 暴露条件下，白细胞介素-11（IL-11）的表达上调且与促纤维作用有关。 IL-11 及其受体（IL11RA）在成纤维细胞中特异性表达，其通过非经典 ERK 依赖性自分泌信号传导机制促进纤维化蛋白的合成。本研究证实说明抑制 IL-11 是治疗纤维化疾病的潜在治疗策略。

Abstract

Inactivation of DNA repair triggers neoantigen generation and impairs tumour growth

DNA 修复的失活可触发新抗原产生阻止肿瘤生长

Alberto Bardelli, Giovanni Germano, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24673

（导读 严冰）DNA 错配修复（MMR）缺陷的癌症在临床上大多表现为预后良好和发展迟缓。本文报导在小鼠多种癌细胞中失活 MLH1 基因并不影响肿瘤细胞在体外和免疫缺陷型小鼠中的生长。但在免疫功能正常的小鼠中，MLH1 失活癌细胞具有更高的突变率和肿瘤新抗原，导致免疫监视水平的提高从而阻止其生长。该结果表明，DNA 修复过程可能成为肿瘤治疗的新靶标。

Abstract

PD-1 is a haploinsufficient suppressor of T cell lymphomagenesis

PD-1 是一种单倍体不足的 T 细胞淋巴瘤发生抑制因子

Jürgen Ruland, Tim Wartewig, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24649

（导读 严冰）T 细胞淋巴瘤常常伴有 T 细胞受体（TCR）信号分子的获得功能性突变。本文报导，TCR 信号通路致癌基因的急剧变化可促进体内细胞剧烈扩增，然而这一反应很快就被细胞自身机制所抵消。随后通过 T 细胞特异性转座子突变的全基因组扫描发现编码 PD-1 的 PDCD1 基因是 TCR 通路被抑制的原因。而在 T 细胞淋巴瘤中也经常可见 PDCD1 的单或双等位基因的缺失。分子机制的研究结果表明，PD-1 是一种有效的单倍体不足的 T 细胞淋巴瘤抑制因子，可能成为将来的治疗靶标。

Abstract

Promoter-bound METTL3 maintains myeloid leukaemia by m⁶A-dependent translation control

启动子结合的 METTL3 通过 m⁶A 依赖性翻译控制维持髓系白血病

George S. Vassiliou, Tony Kouzarides, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24678

（导读 大头）N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是在编码和非编码 RNA 中常见的修饰，由 METTL3-METTL14 甲基转移酶催化形成。本文发现 METTL3 是维持髓系白血病状态的关键基因。METTL3 可以不依赖于 METTL14 结合在活跃表达基因的转录起始位点，诱导其转录 mRNA 编码区的 m⁶A 修饰从而提高翻译效率。以上结果表明，METTL3 作为染色质的调节子，可以成为髓系白血病的治疗靶点。

Abstract

Genetically programmed chiral organoborane synthesis

基因编码下的手性有机硼烷合成

Frances H. Arnold, S. B. Jennifer Kan, et al.

https://www.nature.com/articles/nature24996

（导读 阿金）酶的工程化和设计可催化天然产物合成，但要让其催化的化学反应发生在生物体内依然有难度。本研究报道含有来源于海洋红嗜热盐菌的细胞色素 c（Rma cyt c）的大肠杆菌可以作为全细胞活体催化剂，在路易斯碱-硼烷复合物存在下形成硼碳键，从而开发出在细菌中生产手性有机硼烷的基因编码平台。对 Rma cyt c 进行定向突变还可以大幅度提升催化活性和手性选择性，实现生产可调节性。

Abstract

其他

【Geoscience-地球科学】Greater future global warming inferred from Earth’s recent energy budget

由地球近期的能源预算推断，未来全球变暖将会更加严重

Patrick T. Brown and Ken Caldeira

https://www.nature.com/articles/nature24672

图片来源：Carnegie Science‏ 

（导读 刘晓娟）气候模式是预测二十一世纪后期全球变暖的核心方法。本研究表明地球顶层大气能量预算的若干基本属性的全球空间格局和预测的全球变暖幅度之间存在强烈的跨模型关系。通过观测来约束后，我们在几种预测中获得了更大的均值和更窄的范围。实现任何全球温度稳定目标将需要减少更多的温室气体排放。

Abstract

【Physics-物理】Direct detection of a break in the teraelectronvolt cosmic-ray spectrum of electrons and positrons

电子和正电子 TeV 宇宙射线能谱拐折的直接探测

中国暗物质粒子探测卫星团队（DAMPE Collaboration）

https://www.nature.com/articles/nature24475

（导读 阿金）高能宇宙线电子和正电子（CREs）的能谱可帮助观测暗物质粒子湮灭、衰变等现象。本研究报道中国暗物质粒子探测卫星“悟空”（DAMPE）在 25 GeV-4.6 TeV 能量范围内，以高分辨率及低背景干扰，对 CREs 进行了直接测量。结果显示，电子宇宙射线能谱在 0.9 TeV 处出现拐折。

Abstract

【Astronomy-天文】Primordial clays on Mars formed beneath a steam or supercritical atmosphere

火星的原始粘土矿物由蒸汽形成

Kevin M. Cannon, Stephen W. Parman and John F. Mustard

https://www.nature.com/articles/nature24657

（导读 雷鸣）之前的研究认为，火星上的粘土矿物形成于 41 亿至 37 亿年前的诺亚时期，是由火星玄武岩壳与液态水相互作用产生的。这是火星上存在大量液态水的证据。但本研究认为，原初的火星壳层与处于超临界状态的水和二氧化碳相互作用形成大量粘土。研究人员提供了实验证据来验证这一设想。另外，他们还认为这些粘土由于受到撞击而分裂，并被撞击溅射物和火山喷发物质掩埋，渐渐形成今天的分布状态。这也为火星地壳密度比预期稀疏做出了合理解释。

Abstract

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