Science 一周论文导读 | 2018 年 5 月 4 日

审校 邓卓 咖喱 大头 访冬 金庄维

封面设计 韩宇

生物学

Biology

Fractal-like hierarchical organization of bone begins at the nanoscale

骨骼的分形式分层结构从纳米尺度开始

Roland Kröger, Molly M. Stevens, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/eaao2189

（导读 过泽远）分层结构为骨骼提供强度和韧性，但矿物质和胶原蛋白在骨中的组织方式尚不完全清楚。本研究使用 3D 电子断层成像技术和 2D 电子显微镜证明了分形式的分层组织从纳米尺度开始： 针状矿物质单元横向组成小板，小板平行堆叠为板叠（stack），板叠又相互聚集在一起形成在尺度上超越胶原纤维的矿物质聚集，从而将相邻纤维结合在一起。这些观察结果为更完整骨骼结构模型的建立提供帮助。

Abstract

Uncovering the essential genes of the human malaria parasite Plasmodium falciparum by saturation mutagenesis

饱和诱变揭示人疟疾寄生虫恶性疟原虫的必需基因

John H. Adams, Rays H. Y. Jiang, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/eaap7847

（导读 郭思瑶）严重的疟疾是由恶性疟原虫引起的。识别疟原虫的遗传特性，鉴定其药物靶标是几十年来未能解决的难题。科研人员利用针对疟原虫腺嘌呤和胸腺嘧啶富集区域的转座子突变技术产生了超过 38000 个突变株，发现了 2680 个必需基因，包括 1000 个未知功能的保守基因，该研究将有利于未来疟疾的防治工作。

Abstract

Activation mechanism of a human SK-calmodulin channel complex elucidated by cryo-EM structures

人类 SK 钙调蛋白通道复合物的冷冻电镜结构阐明其激活机制

Chia-Hsueh Lee and Roderick MacKinnon

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/508

（导读 阿金）小电导钙激活钾（SK）通道具有介导神经元兴奋性，调节免疫反应等功能。但尚不清楚 SK 通道与钙调蛋白（CaM）的结合激活机制。本研究报道分辨率在 3.4 埃和 3.5 埃的人类 SK4-CaM 通道复合物激活和封闭状态下的冷冻电镜结构。展示 4  个 CaM 分子与通道四聚体的结合机制，以及各自的功能特性，为 SK 通道药理学提供理解基础。

Abstract

Piezo2 channel–Merkel cell signaling modulates the conversion of touch to itch

Piezo2 通道 - Merkel 细胞信号调节触觉到痒的转换

胡宏镇(美国圣路易斯华盛顿大学医学院麻醉系)等

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/530

（导读 郭怿暄）病理状态下无害的机械刺激可产生病理性感觉，如机械痒（痒觉异化），但其分子机制尚不清楚。本研究发现小鼠中因衰老或皮肤干燥出现的痒觉异化与触觉接收器 Merkel 细胞的丢失相关。靶向敲除皮肤中 Merkel 细胞以及机械敏感的 Piezo2 通道可引起痒觉异化，而使用化学遗传学方法激活 Merkel 细胞可以保护干燥皮肤免遭慢性瘙痒。

Abstract

CORNICHON sorting and regulation of GLR channels underlie pollen tube Ca²⁺ homeostasis

CORNICHON 分选和调节 GLR 通道是花粉管 Ca²⁺ 内稳态的基础

José A. Feijó, Michael M. Wudick, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/533

图片来源：José Feijó/University of Maryland

（导读 阿金）植物中负责 Ca²⁺ 流的蛋白质和小型配体门控机制均不知道。本研究发现拟南芥的谷氨酸受体样通道（AtGLRs）与其 CNIH 蛋白（AtCNIH）相结合，产生特定的细胞间定位。而 AtCNIH 无需配体便可激活 AtGLR，对其进行分选，从而调节 Ca²⁺ 的动态平衡。

Abstract

The threshold for conscious report: Signal loss and response bias in visual and frontal cortex

有意识报告的阈值：视觉和额皮质中的信号丢失和反应偏倚

Pieter R. Roelfsema, Houman Safaai, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/537

（导读 胡琦琳）本研究探究清醒的猴子视觉和额叶中弱刺激的归宿，这些经过训练的猴子能报告刺激的存在。研究表明刺激与额叶中持续强活动有关。报告的刺激信息可能在从视觉传输到额叶的过程中丢失，而这样的传输失败是通过 V1 区域的微刺激确认。当刺激在更高的皮质引发非线性激发过程时，便可以被有意识的报告。

Abstract

Morphogen gradient reconstitution reveals Hedgehog pathway design principles

成形素梯度重建揭示了 Hedgehog 通路设计原理

Michael B. Elowitz, Pulin Li, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/543

（导读 郭怿暄）在发育的组织中，细胞可通过感知信号蛋白成形素的浓度梯度来估计自身空间位置，但成形素感知通路控制其分布的动态变化和准确度的机制尚不清楚。本研究通过结合体外细胞梯度重建，基因重联和数学建模，系统地对 Sonic Hedgehog 通路的不同构成性特点进行分析。发现结合通过 PTCH 受体双重反向调节逻辑和负反馈可加速梯度建立，改善成形素生成速率变化的稳健性。

Abstract

Pleistocene North African genomes link Near Eastern and sub-Saharan African human populations

更新世北非基因组联系近东和撒哈拉以南非洲人群

Johannes Krause, Choongwon Jeong, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/548

（导读 郭思瑶）北非人类的遗传历史尚不清楚。本文对 1.5 万年前摩洛哥伊比利亚莫鲁斯文化时期的人类骨骼进行基因组测序，发现其与全新世早期近东人具遗传亲和性，暗示非洲与近东在农业时期前已有联系，Taforalt 人 1/3 的祖先源自撒哈拉以南非洲。这为更新世非洲与欧亚大陆的人类联系提供了直接证据。

Abstract

Structure of the DASH/Dam1 complex shows its role at the yeast kinetochore-microtubule interface

DASH / Dam1 复合物的结构显示其对酵母着丝点—微管界面的作用

Simon Jenni and Stephen C. Harrison

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/552

（导读 阿金）着丝点连接有丝分裂纺锤体微管与染色体，而 DASH/Dam1 复合物可组装成一个包围微管的环。本研究报道了分辨率约 4.5 埃的 DASH/Dam1c 环冷冻电镜结构，通过演化直接耦合分析验证其有序组成的分子模型，并将该结构与 Ndc80 复合物和公布的相互作用数据结合，得到着丝点—微管接合的分子图像。

Abstract

C1q restrains autoimmunity and viral infection by regulating CD8⁺ T cell metabolism

C1q 通过调节 CD8⁺ T 细胞代谢抑制自身免疫和病毒感染

Marina Botto, Guang Sheng Ling, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/558

（导读 阿金）补体经典途径始动因子 C1q 的缺乏与系统性红斑狼疮（SLE）有关，但具体机制不明。本研究使用 SLE 的小鼠模型，证明 C1q 通过调节 CD8⁺ T 细胞的线粒体代谢，抑制对自身抗原的响应，C1q 缺陷还触发效应 CD8⁺ T 细胞响应慢性病毒感染，导致致命免疫病理反应。研究数据建立起 C1q 和 CD8⁺ T 细胞之间的联系，为开发靶向药物提供理解基础。

Abstract

化学

Chemistry

Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification

纳米尺度图灵结构的水净化聚酰胺膜

张林（浙江大学化学工程与生物工程学院）等

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/518

图片来源：浙江大学

（导读 卓思琪）设计图灵结构，并将其应用于生物和化学领域十分重要。本研究利用基于界面聚合的简易方法来合成图灵型水净化聚酰胺膜。通过调节反应条件可以控制膜的形状，且合成的膜表现出优秀的水-盐分离性能。此外，本文还展示了图灵结构中高透水性位点的存在。

注：图灵结构是指，在开放的远离平衡的反应扩散系统中，因扩散作用引发系统失稳形成的一种化学物质浓度按照空间周期性变化的静态浓度图案，也被称为“图灵斑图”。

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Abstract

Real-space and real-time observation of a plasmon-induced chemical reaction of a single molecule

实空间、实时观察等离子体诱导的单分子化学反应

Yousoo Kim, Emiko Kazuma, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/521

（导读 卓思琪）等离子诱导下发生的吸附于金属纳米结构表面的化学反应在光催化领域大有前景，但对等离子环境下化学反应的直接观测存在困难。本研究利用扫描隧道显微镜（STM）实现了等离子诱导化学反应在单分子水平上的实时、实空间观测。结合 STM 研究和理论计算，表明该等离子诱导化学反应是直接通过分子内激发机制发生的。

Abstract

Tunable intraparticle frameworks for creating complex heterostructured nanoparticle libraries

用可调粒子内框架合成复杂异质结构纳米粒子库

Raymond E. Schaak, Julie L. Fenton, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/513

（导读 卓思琪）复杂异质结构纳米粒子的严格形态学控制是合成难点。本文提出了一个模块化发散合成策略，可以从简单的纳米粒子出发逐步合成复杂产物。研究者使用阳离子交换反应向硫化铜纳米颗粒中引入可调界面，继而利用形成的粒子内框架合成了 47 种具有不同形态特征的金属硫化衍生物异质结构。该策略为复杂纳米粒子的合成提供了可预测的逆合成途径。

Abstract

材料科学

Materials

Enhanced thermal stability of nanograined metals below a critical grain size

在临界晶粒尺寸以下的纳米晶粒金属具有增强的热稳定性

卢柯（中国科学院金属研究所）, 李秀艳(中科院沈阳金属研究所)等

http://science.sciencemag.org/content/360/6388/526

（导读 甜甜）对于某些金属纳米晶粒，晶粒粗化可以在低至环境温度下发生。本研究发现，低温下通过塑性形变产生的纯铜和纯镍中的纳米晶粒在小于一个临界晶粒尺寸时展示出热稳定性。在小晶粒尺寸下，不稳定温度升高，且即使在粗晶粒的再结晶温度以上时纳米晶粒仍能保持稳定。纳米晶粒的固有热稳定性起源于塑性形变中部分位错的激活。

Abstract

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