编译 | 未玖
Nature ,6 May 2021,VOL 593,ISSUE 7857
《自然》 2021年5月6日，第593卷，7857期
天文学 Astronomy
Jets from MRC 0600-399 bent by magnetic fields in the cluster Abell 3376
Abell 3376星系团磁场使MRC 0600-399射流弯曲
作者：James O. Chibueze, Haruka Sakemi, Takumi Ohmura, Mami Machida, Hiroki Akamatsu, Takuya Akahori, et al.
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摘要
众所周知，星系团内部有磁场，但磁场的性质至今仍未明确。在冷稠密等离子体进入热环境等离子体形成的密度接触不连续处可以观察到星系团内部磁场，该不连续处存在于合并星系团Abell3376（红移0.0461）中第二亮星系MRC 0600-399附近。
东西方向拉长的X射线发射显示出一个彗星状的结构，达到百万秒差距规模。先前的射电观测发现MRC 0600-399的弯曲喷流，与子星团朝着相同的方向移动，对抗冲压。
研究组报道了MRC 0600-399的射电观测结果，其分辨率和灵敏度分别是先前结果的3.4倍和11倍。与典型射流相比，MRC 0600-399在接触不连续处呈现90度弯曲，准直射流从弯曲点延伸超过100千秒差距。
研究组观察到弥漫的、拉长的发射，将其称之为“双镰刀”结构。光谱指数在弯曲点的下游趋于平缓，表明宇宙射线重新加速。高分辨率数值模拟表明，沿不连续面的有序磁场对射流方向的变化有重要影响。双镰刀射流的形态与模拟结果一致。
该研究结果有助于了解磁场对星系团成员星系和内部介质演化的影响。
Abstract
Galaxy clusters are known to harbour magnetic fields, the nature of which remains unresolved. Intra-cluster magnetic fields can be observed at the density contact discontinuity formed by cool and dense plasma running into hot ambient plasma, and the discontinuity exists near the second-brightest galaxy, MRC 0600-399, in the merging galaxy cluster Abell 3376 (redshift 0.0461). Elongated X-ray emission in the east–west direction shows a comet-like structure that reaches the megaparsec scale. Previous radio observations detected the bent jets from MRC 0600-399, moving in same direction as the sub-cluster, against ram pressure. Here we report radio observations of MRC 0600-399 that have 3.4 and 11 times higher resolution and sensitivity, respectively, than the previous results. In contrast to typical jets, MRC 0600-399 shows a 90-degree bend at the contact discontinuity, and the collimated jets extend over 100 kiloparsecs from the point of the bend. We see diffuse, elongated emission that we name ‘double-scythe’ structures. The spectral index flattens downstream of the bend point, indicating cosmic-ray reacceleration. High-resolution numerical simulations reveal that the ordered magnetic field along the discontinuity has an important role in the change of jet direction. The morphology of the double-scythe jets is consistent with the simulations. Our results provide insights into the effect of magnetic fields on the evolution of the member galaxies and intra-cluster medium of galaxy clusters.
物理学 Physics
Leading hadronic contribution to the muon magnetic moment from lattice QCD
晶格QCD谬子磁矩的领头阶强子贡献
作者：Sz. Borsanyi, Z. Fodor, J. N. Guenther, C. Hoelbling, S. D. Katz, L. Lellouch, et al.
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摘要
粒子物理学的标准模型描述了绝大多数涉及基本粒子的实验和观测。任何偏离它的预测都将是新基础物理学的标志。一个长期存在的偏差与谬子的反常磁矩有关，谬子是一种测量粒子周围磁场的方法。
标准模型预测与紧密分布在3.7个标准差附近的测量结果不一致。当前理论误差和测量误差是可比的；然而，正在进行和计划中的实验旨在将测量误差减少四分之一。理论上，主要误差来源是领头阶强子真空极化（LO-HVP）的贡献。
对于即将进行的测量，必须用独立方法来评估这一贡献的预测，并减少其不确定性。到目前为止，最精确的、与模型无关的测定依赖于色散技术，并结合了电子-正电子湮没为强子的横截面测量。
为了消除对这些实验的依赖，研究组使用从头计算量子色动力学（QCD）和量子电动力学模拟来计算LO-HVP的贡献。
研究组达到了足够的精度来区分谬子反常磁矩的测量和色散方法的预测。该研究结果比用色散关系得到的结果更符合实验测量值。此外，这项工作中使用和开发的方法有望实现精度更高、更强大的计算机。
Abstract
The standard model of particle physics describes the vast majority of experiments and observations involving elementary particles. Any deviation from its predictions would be a sign of new, fundamental physics. One long-standing discrepancy concerns the anomalous magnetic moment of the muon, a measure of the magnetic field surrounding that particle. Standard-model predictions exhibit disagreement with measurements that is tightly scattered around 3.7 standard deviations. Today, theoretical and measurement errors are comparable; however, ongoing and planned experiments aim to reduce the measurement error by a factor of four. Theoretically, the dominant source of error is the leading-order hadronic vacuum polarization (LO-HVP) contribution. For the upcoming measurements, it is essential to evaluate the prediction for this contribution with independent methods and to reduce its uncertainties. The most precise, model-independent determinations so far rely on dispersive techniques, combined with measurements of the cross-section of electron–positron annihilation into hadrons. To eliminate our reliance on these experiments, here we use ab initio quantum chromodynamics (QCD) and quantum electrodynamics simulations to compute the LO-HVP contribution. We reach sufficient precision to discriminate between the measurement of the anomalous magnetic moment of the muon and the predictions of dispersive methods. Our result favours the experimentally measured value over those obtained using the dispersion relation. Moreover, the methods used and developed in this work will enable further increased precision as more powerful computers become available.
Rashba valleys and quantum Hall states in few-layer black arsenic
薄层黑砷中的拉什巴谷和量子霍尔态
作者：Feng Sheng, Chenqiang Hua, Man Cheng, Jie Hu, Xikang Sun, Qian Tao, et al.
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摘要
在非中心对称的二维电子系统中，自旋-轨道耦合（SOC）与库仑相互作用、能带拓扑和外部调制力动态相互作用时，可能会出现令人兴奋的现象。
研究组报道了中心对称的薄层黑砷中SOC和斯塔克效应之间的协同效应，表现为粒子-空穴不对称的拉什巴谷形成和由静电门可逆控制的新奇量子霍尔态。
这些不寻常的发现源于黑砷的皱褶方形晶格，其中重4p轨道形成了一个以 pz 对称的布里渊区为中心的Γ谷，并在X点的时间反转不变动量附近与 px 起源双重简并D谷共存。
当垂直电场破坏结构反转对称性时，强拉什巴SOC被 px 带激活，产生时间反转对称的自旋谷“味”的 D 谷，而Γ谷的拉什巴劈裂受到 pz 对称性的约束。有趣的是，巨大的斯塔克效应显示了相同的 px 轨道选择性，共同移动 D 拉什巴谷的能带最大值，使其超过Γ拉什巴顶部。
这种协调效应使研究组能够实现二维空穴气体的门-可调拉什巴谷操控，其特点是由于形成了依赖于“味”的朗道能级谱，量子霍尔态发生了非常规的偶-奇跃迁。对于二维电子气体，Γ拉什巴谷的量子化特征是从平凡的抛物型腔到螺旋狄拉克费米子的能带拓扑结构中的特殊密度依赖跃迁。
Abstract
Exciting phenomena may emerge in non-centrosymmetric two-dimensional electronic systems when spin–orbit coupling (SOC) interplays dynamically with Coulomb interactions, band topology and external modulating forces. Here we report synergetic effects between SOC and the Stark effect in centrosymmetric few-layer black arsenic, which manifest as particle–hole asymmetric Rashba valley formation and exotic quantum Hall states that are reversibly controlled by electrostatic gating. The unusual findings are rooted in the puckering square lattice of black arsenic, in which heavy 4p orbitals form a Brillouin zone-centred Γ valley with pz symmetry, coexisting with doubly degenerate D valleys of px origin near the time-reversal-invariant momenta of the X points. When a perpendicular electric field breaks the structure inversion symmetry, strong Rashba SOC is activated for the px bands, which produces spin–valley-flavoured D valleys paired by time-reversal symmetry, whereas Rashba splitting of the Γ valley is constrained by the pz symmetry. Intriguingly, the giant Stark effect shows the same px-orbital selectiveness, collectively shifting the valence band maximum of the D Rashba valleys to exceed the Γ Rashba top. Such an orchestrating effect allows us to realize gate-tunable Rashba valley manipulations for two-dimensional hole gases, hallmarked by unconventional even-to-odd transitions in quantum Hall states due to the formation of a flavour-dependent Landau level spectrum. For two-dimensional electron gases, the quantization of the Γ Rashba valley is characterized by peculiar density-dependent transitions in the band topology from trivial parabolic pockets to helical Dirac fermions.
气候学 Climatology
Projected land ice contributions to twenty-first-century sea level rise
陆地冰对21世纪海平面上升的贡献预测
作者：Tamsin L. Edwards, Sophie Nowicki, Ben Marzeion, Regine Hock, Heiko Goelzer, Hélène Seroussi, et al.
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摘要
陆地冰对全球平均海平面上升的贡献尚未通过最新一组 社会 经济情景的冰盖和冰川模型预测，也未通过由各种计算机模型所产生的不确定性进行的协调 探索 预测。最近的两个国际项目使用多种模型进行了大量预测，但主要使用上一代情景和气候模型，无法充分 探索 已知的不确定性。
研究组使用冰盖和冰川模型的统计模拟来估计新情景下这些预测的概率分布。他们发现，与目前的排放承诺相比，将全球升温限制在1.5 以内，陆地冰融化造成的21世纪海平面上升将减少一半。到2100年，平均海平面当量（SLE）从25 cm降至13 cm，冰川占海平面贡献的一半。
由于在气候变暖过程中冰损失增加和降雪积累的竞争过程存在不确定性，预测的南极贡献并未对排放情景作出明确反应。然而，在风险规避（悲观）的假设下，南极冰损失可能高出5倍，在当前政策和承诺下，陆地冰对SLE的贡献中位数增加到42 cm，即使在1.5 升温的情况下，第95个百分位的预测值也超过半米。
这几乎不可能缓解未来沿海洪水的威胁。考虑到这一大范围（13 cm至42cm SLE），在气候政策和南极应对措施进一步受到限制之前，21世纪海平面上升的适应规划必须考虑到陆地冰贡献的三个不确定性因素。
Abstract
The land ice contribution to global mean sea level rise has not yet been predicted using ice sheet and glacier models for the latest set of socio-economic scenarios, nor using coordinated exploration of uncertainties arising from the various computer models involved. Two recent international projects generated a large suite of projections using multiple models, but primarily used previous-generation scenarios and climate models, and could not fully explore known uncertainties. Here we estimate probability distributions for these projections under the new scenarios using statistical emulation of the ice sheet and glacier models. We find that limiting global warming to 1.5 degrees Celsius would halve the land ice contribution to twenty-first-century sea level rise, relative to current emissions pledges. The median decreases from 25 to 13 centimetres sea level equivalent (SLE) by 2100, with glaciers responsible for half the sea level contribution. The projected Antarctic contribution does not show a clear response to the emissions scenario, owing to uncertainties in the competing processes of increasing ice loss and snowfall accumulation in a warming climate. However, under risk-averse (pessimistic) assumptions, Antarctic ice loss could be five times higher, increasing the median land ice contribution to 42 centimetres SLE under current policies and pledges, with the 95th percentile projection exceeding half a metre even under 1.5 degrees Celsius warming. This would severely limit the possibility of mitigating future coastal flooding. Given this large range (between 13 centimetres SLE using the main projections under 1.5 degrees Celsius warming and 42 centimetres SLE using risk-averse projections under current pledges), adaptation planning for twenty-first-century sea level rise must account for a factor-of-three uncertainty in the land ice contribution until climate policies and the Antarctic response are further constrained.
The Paris Climate Agreement and future sea-level rise from Antarctica
巴黎气候协定和未来南极洲海平面上升
作者：Robert M. DeConto, David Pollard, Richard B. Alley, Isabella Velicogna, Edward Gasson, Natalya Gomez, et al.
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摘要
《巴黎协定》旨在将21世纪全球平均升温控制在比工业化前水平高2 以内，并进一步努力控制在1.5 以内。由于海洋热膨胀和陆地冰损失的综合作用，未来几十年的温室气体排放量将对全球平均海平面（GMSL）造成一个世纪甚至更长时间的影响。
南极冰原（AIS）是地球上最大的陆地冰库，其冰损失正在加剧。AIS的广大区域位于海平面以下，容易受到动态不稳定性的影响，这种不稳定性能够产生非常迅速的冰盖消退。然而，实施《巴黎协定》温控目标以减缓或阻止这些不稳定发生的可能性，尚未通过基于物理学的模型进行直接测试。
研究组使用一个经过观测校准的冰盖-冰架模型来证明，当全球升温被限制在2 以内时，整个21世纪南极冰层的流失速度将与今天类似。然而，与现行政策更为一致的情景（允许升温3 ）将在2060年左右使南极冰层融化的速度突然加快，到2100年将导致GMSL每年上升约0.5厘米，比今天快一个数量级。
更多化石燃料密集使用会导致更大的加速。虽然有基岩和海平面反馈机制，以及地球工程二氧化碳减排，但因支撑冰架的变薄和消失而引发的冰盖消退将持续好几个世纪。这些结果表明，如果超出《巴黎协定》的目标，南极洲海平面将有可能迅速而不可阻挡地上升。
Abstract
The Paris Agreement aims to limit global mean warming in the twenty-first century to less than 2 degrees Celsius above preindustrial levels, and to promote further efforts to limit warming to 1.5 degrees Celsius. The amount of greenhouse gas emissions in coming decades will be consequential for global mean sea level (GMSL) on century and longer timescales through a combination of ocean thermal expansion and loss of land ice. The Antarctic Ice Sheet (AIS) is Earth’s largest land ice reservoir, and its ice loss is accelerating. Extensive regions of the AIS are grounded below sea level and susceptible to dynamical instabilities that are capable of producing very rapid retreat. Yet the potential for the implementation of the Paris Agreement temperature targets to slow or stop the onset of these instabilities has not been directly tested with physics-based models. Here we use an observationally calibrated ice sheet–shelf model to show that with global warming limited to 2 degrees Celsius or less, Antarctic ice loss will continue at a pace similar to today’s throughout the twenty-first century. However, scenarios more consistent with current policies (allowing 3 degrees Celsius of warming) give an abrupt jump in the pace of Antarctic ice loss after around 2060, contributing about 0.5 centimetres GMSL rise per year by 2100—an order of magnitude faster than today. More fossil-fuel-intensive scenarios result in even greater acceleration. Ice-sheet retreat initiated by the thinning and loss of buttressing ice shelves continues for centuries, regardless of bedrock and sea-level feedback mechanisms or geoengineered carbon dioxide reduction. These results demonstrate the possibility that rapid and unstoppable sea-level rise from Antarctica will be triggered if Paris Agreement targets are exceeded.
考古学 Archaeology
Earliest known human burial in Africa
非洲最早的人类墓葬
作者：María Martinón-Torres, Francesco d’Errico, Elena Santos, Ana Álvaro Gallo, Noel Amano, William Archer, et al.
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摘要
人类殡葬习俗的起源和演变是人们感兴趣和喜欢争论的话题。中石器时代（MSA）的人类墓葬在非洲很罕见，在东非也不为人知。
研究组在肯尼亚热带高地海岸的Panga ya Saidi（PYS）洞穴遗址MSA层中发现了一具距今7.83万年前的2.5-3.0岁幼儿的部分骨骼。最新挖掘揭示了这个坑的特征，里面有一个蜷曲的幼儿。
对坑中内容物和包裹考古层的地球化学、粒度和微观形态的分析表明，该坑是人为挖掘的。埋藏学证据，如骨骼部分的严密连接或良好的解剖关系以及腐烂的组织学证据，均支持新鲜尸体的就地分解。
在分解过程中，不稳定的关节几乎没有移位，这表明其埋葬在一个填满的空间（墓地）中，至此，人们在PYS发现了非洲已知最古老的人类墓葬。
部分骨骼的形态评估与智人分类一致，尽管在牙齿中保留了一些原始特征，但越来越多的证据表明，在我们物种出现的过程中，现代特征的非渐进组装。PYS墓葬揭示了MSA人群如何与死者互动。
Abstract
The origin and evolution of hominin mortuary practices are topics of intense interest and debate. Human burials dated to the Middle Stone Age (MSA) are exceedingly rare in Africa and unknown in East Africa. Here we describe the partial skeleton of a roughly 2.5- to 3.0-year-old child dating to 78.3 4.1 thousand years ago, which was recovered in the MSA layers of Panga ya Saidi (PYS), a cave site in the tropical upland coast of Kenya. Recent excavations have revealed a pit feature containing a child in a flexed position. Geochemical, granulometric and micromorphological analyses of the burial pit content and encasing archaeological layers indicate that the pit was deliberately excavated. Taphonomical evidence, such as the strict articulation or good anatomical association of the skeletal elements and histological evidence of putrefaction, support the in-place decomposition of the fresh body. The presence of little or no displacement of the unstable joints during decomposition points to an interment in a filled space (grave earth), making the PYS finding the oldest known human burial in Africa. The morphological assessment of the partial skeleton is consistent with its assignment to Homo sapiens, although the preservation of some primitive features in the dentition supports increasing evidence for non-gradual assembly of modern traits during the emergence of our species. The PYS burial sheds light on how MSA populations interacted with the dead.
作者 | 张晴丹
你能想象0.2克的“绳子”可以提起5公斤重的物体吗？
没开玩笑，这是科研人员创造出的一种力学性能惊人的新材料。它不但具有很好的拉伸性能，拉伸长度能达600%，而且还非常坚韧。
近日，美国北卡罗来纳州立大学Dickey实验室博士后王美香以第一作者的身份，在Nature Materials上发表论文，介绍了这款新材料。它属于离子液体凝胶的一种，在抗拉伸性能和韧性上创造了这类材料的最高纪录，也展现出比水凝胶更广阔的应用前景。
评审专家之一、麻省理工学院教授赵选贺认为，“这些透明的离子液体凝胶具有非常坚韧的机械性能，而且最大的亮点是制作简单，易于使用。”
1+1 10，凝胶界的“佼佼者”
“通常凝胶的机械性能很弱，比如豆腐。但在自然界中也有例外，比如人体内的软骨。一些研究人员一直在努力制造坚韧的凝胶，这启发了我们。”论文共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学Dickey实验室负责人Michael D. Dickey告诉《中国科学报》。
此次创造出的离子液体凝胶含有超过60%的离子液体，主要包含丙烯酸和丙烯酰胺两种物质，前者是用于婴儿尿不湿吸水的主要材料，后者是用于隐形眼镜的主要材料。最后，混合材料兼具了聚丙烯酰胺和聚丙烯酸离子液体凝胶的优点，实现了1+1 10的效果。
王美香介绍，新材料透明度达90%以上，其内部的聚合物网络微结构使凝胶拥有极高的力学性能，可拉伸而且非常坚韧。拉伸的长度能达600%，模量有约50个兆帕，断裂强度约有13个兆帕。这是目前离子液体凝胶界的最高纪录。
论文中展示的是用0.2克的离子液体凝胶材料，轻松提起1公斤重量的物体。事实上提起5公斤的重量也不在话下，但因实验室没有5公斤的标准件，他们后来用5公斤的水桶做了实验，材料本身不会有任何破损。
离子液体这个溶剂本身不挥发，且具有很高的热稳定性和导电性。因此，创造出的这款离子液体凝胶具有广阔的应用前景。“可用于电池、传感器、3D打印、致动器和柔性电子设备等。”Michael D. Dickey说。
可穿戴柔性电子器件是当下科学研究的热门之一，要同时满足可弯折、扭曲、拉伸等需求，所以对材料的要求极高。以往做展示用的较多的是传统柔性材料——水凝胶，但水凝胶稳定性是个大问题，长期暴露在空气中会导致水分蒸发、性能受损。
“离子液体凝胶完全可以替代水凝胶在可穿戴柔性电子器件上的应用。首先它很稳定不挥发，不需要任何包覆；其次具有高导电性，不需要额外添加导电介质；可穿戴设备往往需要大变形，离子液体凝胶还可以用来开发应变传感器。”王美香说，“还有一点，它具有自愈合和形状记忆的特性。”
一步法轻松做成
长期以来，在凝胶材料领域最火的，非水凝胶莫属。
实际上，水凝胶在生活中已相当常见。比如，隐形眼镜、果冻、龟苓膏等都是水凝胶的“产物”。自62年前水凝胶横空出世，科研人员便绞尽脑汁地挖掘其力学性能，涌现了无数重大成果。
但同为凝胶材料，离子液体凝胶领域的研究则发展较慢。例如力学性能研究还是一块空白，很难把它的力学性能做到与高强度水凝胶相媲美的程度。
在这篇论文发表之前，合成高强度离子液体凝胶的方法并不易。为了提高材料的力学性能，一些研究人员采用多步法或者溶剂交换，整个过程耗时长、成本高，而且浪费资源。
挑战不可能，这是科研工作者骨子里的基因，恰好离子液体这个溶剂的“72般变化”也让王美香着迷。
“顾名思义，水凝胶用的溶剂只有一种，就是水，而离子液体凝胶用的溶剂是离子液体，有成千上万种，这正是它的魅力所在。”王美香对《中国科学报》说。离子液体在室温下是一种液态的熔融盐，里面含有正离子和负离子，只要熔融盐里的正负离子不一样，就可以实现离子液体的千变万化。
研究选材是从聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的单体开始。
最初，王美香把两种材料分开来做。当把丙烯酰胺融到离子液体后，产生的凝胶跟她预想的完全不一样，不透明、发白，就像晒干的面条一样特别脆，一碰就断。随后她又试了丙烯酸，做出来的凝胶则超级软，透明度达到百分百。
完全就是两种极端！这让她无比兴奋，如果把三者混在一起，会擦出什么样的火花呢？
“把丙烯酰胺和丙烯酸融到离子液体里，再加入引发剂和交联剂，然后混匀，用高功率紫外灯照射，3分钟就能制作出论文中这种新型混合材料。”王美香说，“就是这么简单。”
一步法就这样诞生了！它为离子液体凝胶研究开启了新世界的大门。
为实验蓄能，把理论变为现实
王美香在西安交通大学读博期间，就一直从事水凝胶研究。但她看到了离子液体凝胶材料的巨大潜力，因此萌生了调整研究方向的想法。
2018年12月，王美香从西安交通大学获得材料科学与工程博士学位后，进入北卡罗来纳州立大学Dickey实验室做博士后，主要致力于高机械性能凝胶材料的设计和制备，以及研究其在可穿戴柔性电子器件、全固态电池以及超级电容器、传感器和驱动器等领域的应用。
在新的平台，王美香也顺利转换到新赛道，开始离子液体凝胶材料研究。
但是，王美香刚进入北卡罗来纳州立大学，新冠疫情就来了，一下打乱了研究计划，学校封闭，无法进入实验室。
她便利用这段时间查阅文献，为实验蓄能。在家“闭关”三个月后，终于等来复工的消息。王美香便一头扎进实验里，每天在实验室待八个小时，把实验过程中看到的现象记录下来，晚上回家查资料来分析这些现象的成因。
幸运的是，这项工作从始至终都比较顺利，这篇论文投给期刊也很快被接收。并且，评审专家都对该成果给了很高的评价。
“接下来，我们将会做应用方面的拓展，想把离子液体凝胶与3D打印技术相结合，用于开发新型柔性机器人。”王美香说。
参与这项研究的一共有9位作者，其中华人学者就有4位。除了王美香，另外3位分别是论文共同通讯作者、西安交通大学教授胡建，西安交通大学硕士生张鹏尧，以及美国内布拉斯加州大学林肯分校研究助理教授钱文。
大家好，本期为大家带来的是Nature集团旗下的子刊Nature Communications，专门发表生物学、物理学和化学等各领域的高质量研究论文，2020年的影响因子为14.91.
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Cryo-EM structures of human A2ML1 elucidate the protease-inhibitory mechanism of the A2M family
人 A2ML1 的冷冻电镜结构阐明了 A2M 家族的蛋白酶抑制机制
A2ML1 是一种单体蛋白酶抑制剂，属于蛋白酶抑制剂和补体因子的 A2M 超家族。该研究中，作者研究了人类 A2ML1 的蛋白酶抑制机制，并确定了其天然和蛋白酶切割构象的结构。 A2ML1 的功能抑制单元是一种单体，它依赖于蛋白酶的共价结合（由 A2ML1 的硫酯介导）来实现抑制。与将蛋白酶捕获在由四个亚基形成的两个内室中的 A2M 四聚体相比，在蛋白酶切割的单体 A2ML1 中，无序区域围绕捕获的蛋白酶并可能阻止底物进入。在天然 A2ML1 中，诱饵区域穿过疏水通道，这表明诱饵区域切割对这种排列的破坏会触发广泛的构象变化，从而导致蛋白酶抑制。与补体 C3/C4 的结构比较表明，A2M 蛋白质超家族具有这种机制，可触发蛋白水解激活后发生的构象变化。
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Origins of glycan selectivity in streptococcal Siglec-like adhesins suggest mechanisms of receptor adaptation
链球菌 Siglec 样粘附素中聚糖选择性的起源表明受体适应机制
细菌与宿主受体的结合是共生和发病机制的基础。 许多链球菌使用 Siglec 样结合区 (SLBR) 粘附在细胞表面表达的蛋白质附着碳水化合物上。 识别的精确聚糖库可能决定生物体是否是严格的共生体而不是病原体。 然而，目前尚不清楚是什么驱动了受体选择性。 该研究中，作者使用了五个具有代表性的 SLBR，并确定了序列和结构高变的受体结合位点区域。 结果表明，这些区域使用嵌合发生和单个氨基酸取代来控制首选碳水化合物配体的身份。 作者进一步评估了首选配体的身份如何影响与人类唾液和血浆样品中糖蛋白受体的相互作用。 由于点突变可以改变首选的人类受体，这些研究表明链球菌如何适应环境聚糖库的变化。
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Computationally designed hyperactive Cas9 enzymes
计算设计的高活性 Cas9 酶
改变活细胞基因组的能力是了解基因如何影响生物体功能的关键，并且对于修改生命系统以达到有用的目的至关重要。 然而，这一目标长期以来一直受到基因工程所涉及的技术挑战的限制。 基因编辑的最新进展绕过了其中一些挑战，但结果并不理想。 该研究中，作者使用 FuncLib 计算设计具有显着更高的不依赖于供体的编辑活性的 Cas9 酶。 作者使用与酵母细胞存活相关的遗传回路来量化 Cas9 活性并发现工程区域之间的协同相互作用。 这些过度活跃的 Cas9 变体在哺乳动物细胞中有效发挥作用，并将更大、更多样化的插入和缺失池引入目标基因组区域，为增强和扩展基于 CRISPR 的基因编辑的可能应用提供了工具。
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Modular (de)construction of complex bacterial phenotypes by CRISPR/nCas9-assisted, multiplex cytidine base-editing
通过 CRISPR/nCas9 辅助、多重胞苷碱基编辑对复杂细菌表型进行
模块化（去）构建
CRISPR/Cas 技术构成了基因组工程的强大工具，但它们在非传统细菌中的使用取决于宿主因素或外源重组酶，这限制了效率和通量。该研究中，作者通过为革兰氏阴性菌开发广泛适用的基因组工程工具集来减轻这些实际限制。该挑战通过定制 CRISPR 碱基编辑器来解决，该编辑器能够以 >90% 的效率实现单核苷酸分辨率操作 (C·G T·A)。此外，将 Cas6 介导的guide RNAs 处理整合到用于质粒组装的流线型协议中，支持多重碱基编辑，效率 >85%。该工具集用于构建和解构土壤细菌恶臭假单胞菌中的复杂表型。芳香化合物生产表型的单步工程和复杂氧化还原代谢的多步解构说明了该工具箱提供的多重碱基编辑的多功能性。因此，这种方法克服了以前技术的典型局限性，并赋予了迄今为止遥不可及的革兰氏阴性细菌工程计划。
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Improving recombinant protein production by yeast through genome-scale modeling using proteome constraints
通过使用蛋白质组约束的基因组规模建模提高酵母的重组蛋白产量
真核细胞被用作细胞工厂来生产和分泌大量重组药物蛋白，包括目前最畅销的几种药物。 由于分泌途径的重要作用和复杂性，传统上通过代谢工程改进重组蛋白生产相对临时。 并且需要一种更系统的方法来产生新颖的设计原则。 该研究中，作者提出了酵母酿酒酵母 (pcSecYeast) 的蛋白质组约束的基因组规模蛋白质分泌模型，这使得能够模拟和解释由有限的分泌能力引起的表型。 作者进一步应用 pcSecYeast 模型来预测生产几种重组蛋白的过表达目标。通过实验验证了许多预测的 α-淀粉酶生产目标，以证明 pcSecYeast 作为计算工具在指导酵母工程和改进重组蛋白生产方面的应用。
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An in vivo gene amplification system for high level expression in Saccharomyces cerevisiae
一种在酿酒酵母中高水平表达的体内基因扩增系统
由于基因表达水平不足导致的代谢途径瓶颈仍然是使用微生物细胞工厂进行工业生物生产的一个重大问题。增加基因剂量可以克服这些瓶颈，但目前的方法存在许多缺点。该研究中，作者描述了 HapAmp，一种使用单倍体不足作为进化力量来驱动体内基因扩增的方法。 HapAmp 可实现异源基因拷贝的高效、可滴定和稳定整合，将多达 47 个拷贝传递到酵母基因组中。该方法以代谢工程为例，可显着提高倍半萜橙花油、单萜柠檬烯和四萜番茄红素的产量。柠檬烯滴度在单个工程步骤中提高了 20 倍，在烧瓶培养中 1 g L -1 。作者还展示了酵母中异源蛋白质产量的显着增加。 HapAmp 是一种快速解锁代谢瓶颈的有效方法，用于微生物细胞工厂的发展。
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Discovery and characterization of a terpene biosynthetic pathway featuring a norbornene-forming Diels-Alderase
发现和表征具有降冰片烯形成 Diels-Alderase 的萜烯生物合成途径
周环酶，即催化周环反应的酶，形成了具有生物催化效用的不断扩大的酶家族。尽管发现了越来越多的周环酶，但令人惊讶的是，环戊二烯和烯烃亲二烯体之间的 Diels-Alder 环化反应形成降冰片烯，这是合成化学中研究最好的环加成反应之一，迄今为止还没有相应的酶促反应。该研究中，作者报告了以降冰片烯合酶 SdnG 为特征的途径的发现，该途径用于生物合成 sordaricin - 抗真菌天然产物 sordarin 的萜烯前体。sordaricin 生物合成的完全重构揭示了 Nature 使用的一种简洁的氧化策略，用于将完全碳氢化合物前体转化为 SdnG 的高度功能化底物，用于分子内 Diels-Alder 环加成。SdnG 生成 sordaricin 的降冰片烯核心并加速该反应以抑制活化的亲双烯体的宿主介导的氧化还原修饰。这项工作的发现扩大了周环酶催化反应和 P450 介导的萜烯成熟的范围。
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Rationally engineering santalene synthase to readjust the component ratio of sandalwood oil
合理改造檀香合成酶调整檀香油成分比例
植物精油 (PEO) 广泛用于化妆品和保健品行业。 PEO的成分比例决定了它们的质量。在PEO生物技术平台的建设中，控制组分比例是一项挑战。该研究中，作者通过多尺度模拟 探索 产物混杂和产物特异性檀香烯合酶（即 SaSSy 和 SanSyn）的催化反应途径。 SanSyn 的 F441 被发现是限制中间体构象动力学的关键残基，因此一般碱基 T298 的直接去质子化主要产生 α-檀香烯。随后对该塑料残基的诱变导致产生突变酶 SanSynF441V，该酶可产生 α-和 β-檀香烯。通过代谢工程的努力，檀香萜/檀香酚滴度达到 704.2 mg/L，成分比与 ISO 3518:2002 标准非常匹配。本研究代表了通过代谢和酶工程相结合构建具有理想组分比例的 PEO 生物技术平台的范例。
日本东京大学Umeharu Ohto和日本京都大学Norimichi Nomura团队共同合作近期取得重要工作进展。他们研究发现胆汁酸转运蛋白NTCP的结构对乙型肝炎病毒进入至关重要。该项研究成果2022年5月17日在线发表于《自然》杂志上。
在这里，研究人员报告了人类、牛和大鼠NTCPs在apo状态下的低温电子显微镜（cryo-EM）结构，它揭示了跨膜隧道的存在和底物的可能运输途径。
此外，人类NTCP在LHBs的肉豆蔻酰化preS1结构域存在下的低温电镜结构以及突变和运输试验分析表明了一种结合模式，即preS1和底物竞争NTCP中细胞外通道的开口。重要的是，preS1域相互作用分析能够对人类NTCP中自然发生的HBV不敏感突变进行机理解释。综上所述，他们的研究结果为HBV识别和哺乳动物NTCPs对钠依赖性胆汁酸易位的机制的理解提供了结构框架。
据介绍，慢性乙型肝炎病毒 (HBV) 感染在全球影响超过2.9亿人，是肝硬化和肝细胞癌的主要原因，估计每年导致82万人死亡。HBV感染的建立需要病毒包膜糖蛋白L(LHBs)与宿主进入受体钠-牛磺胆酸共转运多肽(NTCP)之间的分子相互作用，NTCP是一种从血液到肝细胞的钠依赖性胆汁酸转运蛋白。然而，目前对于病毒-转运蛋白相互作用分子基础尚不清楚。
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美国加州大学Arash Komeili研究小组在研究中取得进展。他们发现不同基因簇诱导细菌铁小体细胞器的形成。2022年5月18日出版的《自然》发表了这项成果。
在本研究中，研究人员发现一个与铁结合的隔室，在此命名为“铁小体”，是之前在厌氧细菌磁性脱硫弧菌中发现的。使用蛋白质组学方法，研究人员鉴定了三种铁小体相关(Fez)蛋白，它们在D. magneticus中参与形成铁小体。Fez蛋白由特定的操纵子编码，包括FezB，FezB是在系统发育和代谢不同的细菌和古细菌中发现的P1B-6-ATP酶。研究人员揭示了另外两种细菌物种，Rhodopseudomonas palustris和Shewanella putrefaciens，通过其六基因fez操纵子产生铁小体。
此外，研究发现fez操纵子还可以在外来宿主中形成铁小体。使用S. putrefaciens作为模型，研究表明铁小体可能在厌氧适应铁饥饿中发挥作用。总体而言，该工作发现铁小体可能是一类新的铁储存细胞器，并为研究它们在多种微生物中的形成和结构奠定了基础。
据了解，细胞内铁稳态对于机体至关重要，通过严格调节铁的输入、流出、储存和代谢来维持铁稳态。最常见的铁储存模式使用蛋白质隔室，例如铁蛋白和相关蛋白质。尽管发现了脂质结合的铁隔室，但它们的形成和功能基础仍然未知。
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美国德克萨斯大学西南医学中心Peter M Douglas研究组发现小G蛋白香叶酰化可监测细胞内脂质稳态。2022年5月18日出版的《自然》杂志发表了这项成果。
他们描述了一种在秀丽隐杆线虫中进行细胞内脂质监测的机制，该机制涉及核激素受体 NHR-49 的转录失活，其通过与小 G 蛋白 RAB-11.1 结合的香叶基香叶酯结合到内吞囊泡进行胞质隔离。由脂质消耗引起的有缺陷的从头类异戊二烯合成限制了 RAB-11.1 香叶基香叶酰化，这促进了 NHR-49 的核易位和 rab-11.2 转录的激活，以增强转运蛋白在质膜上的驻留。因此，他们鉴定了一种细胞可感知的关键脂质，及与其相连 G 蛋白和核受体，它们的动态相互作用使细胞能够感知由于脂质消耗引起的代谢需求，并通过增加营养吸收和脂质代谢来做出反应。
据悉，脂质稳态失衡会对健康产生有害影响。然而，细胞如何感知由于脂质消耗导致的代谢需求并通过增加营养吸收做出反应仍不清楚。
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英国牛津大学Sebastian M. Shimeld研究组探明Hmx基因保留确定了脊椎动物颅神经节的起源。2022年5月18日出版的《自然》杂志发表了该项成果。
他们表明同源盒转录因子 Hmx 是脊椎动物感觉神经节发育的组成成分，并且在小肠绦虫中，Hmx 是驱动双极尾神经元分化程序所必要且充分的，这些细胞以前被认为是神经嵴的同源物。使用绦虫和七鳃鳗转基因，他们证明了茎-脊椎动物谱系中，一个独特的、串联重复的增强子对调节的 Hmx 表达。他们还在绦虫中展示了明显强大的脊椎动物 Hmx 增强子功能，表明上游调控网络的深度保留跨越了脊椎动物的进化起源。这些实验证明了绦虫和脊椎动物 Hmx 之间的调节和功能保护，并指出双极尾神经元是颅感觉神经节的同源物。
研究人员表示，脊椎动物的进化起源包括与掠夺性生活方式的获得相关的感官处理方面的创新。脊椎动物通过由颅感觉神经节服务的感觉系统感知外部刺激，其神经元主要来自颅基板；然而，由于活体谱系之间的解剖学差异以及细胞类型和结构之间的同源性分配困难，阻碍了对基板和颅感觉神经节进化起源的理解。
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美国斯坦福大学Anthony E. Oro团队近期取得重要工作进展。他们研究发现Gibbin中胚层调节模式上皮细胞的发育。该项研究成果2022年5月18日在线发表于《自然》杂志上。
在这里，研究人员鉴定了由Xia-Gibbs AT-hook DNA-binding-motif-containing 1（AHDC1）疾病基因编码的蛋白质Gibbin，它是早期上皮形态发生的关键调节因子。他们发现增强子或启动子结合的Gibbin与数十种序列特异性锌指转录因子和甲基-CpG 结合蛋白相互作用，以调节中胚层基因的表达。Gibbin的缺失导致GATA3依赖性中胚层基因的DNA甲基化增加，导致发育中的真皮和表皮细胞类型之间的信号通路的缺失。
值得注意的是，Gibbin突变的人类胚胎干细胞衍生的皮肤类器官缺乏真皮成熟，导致表达p63的基底细胞具有缺陷的角质形成细胞分层。体内嵌合CRISPR小鼠突变体揭示了一系列Gibbin依赖性发育模式缺陷，这些缺陷影响了反映患者表型的颅面结构、腹壁闭合和表皮分层。他们的结果表明，在Xia–Gibbs和相关综合征中看到的模式表型源于基因特异性 DNA甲基化决定而导致的异常中胚层成熟。
据介绍，在人类发育过程中正确的外胚层模式需要先前确定的转录因子，如GATA3和p63，以及来自区域中胚层的位置信号。然而，外胚层和中胚层因子对稳定基因表达和谱系定型的机制仍不清楚。
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美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心Vinod P. Balachandran等研究人员合作发现，新抗原质量可预测胰腺癌幸存者的免疫编辑。相关论文于2022年5月19日在线发表在《自然》杂志上。
研究人员表示，癌症免疫编辑是癌症的一个标志，它预示着淋巴细胞会杀死更多的免疫原性癌细胞，使免疫原性较低的克隆体在群体中占主导地位。虽然在小鼠身上得到证实，但免疫编辑是否在人类癌症中自然发生仍不清楚。
为了解决这个问题，研究人员调查了70个人类胰腺癌在10年内是如何演变的。研究人员发现，尽管有更多的时间积累突变，但罕见的胰腺癌长期幸存者在原发肿瘤中具有更强的T细胞活性，其复发肿瘤的遗传异质性较低，免疫原性突变（新抗原）较少。为了量化免疫编辑是否是这些观察结果的基础，研究人员通过两个特征来推断了新抗原是否具有免疫原性（高质量），这基于新抗原与已知抗原相似性的"非自体性"，以及基于新抗原与野生型肽相比不同地结合到MHC或激活T细胞所需的抗原性距离的"自体性"。利用这些特征，研究人员估计癌症克隆的适应性是T细胞识别高质量新抗原的总成本被致癌突变的收益所抵消。
通过这个模型，研究人员预测了肿瘤的克隆进化，并发现胰腺癌的长期幸存者会发展出具有较少高质量新抗原的复发性肿瘤。因此，研究人员展示了人类免疫系统自然编辑新抗原的证据。此外，研究人员提出了一个模型来预测免疫压力是如何诱导癌细胞群随时间演变的。更广泛地说，这些研究结果表明，免疫系统从根本上监督宿主的基因变化来抑制癌症。
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美国斯坦福大学Mark J. Schnitzer、Sadegh Ebrahimi等研究人员合作揭示感觉皮质编码和区域间通信的新兴可靠性。2022年5月19日，国际知名学术期刊《自然》在线发表了这一成果。
研究人员对小鼠执行视觉辨别任务的8个新皮层区域的神经元活动同时进行了5天的成像，产生了超过21000个神经元的纵向记录。分析显示，整个新皮层的事件序列从静止状态开始，到感知的早期阶段，并通过任务反应的形成。在静止状态下，新皮层有一种功能连接模式，通过共享活动共变的区域组来识别。在感觉刺激开始后约200毫秒内，这种连接重新排列，不同区域共享共变和任务相关信息。
在这个短暂的状态中（大约持续300毫秒），区域间的感觉数据传输和感觉编码的冗余都达到了顶峰，反映了任务相关神经元之间相关波动的短暂增加。刺激开始后约0.5秒，视觉表征达到一个更稳定的形式，其结构对单个细胞反应中突出的、逐日的变化是强大的。在刺激出现约1秒后，一个全局波动模式传达了小鼠对每个受检区域即将作出的反应，并与携带感觉数据的模式正交。
总的来说，新皮层通过在感知开始时感觉编码冗余的短暂提升、对细胞变异性稳健的神经群体编码以及广泛的区域间波动模式来支持感觉性能，这些模式以不干扰的渠道传递感觉数据和任务反应。
据了解，可靠的感觉辨别必须来自高保真的神经表征和脑区之间的交流。然而，新皮层感觉处理如何克服神经元感觉反应的巨大变异性仍未确定。
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近日，美国斯坦福大学Jesse M. Engreitz及其团队的最新研究揭示人类增强子和启动子序列的相容性规则。相关论文于2022年5月20日在线发表在《自然》杂志上。
研究人员设计了一种名为ExP STARR-seq（增强子x启动子自转录活性调节区测序）的高通量报告试验，并应用它来研究人类K562细胞中1000个增强子和1000个启动子序列的组合相容性。研究人员确定了增强子-启动子兼容性的简单规则：大多数增强子以类似的数量激活所有启动子，内在的增强子和启动子的活动以倍数结合来决定RNA输出（R2=0.82）。
此外，有两类增强子和启动子显示出微妙的偏好效应。管家基因的启动子含有GABPA和YY1等因子的内置激活模体，这降低了启动子对远端增强子的反应性。表达不一的基因的启动子缺乏这些模体，对增强子表现出更强的反应性。总之，这种对增强子-启动子兼容性的系统评估表明，在人类基因组中，有一个由增强子和启动子类型调整的乘法模型来控制基因转录。
据了解，人类基因组中的基因调控是由远端增强子控制的，它能激活附近特定的启动子。这种特异性的一个模型是，启动子可能对某些增强子有序列编码的偏好，例如由相互作用的转录因子组或辅助因子介导。这种"生化兼容性"模型已被个别人类启动子的观察和果蝇的全基因组测量所支持。然而，人类增强子和启动子内在兼容的程度还没有得到系统的测量，它们的活动如何结合起来控制RNA的表达仍不清楚。
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美国华盛顿大学医学院David J. Pagliarini和美国摩根里奇研究所Joshua J. Coon共同合作，近期取得重要工作进展。他们通过深度多组学分析来确定线粒体蛋白的功能。该项研究成果2022年5月25日在线发表于《自然》杂志上。
在这里，为了建立更完整的人类线粒体蛋白功能纲要，研究人员使用基于质谱的多组学分析方法分析了200多个CRISPR介导的HAP1敲除细胞系。这项工作产生了大约 830 万个不同的生物分子测量值，提供了对线粒体扰动的细胞反应的深入调查，并为蛋白质功能的机制研究奠定了基础。在这些数据的指导下，他们发现PIGY 游开放阅读框（PYURF）是一种S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基转移酶伴侣，它支持复合物I组装和辅酶Q生物合成，并且在以前未解决的多系统线粒体疾病中被破坏。
研究人员进一步将推定的锌转运蛋白SLC30A9与线粒体核糖体和OxPhos完整性联系起来，并将RAB5IF确定为第二个含有导致脑面胸腔发育不良的致病变异的基因。他们的数据可以通过交互式在线MITOMICS.app资源进行探索，表明许多其他孤儿线粒体蛋白的生物学作用仍然缺乏强大的功能表征，并定义了线粒体功能障碍的丰富细胞特征，可以支持线粒体疾病的基因诊断。
据了解，线粒体是真核生物新陈代谢和生物能学的中心。近几十年来的开创性努力已经确定了这些细胞器的核心蛋白成分，并将它们的功能障碍与150多种不同的疾病联系起来。尽管如此，数以百计的线粒体蛋白仍缺乏明确的功能，约40%的线粒体疾病的潜在遗传基础仍未得到解决。
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美国加州大学洛杉矶分校Alcino J. Silva和Miou Zhou研究组合作揭示，C-C 趋化因子受体 5 (CCR5)可关闭记忆链接的时间窗口。相关论文发表在2022年5月25日出版的《自然》杂志上。
他们展示了CCR5（一种免疫受体，众所周知是 HIV 感染的共同受体）的表达延迟（12-24 小时）增加在环境记忆形成后决定时间窗口的持续时间，以便将该记忆与后续记忆关联或链接。小鼠背侧 CA1 神经元中 CCR5 的这种延迟表达导致神经元兴奋性降低，进而负调节神经元记忆分配，从而减少背侧 CA1 记忆集合之间的重叠。降低这种重叠会影响一个记忆触发另一个记忆的召回能力，因此关闭记忆链接的时间窗口。
他们的研究结果还表明，与年龄相关的 CCR5 及其配体 CCL5 的神经元表达增加会导致老年小鼠的记忆连接受损，这可以通过 Ccr5 敲除和美国食品和药物管理局（FDA）批准的药物逆转。抑制这种受体具有临床意义。总而言之，这里报道的研究结果提供了对塑造记忆链接时间窗口的分子和细胞机制的见解。
据介绍，现实世界的记忆是在特定的环境下形成的，通常不是孤立地获得或回忆的。时间是记忆组织中的一个关键变量，因为时间接近的事件更有可能有意义地关联，而间隔较长的事件则不是。大脑如何区分时间上不同的事件尚不清楚。
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德国海德堡大学Rohini Kuner研究组发现错误连接和终末器官靶向异常可引起神经性疼痛。2022年5月25日出版的《自然》杂志在线发表了这项成果。
研究人员在神经损伤后超过10个月的时间里，以纵向和非侵入性地方式对基因标记的纤维群进行成像，这些纤维群在皮肤周围感知有害刺激（伤害感受器）和轻柔触摸（低阈值传入），同时跟踪这些小鼠与疼痛相关的行为。完全去神经支配的皮肤区域最初失去感觉，逐渐恢复正常敏感性，并在受伤几个月后出现明显的异常性疼痛和对轻触的厌恶。这种神经再支配引起的神经性疼痛与伤害感受器有关，这些伤害感受器延伸到去神经支配的区域，精确地再现神经支配的初始模式，由血管引导，在皮肤中显示出不规则的终端连接，并降低了模拟低阈值传入的激活阈值。
相比之下，低阈值传入神经（通常在损伤后完整神经区域中介导触觉以及异常性疼痛）没有重新建立神经支配，导致仅具有伤害感受器的迈斯纳小体等触觉末端器官受异常神经支配。敲除与伤害感受器有关的基因完全消除了神经再支配异常性疼痛。因此，该研究结果揭示了一种慢性神经性疼痛的发生机制，这种疼痛是由结构可塑性、异常末端连接和神经再支配过程中伤害感受器受损造成的，并为在临床观察到的对病人产生沉重负担的矛盾感觉提供了机制框架。
据了解，神经损伤会导致慢性疼痛和对轻柔触摸的过度敏感（异常性疼痛）以及受伤和未受伤神经聚集区域的感觉丧失。改善这些混合和矛盾症状的机制尚不清楚。
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星形胶质细胞在不同疾病中的反应性转录调控不同，这一成果由美国加州大学Michael V. Sofroniew、Joshua E. Burda研究组经过不懈努力而取得。2022年5月25日出版的《自然》杂志发表了这项成果。
研究人员通过将生物学和信息学分析（包括RNA测序、蛋白质检测、转座酶可及染色质测定与高通量测序(ATAC-seq)和条件基因缺失）相结合的方法来预测转录调节因子，这些调节因子调控了超过12,000个与小鼠和人不同中枢神经系统疾病中星形胶质细胞反应有关的差异表达基因(DEGs)。与星形胶质细胞反应相关的DEG在疾病中表现出明显的异质性。转录调节因子也具有疾病特异性差异，但研究人员发现了一个在这两个物种多种疾病中常见的由61个转录调节因子组成的核心组。实验表明，DEG多样性是由不同转录调节因子与特定细胞内环境之间相互作用决定的。
值得注意的是，相同反应性转录调节因子可以调节不同疾病中显著不同的DEG队列。转录调节因子对DNA结合基序的可及性变化在不同疾病之间存在明显差异；对DEG变化至关重要的调控可能需要多个反应性转录调节因子。通过调节反应性，转录调节因子可以显著改变疾病结果，并可以将其作为治疗靶点。该研究提供了与疾病相关反应性星形胶质细胞DEG及可搜索的预测转录调节因子资源。该研究结果表明，与星形胶质细胞反应性相关的转录变化是高度异质的，并且可通过特定于细胞内环境的转录调节因子组合产生大量潜在的DEG。
据悉，星形胶质细胞对中枢神经系统疾病和损伤作出反应，反应性变化会影响疾病进展。这些变化包括DEGs，然而对DEGs背景多样性和调控知之甚少。
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近日，以色列魏茨曼科学研究所Karina Yaniv、Rudra N. Das等研究人员合作发现，淋巴管转分化可产生专门的血管。相关论文于2022年5月25日在线发表在《自然》杂志上。
研究人员利用斑马鱼臀鳍的循环成像和系谱追踪，从早期发育到成年，发现了一种通过淋巴管内皮细胞（LECs）的转分化形成专门血管的机制。此外，研究人员证明了从淋巴与血液内皮细胞（EC）衍生出的臀鳍血管在成年生物体中的功能差异，揭示了细胞本体和功能之间的联系。研究人员进一步利用单细胞RNA测序分析来描述了转分化过程中涉及的不同细胞群和过渡状态。
最后，结果表明，与正常发育相似，在臀鳍再生过程中，血管从淋巴管中重新衍生出来，表明成年鱼的LEC保留了生成血液EC的效力和可塑性。总的来说，这项研究强调了通过LEC转分化形成血管的先天机制，并为EC的细胞个体发生和功能之间的联系提供了体内证据。
据了解，细胞的谱系和发育轨迹是决定细胞身份的关键因素。在血管系统中，血液和淋巴管的EC通过分化和特化来满足每个器官的独特生理需求。虽然淋巴管被证明来自多种细胞来源，但LEC不知道会产生其他细胞类型。
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德国马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所Thomas Boehm、Dominic Grün等研究人员合作揭示两种双潜能胸腺上皮细胞祖先类型的发育动态。相关论文于2022年5月25日在线发表于国际学术期刊《自然》。
研究人员结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）和一个新的基于CRISPR-Cas9的细胞条形码系统，在小鼠中确定胸腺上皮细胞随时间变化的质和量。这种双重方法使研究人员能够确定两个主要的祖先群体：一个早期双潜能祖先类型偏向皮质上皮，一个产后双潜能祖先群体偏向髓质上皮。研究人员进一步证明，连续提供Fgf7的自分泌导致胸腺微环境的持续扩张，而不会耗尽上皮祖细胞池，这表明有一种策略可以调节胸腺造血活动的程度。
据介绍，胸腺中的T细胞发育对细胞免疫至关重要，并取决于器官型的胸腺上皮微环境。与其他器官相比，胸腺的大小和细胞组成是异常动态的，例如在发育的早期阶段快速生长和高T细胞输出，随后随着年龄的增长，胸腺上皮细胞的功能逐渐丧失，初始T细胞的产量减少。scRNA-seq发现了年轻和年老的成年小鼠胸腺上皮细胞的意外异质性；然而，推定的产前和产后上皮祖细胞的身份和发育动态仍未得到解决。
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美国西奈山伊坎医学院Filip K. Swirski、Wolfram C. Poller等研究人员合作发现，大脑运动和恐惧回路在急性应激期间调节白细胞。2022年5月30日，《自然》杂志在线发表了这项成果。
研究人员发现，在小鼠急性应激期间，不同的大脑区域塑造了白细胞的分布和整个身体的功能。利用光遗传学和化学遗传学，研究人员证明运动回路通过骨骼肌来源的吸引中性粒细胞的趋化因子诱导中性粒细胞从骨髓快速动员到周围组织。相反，室旁下丘脑通过直接的、细胞内的糖皮质激素信号控制单核细胞和淋巴细胞从二级淋巴器官和血液向骨髓排出。这些压力诱导的、反方向的、全群体的白细胞转移与疾病易感性的改变有关。
一方面，急性应激通过重塑中性粒细胞并引导它们被招募到损伤部位来改变先天免疫力。另一方面，促肾上腺素释放激素（CRH）神经元介导的白细胞转移可防止获得自身免疫，但会损害对SARS-CoV-2和流感感染的免疫力。总的来说，这些数据显示，在心理压力期间，不同的大脑区域会不同地、迅速地调整白细胞景观，从而校准免疫系统对身体威胁的反应能力。
据了解，神经系统和免疫系统有着错综复杂的联系。尽管人们知道心理压力可以调节免疫功能，但将大脑中的压力网络与外周白细胞联系起来的机制途径仍然不为人知。
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