Nature 一周论文导读 | 2018 年 11 月 29 日

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Nature 一周论文导读 | 2018 年 11 月 29 日

2018 年 12 月 9 日 科研圈

审校：访冬小象咖喱小勺棒冰小锅

制版：阿金

生物学

Biology

Somatic APP gene recombination in Alzheimer’s disease and normal neurons

阿尔茨海默病和正常神经元中的体细胞APP的基因重组

Ming-Hsiang Lee, Jerold Chun, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0718-6

图片来源：yourgenome.org

（导读阿金）人类大脑的多样性和复杂性被认为编码在一恒定基因组内，而体细胞基因重组理论上能够改变这种编码。本研究描述了人类神经元内可编码淀粉样前体蛋白、与阿尔茨海默病相关的APP基因重组现象，以上千种基因组cDNAs（gencDNAs）变异体出现。同时确认RNA的神经元“逆向插入”产生gencDNAs，鉴定了gencDNAs的多样性。该结果为理解人类大脑细胞多样性、学习和记忆机制、以及可塑性提供新见解。

Abstract

Predictable and precise template-free CRISPR editing of pathogenic variants

可预测且精确的无模板CRISPR编辑致病突变

Max W. Shen, David R. Liu, David K. Gifford, Richard I. Sherwood, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0686-x

（导读郭思瑶）Cas9蛋白切割DNA后，无模板条件下的DNA修复结果难以预测。科学家以数据库训练inDelphi机器学习模型以预测修复结果，发现在5-11%的修复过程中，某一种特定基因编辑和修复结果会在总结果中的占比超过50%。研究者在195个人类疾病相关的等位基因突变位点上验证了预测的结果，说明该方法可用来精准校正人体内疾病相关的基因突变。

Abstract

Structural plasticity of D3–D14 ubiquitin ligase in strigolactone signalling

独脚金内酯信号传导中D3-D14泛素连接酶的结构可塑性

Nitzan Shabek, Ning Zheng, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0743-5

（导读郑楠楠）独脚金内酯是近几年发现的一种植物激素。α/β D14水解酶参与独脚金内酯信号传导，该过程中，D14通过代谢独脚金内酯，与F-box蛋白D3相互作用，进而泛素化并降解转录抑制因子D53。本研究揭示了该过程的结构基础：D3的C末端α螺旋结构可在两种构型之间转化，使D3可以以独脚金内酯依赖的方式，促进D14招募D53，并激活D14的水解酶功能以水解D53。

Abstract

Trans-differentiation of outer hair cells into inner hair cells in the absence of INSM1

INSM1缺失情形下外毛细胞向内毛细胞的转分化

Teerawat Wiwatpanit, Anne Duggan, Jaime García-Añoveros, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0570-8

（导读阿金）哺乳动物耳蜗拥有两种在听觉上不同重要功能的应力感受细胞：内毛细胞（IHCs）和外毛细胞（OHCs），但两种亚型的分化机制尚不清楚。本研究发现编码锌指蛋白质并在原始OHCs中瞬时表达的Insm1通过抑制其转分化成IHCs而巩固OHC状态。在INSM1缺失情况下，OHCs中一组倾向在IHCs中表达的基因表达上调，促进胚胎OHCs向IHCs的转分化。

Abstract

Helios is a key transcriptional regulator of outer hair cell maturation

Helios是外毛细胞成熟的关键转录调节因子

Lauren Chessum, Michael R. Bowl, Ronna Hertzano, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0728-4

（导读郑维嘉）负责听力的感觉细胞由耳蜗内毛细胞和外毛细胞组成，二者由共同祖细胞分化的调控机制尚不清楚。本研究发现突变小鼠cello模型中编码Helios转录因子的Ikzf2导致早发感觉性听力丧失，prestin依赖的电动活性降低，OHC相关重要基因表达降低。在IHC中外源表达Ikzf2可诱导OHC特异基因表达，降低IHC经典基因表达，使IHC具有电动活性。该研究证明Ikzf2可完成IHC转录组向OHC样转录组的部分转换。

Abstract

Linking a cell-division gene and a suicide gene to define and improve cell therapy safety

连接细胞分裂基因和自杀基因以确立和改善细胞治疗的安全性

Qin Liang, Andras Nagy, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0733-7

（导读王思菲）利用自杀基因来去除临床细胞治疗中的有害细胞，是个能提升安全性的方案，但未有相关报道量化细胞治疗的安全性水平。本研究应用基因组工程策略证明自杀系统在分裂细胞中能持续运作。研究人员创造单纯疱疹病毒胸苷激酶（HSV-TK）和细胞分裂基因（CDK1）的转录链接，并使用数学模型量化细胞治疗的安全水平，设计治疗所需细胞数量及基因组编辑类型的函数。上述结果将加速细胞治疗在临床上应用。

Abstract

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus alters cell wall glycosylation to evade immunity

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌通过改变细胞壁糖基化方式以逃避宿主免疫

David Gerlach, Thilo Stehle, Andreas Peschel, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0730-x

图片来源：Dabur

（导读陈欣桐）耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种能引起严重感染的病原菌，且其免疫逃逸机制仍不明。本文对比了含有由前噬菌体编码的标准壁磷壁酸(WTA)糖基转移酶TarS或另一种糖基转移酶（TarP）的MRSA CC5和CC398菌株。经TarS修饰的WTA免疫小鼠不能抵御表达TarP的MRSA感染，表示TarP对MRSA的免疫逃逸能力具重要意义。研究结果有助于鉴定MRSA的疫苗固定抗原，并开发TarP抑制剂使成为MRSA免疫易感菌的新策略。

Abstract

Cryptic connections illuminate pathogen transmission within community networks

隐藏的连接阐明群落内的病原体传播

Joseph R. Hoyt, Kate E. Langwig, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0720-z

（导读阿金）理解导致病原体传播的宿主间相互作用是预防和控制流行病的基础，但群体和物种与病原体动态学之间的联系却尚不清楚。本研究透过同时表征社群网络，在八个蝙蝠群落追踪病原体替代性流行病的动态传播，量化了间接不频发的隐藏连接对疾病传播的重要性，并揭示了隐藏连接促进群落内病原体传播的机制。

Abstract

Efferocytosis induces a novel SLC program to promote glucose uptake and lactate release

胞葬作用(Efferocytosis)诱导新的SLC程序，以促进葡萄糖摄取和乳酸释放

Sho Morioka, Kodi S. Ravichandran, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0735-5

（导读王思菲）吞噬细胞如何协调凋亡细胞的尸体吞噬（胞葬作用，efferocytosis）仍有诸多未知。本研究使用RNA测序描述了胞葬作用的转录程序，发现溶质载体蛋白（SLC）家族中有33个基因的表达在胞葬作用中被特异性调节。其中SLC2A1介导葡萄糖摄取并促进糖酵解，从而促进肌动蛋白聚合及摄取细胞尸体；而SLC16A1介导的乳酸释放促进组织中抗炎环境的形成。以上结果揭示了胞葬作用与有氧糖酵解以及糖酵解副产物的关系，并凸显了SLC程序在其中的重要性。

Abstract

Mannose impairs tumour growth and enhances chemotherapy

甘露糖抑制肿瘤生长并提高化疗效果

Pablo Sierra Gonzalez, Kevin M. Ryan, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0729-3

（导读王思菲）甘露糖被与葡萄糖相同的转运蛋白摄入，但无法进行糖酵解、三羧酸循环及聚糖合成等糖代谢。本研究发现甘露糖延缓几种肿瘤生长，和常规化疗合并使用，影响Bcl-2家族的抗凋亡蛋白水平，进而促进肿瘤细胞死亡。肿瘤细胞对甘露糖的敏感性取决于磷酸甘露糖异构酶（PMI）的水平，可通过RNA干扰降低PMI水平使肿瘤细胞对甘露糖敏感，因此肿瘤的PMI水平可作为是否适用甘露糖疗法的生物标志物。

Abstract

物理学

Physics

Quantum control of surface acoustic-wave phonons

表面声波声子的量子控制

K. J. Satzinger, A. N. Cleland, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0719-5

图片来源：Chalmers

（导读阿金）量子物理学的标志之一是非经典量子态和叠加的产生，但迄今只在力学系统中实现了非经典态的间接展示。本研究演示了宏观尺度机械谐振器的力学状态的全量子控制。将表面声波谐振器和超导量子比特耦合在一起，利用量子比特控制和测量机械谐振器的量子状态。并生成了零声子和单声子福克态的非经典叠加。这种可编程量子控制对一系列量子极限中的表面声波的应用必不可少。

Abstract

Creation and control of multi-phonon Fock states in a bulk acoustic-wave resonator

块体声波谐振器中多声子福克态的产生和控制

Yiwen Chu, Prashanta Kharel, Robert J. Schoelkopf, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0717-7

（导读阿金）近期超导量子比特和声共振器的耦合打开了宏观尺度动态模式上进行量子操作的可能性。本研究展示了多声子福克态在宏观尺度大型声波谐振器中的受控产生，并进行了维格纳斯断层扫描和状态重建，呈现制备态的量子性质。从而开辟了将声学模式作为量子资源的可能性。

Abstract

Superfluorescence from lead halide perovskite quantum dot superlattices

来自卤化铅钙钛矿量子点超晶格的超荧光

Gabriele Rainò, Maksym V. Kovalenko, Thilo Stöferle, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0683-0

（导读王嘉媛）超荧光现象形成条件苛刻，迄今为止仅在有限数量的系统中可以观察到。本研究报告了在铯铅卤化物钙钛矿纳米晶自组装成的三维超晶格中，可以实现相干超荧光耦合，表现出超荧光。其拓展介观相干态可提高光电器件的性能，并使实现多光子量子纠缠光源成为可能。

Abstract

A structural transition in physical networks

物理网络中的结构相变

Nima Dehmamy, Soodabeh Milanlouei and Albert-László Barabási

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0726-6

（导读刘奇）诸多物理中网络节点与链路是不能交叉或重叠的物理对象，当前理论框架通常没有考虑到“不交叉”条件。本文建模了一种能解释节点与链路物理大小的框架，来探究此约束影响网络几何结构的机制。不交叉约束作用于强弱相互作用间的过渡段，大量结点的网络最终会转变到强相互作用，其能深入探究密集填充的哺乳动物大脑尺度缩放的机理。

Abstract

其他

【Astronomy-天文】Spatially resolved rotation of the broad-line region of a quasar at sub-parsec scale

亚秒差距尺度下类星体宽线区的空间分辨旋转

GRAVITY Collaboration

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0731-9

（导读阿金）超大质量黑洞附近的气体高速运动使原子发射线变宽，是类星体的一个观察标志。其观测可能会限制通过吸积盘向内输送气体或向外通过风输送气体的机制。本研究报告类星体3C 273垂直于其无线电喷射方向的帕申-α宽线的红蓝光中心的空间偏移，该偏移符合气体的速度梯度，暗示气体绕着超大质量黑洞中心旋转。该结果为研究黑洞的演化史提供有效方法。

Abstract

【Geoscience-地球科学】Abrupt ice-age shifts in southern westerly winds and Antarctic climate forced from the north

南部西风和南极气候突然发生冰期转变

Christo Buizert, Michael Sigl, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0727-5

（导读朱姚镓）南半球西风通过影响南大洋上升流、深海碳交换、厄加勒斯流、南极冰盖的稳定度等对全球气候产生重要作用。本研究运用冰芯数据表明北半球的丹斯果-奥什格尔事件（DO）不仅影响南半球西风及南极温度，且对全球海洋环流、南大洋上升流及生产力和大气二氧化碳含量等均有影响。故而在分析DO循环时应从全球尺度而不仅局限在北大西洋。

Abstract

【Paleoanthropology-古人类】Similar cranial trauma prevalence among Neanderthals and Upper Palaeolithic modern humans

尼安德特人旧石器时代晚期现代人类拥有类似颅外伤发生率

Judith Beier, Nils Anthes, Joachim Wahl and Katerina Harvati

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0696-8

图片来源：Inverse

（导读阿金）有研究报告因为暴力社会行为、高度流动的狩猎-采集生活方式等,尼安德特人具有较高创伤发生率。本研究利用种群尺度方法和大量化石数据重新评估了尼安德特人颅外伤发生率，分析表明尼安德特人和旧石器时代晚期的现代人类颅外伤总体发生率相似，且都在男性人群中更高，但年龄分布不同。结果强调了在外伤研究中保留偏倚的重要性。

Abstract