Nature 一周论文导读 | 2019 年 7 月 11 日

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Nature 一周论文导读 | 2019 年 7 月 11 日

2019 年 7 月 21 日 科研圈

审校：小象小锅小勺咖喱紫苏

制版：阿金

生物学

Biology

Neural signatures of sleep in zebrafish

斑马鱼睡眠的神经特征

图片来源：PBS

（导读刘奇）非羊膜脊椎动物睡眠的神经特征尚不清楚。本研究开发了针对斑马鱼的无创荧光的多导睡眠记录方法，发现斑马鱼至少有两个主要睡眠特征，慢波睡眠和传播波睡眠，分布与哺乳动物慢波睡眠和快速眼动睡眠具有相似性。褪黑素浓缩激素信号可能通过激活室管膜细胞调节斑马鱼传播波睡眠和睡眠长度。该结果表明脊椎动物大脑睡眠的神经特征在4.5亿年前已经出现。[论文详细信息]

Single-cell analysis reveals T cell infiltration in old neurogenic niches

单细胞分析揭示T细胞浸润到衰老的神经源性微环境

（导读郭怿暄）本研究对年轻和衰老小鼠大脑神经源性微环境进行单细胞RNA测序，发现衰老小鼠中活化的神经干细胞减少，内皮和小胶质细胞发生改变，T细胞浸润。衰老大脑中T细胞来自克隆扩增且与衰老血液中的T细胞不同，可能暴露过特异性抗原。在体共培养中，T细胞可通过分泌干扰素-γ抑制神经干细胞的增殖。这一结果为抑制衰老相关大脑功能下降奠定基础。[相关报道：意外！杀病菌、灭肿瘤的免疫细胞，竟是大脑功能退化的元凶]

TOX transcriptionally and epigenetically programs CD8⁺ T cell exhaustion

TOX 转录及表观编程 CD8⁺ T 细胞耗竭

（导读王思菲）耗竭型 CD8⁺T细胞（Tex）是检查点阻断等免疫疗法的重要临床指标。但调控Tex转录及表观遗传发育的机制仍未知。本研究发现 HMG-box转录因子 TOX 为小鼠 Tex 的关键因子，TOX 受磷酸酶及 NFAT2 诱导后，作用于前回馈回路，不依赖钙调神经磷酸酶在 Tex 中持续表达。因此 TOX 的稳健表达将持续性的刺激转化为Tex的独特转录及表观遗传发育程序，维持 Tex细胞的存在。[相关报道：3篇Nature1篇Nat Immuno揭示调控耗竭CD8+T细胞的关键因子]

Transposon-encoded CRISPR–Cas systems direct RNA-guided DNA integration

转座子编码的CRISPR-Cas系统介导RNA引导的DNA整合

（导读郭怿暄）本研究将细菌Tn7样转座子和核酸酶缺乏的CRISPR-Cas系统相结合，开发出一种由RNA引导的移动性遗传元件插入基因组的方法。在RNA引导下，复合物与DNA靶点结合，随后转座子元件发挥功能，将供体DNA整合到靶点DNA序列下游固定距离的两个可能位置。该系统提供了一种无需DNA双链断裂和同源重组修复的可编程基因组DNA插入方法。[相关报道：一周之内连发《科学》和《自然》，新型CRISPR为啥那么火？]

Controlling protein assembly on inorganic crystals through designed protein interfaces

设计蛋白质界面以控制无机晶体上的蛋白质组装

（导读过泽远）本文探索了系统性设计蛋白质-无机矿物界面的可能性。研究者设计了含有多个苏氨酸的冰结合蛋白（蛋白中的水分子被约束为冰状结构），其中含有的多达54个羧酸盐残基可以和白云母表面的钾离子子晶格在几何上匹配，由此可设计得到微米量级的线状或蜂窝状界面结构。这些结果为设计蛋白质-无机杂化材料奠定基础。[论文详细信息]

National food production stabilized by crop diversity

作物多样性稳定国家粮食产量

（导读刘奇）粮食需求提升，储备量低和气候变化威胁粮食安全。本研究利用91个国家176种作物年产量的五十年数据，发现国家层面的作物多样性与总产量的时间稳定性有关，其量级与降水变化的减稳作用相当。结果表明增加作物多样性可作为稳定食品供应的补充途径。[论文详细信息]

Foot callus thickness does not trade off protection for tactile sensitivity during walking

足部胼胝厚度不会降低步行时的触觉敏感性

图片来源：The Naked Scientists

（导读郭怿暄）足部胼胝是增厚变硬的表皮，但它是否影响触觉敏感度尚不清楚。本研究发现光脚走路的人相比穿鞋的人具有更厚更硬的胼胝。但胼胝厚度并不会降低步行时感受触觉刺激的能力，且胼胝厚度并不影响步行时足部撞击地面的冲击力。缓冲鞋可以增强保护和舒适度，但以降低触觉敏感性为代价；降低冲击装载速率，但同时升高力脉冲。[相关报道：《自然》：研究了100人脚底的老茧后，他们发现了光脚走路的惊人好处]

TOX reinforces the phenotype and longevity of exhausted T cells in chronic viral infection

TOX加强慢性病毒感染中耗竭型T细胞的表型和寿命

（导读王思菲）诱导及稳定耗竭型T细胞表型及功能特征的分子机制尚未明确。本研究发现小鼠耗竭型T细胞的发育和维持需要TOX蛋白。去除其DNA结合域减少PD-1的表达，产生更多细胞因子及多功T细胞表型。而TOX缺失先使T细胞的效应性增强，后导致严重的免疫病病理，但最终数量大幅下降。综上提示TOX是慢性感染期间T细胞功能障碍进展及维持耗竭型T细胞存在的关键因子。[论文详细信息]

TOX is a critical regulator of tumour-specific T cell differentiation

TOX是肿瘤特异性T细胞分化的关键调节因子

（导读过泽远）本文发现核因子TOX是肿瘤特异性T（TST）细胞分化的关键调控因子，在慢性病毒感染期或肿瘤功能失调TST细胞和耗竭T细胞中表达升高。慢性T细胞受体的刺激和NFAT激活的驱动TOX表达。效应T细胞中异位表达TOX可诱导T细胞耗竭相关转录程序。敲除TST细胞中TOX可抑制细胞耗竭程序，抑制性受体表达不再升高，染色质开放，TCF-1高表达，但仍缺失效应细胞功能。[论文详细信息]

Off-target RNA mutation induced by DNA base editing and its elimination by mutagenesis

DNA碱基编辑诱导的脱靶RNA突变以及通过诱变将其消除

（导读过泽远）DNA碱基编辑中脱氨酶与RNA相结合，但是否会产生RNA突变尚不清楚。本研究对CBEs或ABEs诱导的RNA单核苷酸变异(SNVs)进行定量评估。发现BE3和ABE7都会产生了数万个脱靶RNA SNVs。但通过编辑脱氨酶发现3个CBE变体和1个ABE变体可在保证DNA编辑有效性的同时，降低脱靶RNA SNVs到基线水平。这项研究揭示了DNA编辑中曾被忽视的脱靶效应，并证明了该效应可通过编辑脱氨酶来消除。[相关报道：专家点评Nature | 杨辉/郭帆/李亦学等开发更高精度的单碱基基因编辑工具，全面降低RNA脱靶风险]

Cryo-EM structure of oxysterol-bound human Smoothened coupled to a heterotrimeric Gi

环氧胆固醇-Smoothened蛋白-异源三聚体G蛋白复合物的冷冻电镜结构

（导读陈欣桐）原癌蛋白SMO属于F类G蛋白偶联受体（GPCR），其与肿瘤抑制因子（PTCH1）和核转录因子（GLI）共同调控Hedgehog信号传导通路。本文对PTCH1,SMO受体及GLI的相互作用机制进行研究，确定了一个PTCH1的内源性配体——24(s),25-环氧胆固醇，并得到其与SMO受体和异源三聚体G蛋白偶联的复合物的冷冻电镜结构。该结构为Hedgehog信号转导及F类GPCR的研究提供了分子基础。[论文详细信息]

Smoothened stimulation by membrane sterols drives Hedgehog pathway activity

膜固醇刺激Smoothened驱动Hedgehog通路活性

（导读阿金）Hedgehog信号通路对胚胎发育和出生后组织再生至关重要，Hedgehog蛋白结合并抑制跨膜胆固醇转运蛋白Patched-q(PTCH1)，从而激活七次跨膜转导蛋白Smoothened（SMO），但激活机制尚不清楚。本研究解析了小鼠活性SMO与激动剂SAG21k和胞内结合纳米抗体结合的晶体结构，提出Hedgehog让PTCH1失活使得跨膜固醇进入七次跨膜位点，进而激活SMO的过程。该结果为克服SMO抑制剂临床耐药性提供应对策略。[论文详细信息]

物理学

Physics

Planar perovskite solar cells with long-term stability using ionic liquid additives

使用离子液体添加剂使平面钙钛矿太阳能电池具有长期稳定性

图片来源：Power Technology

（导读过泽远）基于金属卤化物钙钛矿的太阳能电池是最有前途的光伏技术之一。但想要增加电池的持久性，技术需要进一步改进本研究通过将离子液体加入钙钛矿薄膜中，并将其加入正负离子光伏器件中，提高了器件效率，并显著提高了器件的长期稳定性。本文所展示的电池在恶劣条件下，长期稳定的运行将会成为发展可靠的钙钛矿光伏技术的关键步骤。[论文详细信息]

Light-wave dynamic control of magnetism

光波动态控制磁性

（导读阿金）超短激光脉冲电场的完全受控演化可直接并快速调谐物质的电子特性，这是光波电子学的基石。本研究介绍一种超快相干磁体方案，展示通过光的电场振荡直接操控铁磁层堆叠的磁性。并且研发出一种阿秒时间分辨磁圆二色性探测手段来实时追踪展开动态过程。该实验为未来相干自旋电子应用、自旋晶体管和数据储存的速度限制建立了光学频率。[论文详细信息]

Magnetic monopole noise

磁单极子噪声

（导读阿金）磁单极子是一种带有量子化磁荷的假想基本粒子。本研究研制了一种基于超导量子干涉仪（SQUID）的通量噪声光谱仪，并对Dy2Ti2O7晶体产生的磁通噪声的频率和温度依赖性进行测量。实验检测到磁单极子等离子体所预测的几乎全部磁通量噪声特征，并且由SQUID放大的磁单极子磁流噪声可被人耳听到。[论文详细信息]

Tracking the precession of single nuclear spins by weak measurements

弱测量追踪单个原子核自旋的进动

（导读阿金）核磁共振（NMR）谱学是一种分析分子结构和功能的有效技术。本研究使用周期性弱测量追踪单原子核自旋进动。实验系统由金刚石中的原子核自旋构成，其与附近氮空位中心的电子自旋有弱相互作用。该研究观测到并最小化两个重要的量子反作用效应：测量诱导的退相干和与采样时钟的频率同步化。该方法为实现原子分辨率的单分子NMR提供有效途径。[论文详细信息]

其他

【Astronomy-天文】Reconstructing the late-accretion history of the Moon

重建月球晚期的吸积历史

图片来源：Museum für Naturkunde

（导读刘奇）解释地月铁元素差异的模型大多数都假设月球具有较高的留存比。本研究进行一系列碰撞模拟来量化留存比，随后使用蒙特卡罗程序计算撞击质量加速进入月球地壳和地幔的历史。发现月球撞击史的留存比约比先前估计的低三倍，高度亲铁元素（HSE）的留存开始于43.5亿年前。低留存率和HSE在月幔晚期留存相结合，为月球相对于地球的晚吸积质量明显不足提供了实际解释。[论文详细信息]