Nature 一周论文导读 | 2018 年 10 月 18 日

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Nature 一周论文导读 | 2018 年 10 月 18 日

2018 年 10 月 28 日 科研圈

审校小锅访冬小象书牧咖喱小勺

制版阿金

生物学

Biology

Elucidating the control and development of skin patterning in cuttlefish

阐明墨鱼皮肤图案的控制和发育

Sam Reiter, Gilles Laurent, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0591-3

图片来源：Nature.com

（导读王思菲）通过运动神经元控制放射状肌肉的收缩，头足纲动物皮肤上的色素细胞可形成不同图案进行自我伪装。本研究应用计算和分析方法以每秒60帧的频率对数万个色素细胞的状态进行长达数周的单细胞分辨率量化分析，揭示了图案动态变化的低维结构和控制皮肤图案的规则。此方法为复杂感知行为提供了客观描述，并揭示神经系统功能、动态变化和形态发生背后的组织原则。

Abstract

Single-cell transcriptomics of 20 mouse organs creates a Tabula Muris

对20个小鼠器官进行单细胞转录组研究建立Tabula Muris数据库

The Tabula Muris Consortium, Overall coordination, etc.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0590-4

（导读郭怿暄）本研究对来自小鼠20个组织器官的10万多个细胞进行单细胞测序建立了Tabula Muris数据库。测序应用两种方法：高通量、低覆盖的基于微流体液滴的3‘端计数以及高灵敏度和覆盖率的基于荧光激活细胞分选的全长转录分析。该数据库资源可用于研究罕见细胞的基因表达，不同组织间同类型细胞基因表达的比较，为绘制细胞生物学的转录图谱奠定基础。

Abstract

The genetic basis and cell of origin of mixed phenotype acute leukaemia

混合表型急性白血病的遗传基础和细胞起源

Thomas B. Alexander, Charles G. Mullighan, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0436-0

（导读郭怿暄）混合表型急性白血病（MPAL）是一种兼具髓系和淋巴系特征的高危白血病亚型，尚缺乏深入研究和治疗手段。本研究发现MPAL两种主要亚型：T/髓系（T/M）及B/髓系（B/M），两者具有显著的遗传差异。ZNF384重排常见于B/M MPAL，而双等位基因WT1改变常见于T/M MPAL。MPAL肿瘤内免疫表型异质性来源于原始的造血祖细胞，而非体细胞遗传变异。该发现为寻找MPAL的有效治疗奠定基础。

Abstract

Transcriptional recording by CRISPR spacer acquisition from RNA

通过CRISPR间隔物从RNA获得的转录记录

Florian Schmidt, Mariia Y. Cherepkova and Randall J. Platt

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0569-1

（导读过泽远）在细胞内记录转录事件有助于阐明胞内分子如何引起复杂的细胞的行为和状态。本文使用CRISPR间隔物捕获胞内RNA并转换为DNA，用于存储转录信息。在大肠杆菌中通过一个确立的刺激，可产生储存在细胞群中的可量化的转录记录。通过CRISPR间隔物可以重建描述复杂的细胞行为或病理状态的转录记录。

Abstract

Cervical excitatory neurons sustain breathing after spinal cord injury

颈髓兴奋性神经元在脊髓损伤后维持呼吸

Kajana Satkunendrarajah, Michael G. Fehlings, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0595-z

（导读柳寒石）呼吸功能失调是颈髓损伤后发病和死亡的主要原因。研究人员在不同的脊髓损伤模型中发现中颈髓兴奋性中间神经元对于维持非创伤性颈脊髓损伤小鼠的呼吸，和促进创伤性脊髓损伤后的呼吸恢复至关重要。脊髓损伤后，对颈髓兴奋性中间神经元进行药物遗传学刺激能够立即恢复呼吸功能。该结果揭示了通过靶向神经元亚群来恢复中枢神经系统创伤后呼吸的新策略。

Abstract

IRE1α–XBP1 controls T cell function in ovarian cancer by regulating mitochondrial activity

IRE1α-XBP1通过调节线粒体活性来控制卵巢癌中的T细胞功能

Minkyung Song, Laurie H. Glimcher, Juan R. Cubillos-Ruiz, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0597-x

（导读王思菲）肿瘤微环境影响T细胞代谢和效应功能，但肿瘤浸润T细胞如何整合和应对代谢应激信号仍未知。本研究发现标准治疗无效，正进行免疫治疗的卵巢癌可诱导内质网应激并激活T细胞中IRE1-XBP1，导致未折叠蛋白应答，从而控制线粒体呼吸作用和抗肿瘤功能。卵巢癌小鼠中特异性敲除T细胞XBP1使其抗肿瘤免疫更强，延迟肿瘤恶性进展并提高存活率。

Abstract

A cell identity switch allows residual BCC to survive Hedgehog pathway inhibition

细胞身份转换允许残留的BCC在Hedgehog通路抑制中存活

Brian Biehs, Frederic J. de Sauvage, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0596-y

（导读柳寒石）Hedgehog通路抑制剂在治疗基底细胞癌（BCC）中有效，但一些患者在治疗后会有肿瘤残留和复发。研究人员在BCC3小鼠模型中发现，与为经治疗的肿瘤细胞相比，残留的肿瘤细胞具有干细胞特征。此种细胞身份转换与Wnt通路相关，联合使用Hedgehog通路抑制剂vismodegib和Wnt通路抑制剂可减少残留并增强癌细胞的分化程度。该研究说明肿瘤细胞可利用不依赖于原始致癌驱动因素的替代身份来逃避治疗。

Abstract

A slow-cycling LGR5 tumour population mediates basal cell carcinoma relapse after therapy

一种表达LGR5的慢速更新细胞亚群介导治疗后基底细胞癌的复发

Adriana Sánchez-Danés, Cédric Blanpain, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0603-3

（导读阿金）Vismodegib作为Smoothened抑制剂用于治疗基底细胞癌（BCC），但尚不清楚其作用机制。本研究使用基因工程BCC小鼠发现vismodegib通过抑制毛囊样细胞命运和促进肿瘤细胞分化介导BCC消退，但在治疗后一群表达LGR5，wnt信号通路激活的慢速更新肿瘤细胞持续存在导致肿瘤复发。将去除Lgr5细胞或抑制Wnt信号与vismodegib治疗结合可根除BCC。该研究结果为抑制BCC复发提出了一种组合治疗策略。

Abstract

Genomes of Asgard archaea encode profilins that regulate actin

阿斯加德古菌基因组编码可调节肌动蛋白的肌动蛋白抑制蛋白

Caner Akıl and Robert C. Robinson

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0548-6

（导读过泽远）阿斯加德古菌可能是真核细胞的祖先。本研究发现阿斯加德古菌基因组可编码多种肌动蛋白抑制蛋白，说明这类古菌拥有受调控、并可能与细胞膜磷酸化脂质相互作用的原始极性肌动蛋白细胞骨架，而这是真核细胞的特征之一。

Abstract

Handover mechanism of the growing pilus by the bacterial outer-membrane usher FimD

细菌外膜引领蛋白FimD介导生长中菌毛的移交机制

Minge Du, David G. Thanassi, Huilin Li, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0587-z

（导读郭思瑶）细菌1型菌毛组装过程中，与分子伴侣FimC结合的菌毛亚单位首先与细胞外膜上引领蛋白FimD位于周质侧的N端结构域结合，再被转移到FimD的C端结构域，并组装为菌毛。研究者利用冷冻电镜捕获了大肠杆菌菌毛组装中间体FimD–FimC–FimF–FimG–FimH的结构，该中间体结构展示了各亚基由FimD N端转移至C端，并逐渐组装为多聚体的一个时间节点，揭示了各亚基转移和组装的分子机制。

Abstract

物理学

Physics

Improved limit on the electric dipole moment of the electron

改进电子中电子偶极矩极限

ACME Collaboration

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0599-8

图片来源：Science News

（导读阿金）粒子物理学的标准模型可准确描述目前实验室内粒子物理学测量结果，但尚未能解释宇宙中观测到的问题。本研究通过测量电子在巨大的分子内电场下量子叠加态的电子自旋进动，改进了电子偶极矩测量的实验极限，结果表明一系列猜想的粒子的质量可能远超过大型强子对撞机的直接测量结果。

Abstract

Space-borne Bose–Einstein condensation for precision interferometry

太空中用于精密干涉测量的玻色-爱因斯坦凝聚体

Dennis Becker, Ernst M. Rasel, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0605-1

（导读阿金）由于玻色-爱因斯坦凝聚体的极低膨胀能量，基于此建造的太空原子干涉仪可提供对惯性力更高的敏感度。本研究报道探空火箭在太空飞行的六分钟期间展开的有关波色爱因斯坦凝聚的一系列实验，研究了从热集合到玻色-爱因斯坦凝聚体的相变和凝聚体的集体动力学。研究结果为在太空中开展冷原子实验提供新思路，并为在低重力条件下进行量子气体实验铺平道路。

Abstract

Subcycle observation of lightwave-driven Dirac currents in a topological surface band

拓扑表面能带中光波驱动的狄拉克电流的子循环观测

J. Reimann, U. Höfer, R. Huber, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0544-x

（导读阿金）拓扑绝缘体中的类狄拉克准相对论能带结构可扫除传统半导体和电介质的局限，开启光波电子学的新时代。本研究报道具有子循环时间分辨率的角分辨率光电子能谱可直接观测太赫兹光脉冲载波对Bi2Te3拓扑表面态能带结构中狄拉克费米子的加速过程。观测结果为全相干光波驱动电子器件开辟一个真实的参数空间，有助于深入了解固体中电子动力学和强场相互作用。

Abstract

Battery-operated integrated frequency comb generator

电池供电的集成频率梳发生器

Brian Stern, Xingchen Ji, Michal Lipson, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0598-9

（导读阿金）光频梳可提供相干等距光谱线，具有前所未有的频率和时间精度。本研究研制出一种激光集成克尔频率梳发生器，通过损耗极低的氮化硅波导形成微谐振器和激光集成空腔。该器件可以98毫瓦的电泵功率产生低噪声的孤子模式锁定梳。双空腔的设计表现出高度灵活性、低功耗、高度便携且稳健的频率和定时基准等优势。有望成为研究频率梳动力学和孤子生成的有效工具。

Abstract

A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion

分离的涡环结构调控蒲公英种子的飞行

Cathal Cummins, Ignazio Maria Viola, Naomi Nakayama, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0604-2

（导读阿金）蒲公英利用冠毛借助风力帮助种子飞行进行扩散。本研究发现蒲公英冠毛周围一个分离且稳定的循环气流涡环，其圆盘状结构和冠毛的孔隙度是导致分离的关键因素。而冠毛孔隙度受到精确调控以稳定涡环，实现空气动力负荷最大化、材料要求最小化。该发现为研究生物结构、改善人造结构中的运动、重量减轻和颗粒俘获提供新思路。

Abstract

其他

【Astronomy-天文】The dispersion–brightness relation for fast radio bursts from a wide-field survey

广域探测快速射电暴的色散 - 亮度关系

R. M. Shannon, J.-P. Macquart, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0588-y

（导读雷鸣）过去10年报道过的快速射电暴（FRB）只有34次，因爆炸位置和亮度的不确定性，使得搜寻工作愈加复杂。本研究对FRB进行了控制良好的广域探测，发现20次FRB，在观测后185 - 1097小时后均没有重复发生，其中包括迄今距离地球最近及爆炸能量最高的两次FRB。研究表明，FRB色散和亮度之间存在一定关系，高通量暴发与在高灵敏度、狭域探测中发现的远距FRB相似。

Abstract

【Materials-材料】Ceramic–metal composites for heat exchangers in concentrated solar power plants

用于太阳能集中发电热交换的陶瓷金属复合材料

M. Caccia, K. H. Sandhage, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0593-1

（导读阿金）使用太阳能集中发电时，增加涡轮进口温度，可有效提高热能发电效率，因此改善热交换材料是关键。本研究报道一种稳健的陶瓷（ZrC）-金属（W）复合材料，可保证打印回路型热交换器在1023 K高温下正常运行，并保持优异的热学、力学和化学性能，同时具备抗sCO2腐蚀性能。表明该材料比Ni基超级合金具有更大的优势。

Abstract