Nature 一周论文导读 | 2019 年 3 月 21 日

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Nature 一周论文导读 | 2019 年 3 月 21 日

2019 年 3 月 31 日 科研圈

审校：小象小勺小锅棒冰咖喱水村山郭访冬

制版：阿金

生物学

Biology

Single-neuron perturbations reveal feature-specific competition in V1

单神经元扰动揭示了V1中特定特征的竞争

（导读刘奇）局部神经群信号处理一般从解剖连结和活动观测推测。本研究使用单神经元扰动直接量度皮质感知表达（影响映射）。研究者发现在初级视觉皮层2/3层抑制活动解剖尺度上具有环中心特征，尖峰影响取决于神经元活动相似性，认为2/3层进行特征竞争，类抑制短序列可能有助于推断感知表达特征。其方法可能可应用于其他神经群计算……[论文详细信息]

Gboxin is an oxidative phosphorylation inhibitor that targets glioblastoma

Gboxin是一种可靶向治疗胶质母细胞瘤的氧化磷酸化抑制剂

（导读郭怿暄）本研究发现Gboxin可特异性抑制小鼠和人胶质母细胞瘤的生长，但不影响正常细胞。Gboxin通过其正电与线粒体氧化磷酸化复合体结合，抑制FOF1 ATP合成酶活性，从而快速不可逆地降低癌细胞氧消耗，该过程依赖线粒体内膜的质子梯度。代谢稳定的Gboxin类似物治疗可抑制胶质母细胞瘤同种异体移植物和患者来源异种移植物的生长，对多种癌细胞系同样有效…… [论文详细信息]

Diverse and robust molecular algorithms using reprogrammable DNA self-assembly

利用可重编程DNA自组装的多样且稳健的分子算法

图片来源：Winfree Lab/Caltech

（导读MQ）DNA分子的自组装模式可用来存储和处理信息，以指导其他生化反应的发生，但它是否能处理复杂信息尚不明确。本文设计了包含355个单链瓦片的DNA瓦片组，并实验证实该系统可通过简单的瓦片分子重编程实现复制、排序、随机行走、计数至63等多种6位算法。这些结果验证了DNA分子自组装的编程计算能力，也说明分子计算领域前景光明……[论文详细信息]

Feature-selective encoding of substrate vibrations in the forelimb somatosensory cortex

前肢躯体感觉皮层中基底振动的特征选择编码

（导读刘奇）皮肤接触固体时产生振动，动物感知该振动以了解外界环境。灵长类初级体感皮层对低频局部振动敏感，但难以有效区分高频局部振动。本文研究了小鼠对前肢不同部位高频振动的皮质编码方式，发现其调制方式与听觉皮质对音调的处理方式相似，且特征性选择编码在尺骨、桡骨处更丰富而在指骨处更低。表明小鼠前肢对被动触觉的敏感性高于主动探索式触觉……[论文详细信息]

Cryo-EM structures of STING reveal its mechanism of activation by cyclic GMP–AMP

STING的冷冻电镜结构揭示了其通过环状GMP-AMP激活的机制

（导读Chen^W^J）本研究解析了人类和鸡全长STING无活性的二聚体以及鸡STING与cGAMP结合的二聚体和四聚体的冷冻电镜结构，发现跨膜和胞内区域相互作用组装形成区域交换的二聚体结构。cGAMP结合导致配体结合结构域关闭，使其相对跨膜结构域旋转180°，伴有侧边环状发生结构变化促进STING四聚体和高阶多聚体的形成……[论文详细信息]

Structural basis of STING binding with and phosphorylation by TBK1

STING与TBK1结合和磷酸化的结构基础

（导读Chen^W^J）本研究解析了人类TBK1与结合cGAMP的鸡全长STING复合物的冷冻电镜结构。发现STING的C-末端尾部采用β-链样结构插入TBK1亚基的激酶结构域与TBK1二聚体中另一亚基的支架和二聚化结构域之间的沟中。STING尾部磷酸化位点Ser366无法够到与之结合TBK1的激酶活性位点，表明TBK1磷酸化STING需要两种蛋白质的多聚化。突变分析证实了cGAMP诱导STING和TBK1高阶多聚化，继而TBK1对STING磷酸化的模型。[论文详细信息]

Dynamics of breast-cancer relapse reveal late-recurring ER-positive genomic subgroups

乳腺癌复发的动态显示晚期复发的ER阳性基因组亚组

（导读MQ）筛查ER阳性乳腺癌后期复发的高危患者尤为重要。本文提出模拟不同乳腺癌阶段的统计模型，包括近端远端复发，乳腺癌相关或其他原因死亡等状态，对患者的复发风险进行预测。研究人员鉴别出四种乳腺癌后期复发高风险亚型(47-62%在初诊20年内复发)，肿瘤驱动的基因组拷贝数变化为其共同特征。这些信息有望改善患者分层及生物标志物决策的临床试验。【相关报道：Nature | 预测乳腺癌复发有招了？】

Small-molecule ion channels increase host defences in cystic fibrosis airway epithelia

小分子离子通道增加囊性纤维化气道上皮细胞的宿主防御

（导读王思菲）本研究发现两性霉素B（一种能形成非选择性离子通道的小分子），可恢复来自囊性纤维化患者的气道上皮组织的HCO^3-分泌并增加其表面液体pH值。这些效应需要基底外侧钠钾ATP酶，提示两性霉素B通道和阴离子分泌驱动剂在功能上互作。两性霉素B的效应在无CFTR的囊性纤维化患者及无CFTR猪气道上皮组织中均存在，提示其恢复宿主防御的效应和CFTR基因型无关……[论文详细信息]

Mechanism of DNA translocation underlying chromatin remodelling by Snf2

Snf2对染色质重塑的DNA转位机制

（导读郭怿暄）Snf2及相关酶可与ATP水解耦合重塑染色质。本研究解析了酿酒酵母Snf2在ADP或ADP-BeFx存在下与核小体结合状态的结构。发现与ADP结合时为开放结构，诱导SHL2上产生单个碱基DNA膨出，跟随链比引导链畸变更明显。DNA畸变传递到近端末端导致两条链交错易位。与ADP-BeFx结合触发酶闭合，核小体恢复松弛状态。该结果揭示了染色质重塑中DNA转位的结构基础。【相关报道：Nature丨陈柱成/李雪明/李明组揭示SNF2介导的染色质重塑中DNA滑移的机理】

Histone H3 trimethylation at lysine 36 guides m⁶A RNA modification co-transcriptionally

组蛋白H3赖氨酸36三甲基化（H3K36me3）指导m⁶A RNA的共转录修饰

（导读郭怿暄）本研究发现最常见的mRNA修饰m6A在H3K36me3峰邻近处富集，在没有H3K36me3处减少。m⁶A 甲基转移酶复合物（MTC）中核心成分METTL14识别并结合H3K36me3，促进m⁶A MTC与邻近RNA聚合酶II结合，进而对正在转录的原始RNA进行转录中m⁶A修饰。去除小鼠ES细胞H3K36me3可导致转录组范围内的m⁶A水平降低，细胞干性上升。该发现揭示了组蛋白修饰和RNA甲基化间交互作用参与基因表达调控的机制……[论文详细信息]

Discovery of a pathway for terminal-alkyne amino acid biosynthesis

末端炔氨基酸生物合成途径的发现

（导读MQ）末端炔烃基是生物体中较为罕见的“稀有”官能团，但也有部分微生物等可以合成末端炔烃，这为生物体内生物正交试剂的内源基因编码提供了一条潜在途径。本文报告了在卡特利链霉菌（Streptomyces cattleya）中合成含有末端炔烃的氨基酸的独特途径，为从葡萄糖中从头生产卤素、烯烃和炔标记蛋白和天然产物提供潜在应用……[论文详细信息]

物理学

Physics

Random anti-lasing through coherent perfect absorption in a disordered medium

无序介质中通过相干完美吸收的随机反激光

图片来源：TU Wien

（导读阿金）非厄米波工程近来愈发应用于检验基础和应用导向的现象，其中就包括相干完美吸收（CPA）现象。本研究使用微波技术构建出一种随机反激光器，证明其能以几乎完美效率吸收经过适当工程设计入射的辐射场。该方法仅基于无序介质散射属性的远场测量，因此通过调试，可应用于在波需要被完美聚焦、引导或吸收的地方……[论文详细信息]

Photonic topological insulator in synthetic dimensions

合成维度的光子拓扑绝缘体

（导读卓思琪）人们提出具有合成维度的拓扑晶格，用以研究高维物理现象和光子相互作用，但目前为止，实验上还未观察到相关现象。本研究从实验上在合成维度下制造了光子拓扑绝缘体。在该光子晶格中，光子受到一维空间与合成模维度中的有效磁场作用。该体系支持空间模晶格中的拓扑边界态，从而能得到可延伸至整个块体二维实空间晶格的鲁棒拓扑态……[论文详细信息]

Particle robotics based on statistical mechanics of loosely coupled components

基于统计力学的松散耦合组织粒子机器人

（导读刘奇）生物有机体通过组合和协调随机低水平组织块来实现具有鲁棒性的高水平行为。本研究展示了一个由统计力学成功控制的由松散耦合粒子组成的机器人系统，其物理系统和模拟系统均能稳健地执行移动，载物运输和趋光性。研究表明随机系统可以通过表现出确定性行为的大规模鲁棒非晶态系统，为更复杂和精确的机器人提供一种替代方案。【相关报道：机器人革命！仿生群体机器人诞生，可实现集体迁移】

其他

【Astronomy-天文学】An X-ray chimney extending hundreds of parsecs above and below the Galactic Centre

X射线烟囱在银河系中心上方和下方延伸数百个秒差距

（导读刘奇）从银河系中心几个秒差距的物质和能量外喷塑造了我们所观察到的银河系结构。较大尺度γ射线可观察到位于星系盘面两侧的费米泡。射电天文学家在中等尺度观察到星系中心瓣，表明了来自近星系中心的能量注入。本研究报告了中等尺度上数百秒差距气泡的X射线结构，并称为“烟囱”，其组成了运输能量和物质到费米泡底部的通道……[论文详细信息]

【Chemistry-化学】Deacylative transformations of ketones via aromatization-promoted C–C bond activation

通过芳构化促进的C-C键活化使酮的脱酰转化

（导读MQ）C-H键和C-C键是有机物的主要成分，但能够编辑分子骨架的C-C键活化方法仍然有限。本文报告了一种常规C-C键活化反应，适用于各种酮类底物，由铱/膦组合催化，并由肼和1,3-二烯促进。酮普遍存在于原料化学品、天然产物和药物中，本文报道的方法可能为合成复杂生物活性分子提供思路……[论文详细信息]

【Geoscience-地球科学】Deep electrical imaging of the ultraslow-spreading Mohns Ridge

超低速传播大西洋中脊深部电子成像

图片来源： NTNU

（导读过泽远）大洋中脊慢速扩张相关控制因素尚不清楚。本文结合受控源电磁和大地电磁资料建立了超低速扩散大西洋中脊深度120km的电磁联合反演模型。结果显示地幔上升流沿一狭窄、倾斜且强烈不对称的区域集中，与地表不对称隆升相吻合，可能反应缓慢不对称的板块移动，脊下薄洋壳可能取决于板块分离产生熔岩量决定洋壳厚度的模型……[论文详细信息]