Nature 一周论文导读 | 2019 年 2 月 14 日

审校：小象 小勺 水村山郭 访冬 小锅 大头

制版：阿金

生物学

Biology

Discrete attractor dynamics underlies persistent activity in the frontal cortex

离散吸引动力学是额叶皮层持续活动的基础

Hidehiko K. Inagaki, Lorenzo Fontolan, Sandro Romani & Karel Svoboda

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0919-7

（导读 页一）短期记忆将时间上分离的事件联系起来，与缓慢的神经动力学有关。在一项需要短期记忆的延迟反应任务中，小鼠前外侧运动皮层(ALM)的神经元显示出持续的活动来，并指导未来的行动。我们将细胞内和细胞外电生理学与光遗传扰动和网络模型相结合，证明在延迟期，ALM神经元的活动朝着与特定运动方向相应的离散端点移动。扰动偶尔会将这种群体动态转移到另一个端点，随后出现不正确的行为。我们的结果表明，短期记忆背后的离散吸引子动力学与运动规划相关。

Abstract

CasX enzymes comprise a distinct family of RNA-guided genome editors

CasX酶组成一族不同的的RNA指导的基因组编辑蛋白

Eva Nogales, Jennifer A. Doudna, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0908-x

（导读 Chen^W^J）RNA指导的CRISPR相关（Cas）蛋白Cas9和Cas12a对入侵核酸产生适应性免疫，作为基因组编辑工具广泛应用于多种生物。本研究发现全新RNA指导基因组编辑平台CRISPR-CasX，它通过独特结构与可编程的双链DNA结合和切割，对大肠杆菌和人类基因组修饰具有活性。冷冻电镜解析了CasX与指导RNA和双链DNA底物结合后 8种不同状态的结构，揭示了广泛的RNA支架和一个结构域是DNA解旋所必需的。

Abstract

Ultra-large library docking for discovering new chemotypes

用于发现新化学型的超大型分子对接文库

Brian K. Shoichet, Bryan L. Roth, John J. Irwin, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0917-9

图片来源：nature.com

（导读 MQ）由于现有分子对接文库构建方法的局限性，基于虚拟结构的对接技术常具有发现假阳性或诱饵分子的风险。本文研究了130个具明显特征的反应产生的1.7亿个化合物，通过化合物的结构对接，构建了一个含有超过1070万个化学骨架的分子对接文库，通过各化合物与AMPCβ-内酰胺酶（AMPC）和D4多巴胺受体的模拟对接，得到了一种目前最有效非共价AMPC抑制剂，并预测出建立的对接文库含有453,000个D4多巴胺受体配体。

Abstract

Interleukin-22 protects intestinal stem cells against genotoxic stress

白细胞介素-22保护肠干细胞免受基因毒性应激 

Konrad Gronke, Andreas Diefenbach, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0899-7

（导读 王思菲）上皮干细胞通过DNA损伤应答（DDR）来维持基因组完整性，避免恶性转化和肿瘤发生。本研究发现3型固有淋巴细胞（ILC3）和γδ T细胞分泌的白介素-22（IL-22）是肠上皮干细胞DDR机制的重要调节因子。IL-22受体部分缺失的小鼠模型提示接触致癌物质的干细胞无法进行DDR控制的凋亡，导致突变累积并更易发生结肠癌。十字花科植物存在的一种物质可以通过与芳烃受体（AhR）结合，诱导ILC3及γδ T细胞分泌IL-22并驱动DDR，以达保护肠上皮干细胞基因完整性的目的。

Abstract

The CH25H–CYP7B1–RORα axis of cholesterol metabolism regulates osteoarthritis

胆固醇代谢的CH25H-CYP7B1-RORα轴调节骨关节炎

Je-Hwang Ryu, Jang-Soo Chun, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0920-1

（导读 阿金）骨关节炎是最常见的与衰老相关的退行性全关节疾病，目前尚不清楚其发病的分子机制。本研究表明软骨细胞中的胆固醇代谢CH25H–CYP7B1–RORα轴是关键的代谢分解调节因素。小鼠关节组织模型中CH25H 或者 CYP7B1的腺病毒过度表达引发实验条件下的骨关节炎，而敲除这些羟化酶则消除发病源。该结果表明骨关节炎与代谢紊乱相关，为进一步靶向治疗提供新方案。

Abstract

Viral and metazoan poxins are cGAMP-specific nucleases that restrict cGAS–STING signalling

病毒性毒素和后生动物毒素是限制cGAS-STING信号传导的cGAMP特异性核酸酶

James B. Eaglesham, Youdong Pan, Thomas S. Kupper & Philip J. Kranzusch 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0928-6

（导读 阿金）细胞溶质DNA通过激活环鸟苷酸-腺苷酸合成酶（cGAS）、制造出环状二核苷酸第二信使2′,3′-cGAMP来触发先天免疫反应。本研究开发了一套生化筛选方法分析24种哺乳病毒，识别出痘病毒免疫核酸酶（poxins）是2′,3′-cGAMP降解酶家族的一员，能够切割2′,3′-cGAMP限制STING依赖性信号传导。该结果对poxins做出鉴定并展示了病毒如何逃过先天免疫的机制。

Abstract

PKG1-modified TSC2 regulates mTORC1 activity to counter adverse cardiac stress

PKG1修饰的TSC2调节mTORC1活性以对抗不良心脏压力

Mark J. Ranek, David A. Kass, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0895-y

图片来源：Medicine Matters - Johns Hopkins Medicine

（导读 阿金）mTORC1调节生长、代谢、蛋白合成以及自噬，但其过度活化导致许多器官疾病。本研究表明小鼠和人源模型TSC2两个相邻丝氨酸残基的磷酸化或者功能获得或缺失性突变可双向控制生长因子或血液动力学应力刺激下的mTORC1活性，从而调节细胞生长和自噬。但mTORC1的基础活性保持不变。该研究结果为双向调控mTORC1活性幅度提供有效的基因工具。

Abstract

Anti-tumour immunity controlled through mRNA m⁶A methylation and YTHDF1 in dendritic cells

通过树突状细胞中的mRNA m⁶A 甲基化和YTHDF1控制抗肿瘤免疫

Dali Han, Meng Michelle Xu,Chuan He, et al. 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0916-x

（导读 王思菲）肿瘤新抗原能产生自发性抗肿瘤免疫应答并预测对免疫疗法的临床反应，但由于无法引起足够且持久的抗肿瘤免疫应答，鲜少达到完全清除肿瘤的目标。本研究发现新抗原特异性免疫维持受m⁶A结合蛋白YTHDF1介导的m⁶A甲基化调节。Ythdf1缺陷小鼠抗肿瘤抗原特异性CD8阳性T细胞反应较强，其经典树突状细胞的交叉递呈肿瘤抗原和交叉致敏CD8阳性T细胞的能力增强，且PD-L1阻断疗法的疗效更好。提示YTHDF1是抗癌免疫疗法的一个潜在靶标。

Abstract

Heterozygous mutations cause genetic instability in a yeast model of cancer evolution

癌症进化的酵母模型中杂合突变造成遗传不稳定性

Miguel C. Coelho, Ricardo M. Pinto & Andrew W. Murray 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0887-y

（导读 郭怿暄/过泽远）遗传不稳定性是遗传突变的速率出现可遗传性增长。本文利用重复的、强选择性的环境来促进酵母二倍体的遗传不稳定性并分离出点突变，基因重组，染色体丢失的克隆体；发现导致单倍体基因失活的突变比改变基因拷贝功能的突变更加常见。突变集中在转运，蛋白质质控和DNA代谢的相关基因，少数突变发生在与人类癌症有关的同源基因中，可能导致遗传不稳定。

Abstract

FOXK1 and FOXK2 regulate aerobic glycolysis

FOXK1和FOXK2调控有氧糖酵解

Valentina Sukonina, Sven Enerbäck, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0900-5

（导读 郭怿暄/过泽远）细胞适应其基本营养物的机制尚不明确。本研究发现饥饿诱导的FOXK1和FOXK2通过上调酶诱导有氧糖酵解，同时通过增强丙酮酸脱氢酶1和4的活性及抑制丙酮酸脱氢酶磷酸酶1催化亚基，导致E1α磷酸化升高，从而抑制丙酮酸在线粒体中进一步氧化，使丙酮酸还原为乳酸。抑制FOXK1和FOXK2出现相反表型。该发现表明FOXK1和/或FOXK2是细胞代谢重编程、诱导有氧糖酵解的重要调节因子。

Abstract

天文学

Astronomy

【封面故事】Observations of fast radio bursts at frequencies down to 400 megahertz

在低至400兆赫兹的频率下观察快速射电暴 

The CHIME/FRB Collaboration

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0867-7

图片来源：Universe Today

（导读 刘奇）迄今无线电低于700兆赫下未发现可能位于银河系外的快速射电暴（FRBs）。本文报告了在CHIME上使用CHIME/FRB探测到无线电频率低至400兆赫的13个FRBs。FRBs显示出不同的散射行为，大多数可检测到色散，另一些在最低频率时测量不确定度内明显无色射。研究样本整体散射特性表明，FRBs更可能位于比银河系中弥散星际介质更强烈的散射无线电波环境中。

Abstract

A second source of repeating fast radio bursts

快速射电暴重复信号的第二来源

The CHIME/FRB Collaboration

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0864-x

（导读 阿金）第一个重复快速射电暴（FRB）信源FRB121102，排除了该信源突变事件的模型，但至今没有探测到重复的FRB，说明该重复信号的稀有性。本研究报道了探测到来自FRB 180814.J0422+ 73的六个重复信号。这些重复信号与其在空中单一位置的起源一致，具有相同的色散度量，约为189秒差距/立方厘米。该结果表明灵敏的射电望远镜将会发现潜在的大量的重复FRB。

Abstract

其他

【Ecology-生态】Convergent estimates of marine nitrogen fixation

收敛估算海洋固氮

Wei-Lei Wang, J. Keith Moore, Adam C. Martiny & François W. Primeau 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0911-2

（导读 页一）全球海洋固氮模式的不确定性限制了我们理解海洋氮循环和碳循环对环境变化的响应。本文中，我们使用逆向生物地球化学和海洋预测的模型对固氮进行收敛估计。我们的结果表明，产出的有机物中的氮磷比随空间变化很大，这大大提高了全球固氮率。我们发现，由微生物作用的新固定氮的产生和外部输入占亚热带环流碳排放的50%。氮源和氮汇在过去几十年中似乎是平衡的。此外，研究结果表明，海洋生物碳排放高于预期，而稳定氮循环反馈比预期的要弱。

Abstract

【Physics-物理】Near-field photonic cooling through control of the chemical potential of photons

通过控制光子的化学势来进行近场光子冷却

Edgar Meyhofer, Pramod Reddy, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0918-8

（导读  页一）物质的光子冷却能获得尚未探索的物质状态和开发固态制冷的新方法。本研究通过使用特制的纳米量热器和光电二极管实现了在不用激光的情况下进行光子冷却。量热器的固态冷却可通过光子隧道效应与抑制光电二极管的光子发射相结合的方式来实现。本研究展示的主动式纳米光子冷却，为系统地探索应用于固态制冷和芯片器件冷却的纳米光子学和光电子学奠定了实验基础。

Abstract

【Chemistry-化学】Mapping orbital changes upon electron transfer with tunnelling microscopy on insulators

用隧道显微镜在绝缘体上绘制电子转移时的轨道变化

Laerte L. Patera, Fabian Queck, Philipp Scheuerer & Jascha Repp 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0910-3

（导读 MQ）原子力显微镜（AFM）可在绝缘体上获得单分子的结构和静电信息，但却不能获取其电子态。本研究利用在AFM的振荡针尖上加一个同步电压脉冲，来控制导电针尖与衬底间的隧穿电子，实现了在非导电衬底上进行隧穿实验，并绘制出孤立分子随其氧化还原态变化的轨道结构。该方法将有助于在亚埃分辨率下研究复杂的氧化还原反应和充电相关的现象。

Abstract

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