2018年8月Science期刊精华

图片来自Science期刊。

1.Science:重大进展!开发出比标准的免疫萤光成像技术更好的细胞分析方法

doi:10.1126/science.aar7042

在一项新的研究中,来自瑞士苏黎世大学(UZH)的研究人员开发出一种分析细胞及其组分的新方法,即叠代间接免疫萤光成像(iterativeindirectimmunofluorescenceimaging,

4i)。这种创新性的方法极大地改进了生物医学中使用的标准免疫萤光成像技术,并为临床医生提供来自每个样本的大量数据。4i使得在从组织到细胞器的不同水平下同时观察至少40种蛋白及其修饰在数十万个细胞中的同一个细胞内的空间分布成为可能 。相关研究结果发表在2018年8月3日的Science期刊上,论文标题为「Multiplexedproteinmapslinksubcellular

organizationtocellularstates」。

论文第一作者、苏黎世大学分子生命科学研究所博士后研究员GabrieleGut说 ,「4i是首个为我们提供在从组织到细胞器的不同水平下对生物样品进行多重观察的成像技术。我们能够首次将同一实验中在组织、细胞和亚细胞水平上获得的多重信息相关联在一起。」

免疫萤光(Immunofluorescence,IF)使用抗体可视化观察和定位生物样品中的蛋白。尽管标准的IF方法通常对三种蛋白进行标记,但是4i使用现成的抗体和常规的萤光显微镜通过叠代杂交和移除样品中的抗体来可视化观察十倍以上的蛋白。Gut

解释道,「想像一下细胞生物学家是记者。每个实验都是我们对细胞的採访。对传统的IF而言,我能够提出三个问题,但是对4i而言,我能够讨论40多个话题 。」

一旦获得这些大量数据,就必须对它们进行分析---这是这些研究人员面临的下一个难题。「我们通过10个通道在10多种处理条件下获得数千个细胞的亚细胞解析度图片。人眼和大脑无法处理4i收集的复杂生物数据。」

为了充分利用4i数据,Gut开发出一种新的用于可视化观察和分析的电脑程式,即多重蛋白图谱(multiplexedproteinmap)。它从数百万个像素中提取出多重萤光信号,并产生细胞中抽象但有代表性的多重蛋白分布图谱。

因此,这些研究人员能够对细胞景观(cellularlandscape)进行系统性调查:他们成功地可视化观察大多数哺乳动物细胞器在细胞周期中和不同环境下的细胞内空间分布。

2.Science:探究团体领导力的基础

doi:10.1126/science.aat0036;doi:10.1126/science.aau5392

团体领导力是至关重要的,几乎渗透到社会的各个方面。领导力研究很少使用计算建模或神经成像技术来研究领导力形成的机制或神经生物学基础。MicahG.Edelson等人从经验和理论上发现,领导力的形成取决于元认知过程(metacognitiveprocess)。表现出较少的「责任规避」的个人具有较高的领导力得分。一种将信号检测理论与前景理论(prospect

theory)相结合的计算模型提供了对这种偏好的机制上的理解。神经影像学实验展示了关键的理论概念是如何编码在大脑网络的活动和连通性中的,其中这个大脑网络包括内侧前额叶皮层(medialprefrontalcortex)、颞上回(superiortemporalgyrus)、颞部顶骨连接部位(temporalparietaljunction)和前脑岛(anterior

insula)。

3.Science:探究微生物群落形成

doi:10.1126/science.aat1168

在自然条件下,细菌形成混合的相互作用的群落。理解这些群落如何形成和保持稳定在各种环境(从生物技术应用到我们的肠道)中都很重要。JoshuaE.Goldford等人从含有数百至数千个序列变体的土壤和植物中採集微生物群落。在低浓度的单一碳源培养后,这些微生物能够传代,并与彼此的代谢产物进行交叉培养;随后,利用16S

rRNA对获得的微生物群落进行测序,并且对这些结果进行数学建模。在稳定的条件下存活下来的微生物物种混合物可重复地聚集以反映实验实施的条件而不是最初接种的微生物物种混合物。

4.Science:探究植物的复杂性状变异

doi:10.1126/science.aat5760

自然环境变化可导致物种内的个体经历不同的选择参数。植物猴面花(Mimulusguttatus)群体受当地水分供应和夏季干旱的影响。这导致种子结实的数量(由植物大小确定)与繁殖时间之间形成选择性权衡。Ashley

Troth等人通过187株猴面花植物进行测序和表型分析,鑑定出与植物大小、花朵大小和快速开花相关的遗传变异。通过对野生的猴面花群体开展3年以上的调查,选择幅度的变化依赖于降雨模式。因此,选择变化可能维持这种物种的遗传变异。

5.Science:揭示一个控制植物干细胞增殖的机制

doi:10.1126/science.aar8638

在植物的茎尖分生组织(shootapicalmeristem)中,恰当数量的干细胞产生稳定的细胞供应,用于形成分化的组织。如果干细胞太少,那么植物就不能够生长。如果干细胞太多了,那么生长就会失去控制 。YunZhou等人分析了对干细胞增殖的控制。他们发现蛋白HAIRY

MERISTEM确定了一个WUSCHEL(WUS)不能起作用的区域,但是在这个区域之外,WUS能够自由地促进干细胞增殖。

6.Science:解析出一种线粒体钙单向转运蛋白的三维结构

doi:10.1126/science.aar4056

保持细胞质和线粒体之间的正确钙离子浓度平衡对细胞生理学是必不可少的。一种被称作称线粒体钙单向转运蛋白(mitochondrialcalciumuniporter,MCU)的钙离子选择性通道介导钙离子进入线粒体。JihoYoo等人报导了来自粗糙脉孢菌(Neurospora

crassa)的MCU的高解析度结构。这个离子通道由四个MCU原体形成,其中每个MCU原体在可溶性结构域和膜结构域之间具有不同的对称性 。这种结构与诱变一起表明这个离子通道内的两个酸性环提供了对钙离子的选择性。

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