Nature雜誌3月必看的重磅級亮點研究

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轉眼間，3月份即將結束了，在即將過去的3月里Nature雜誌有哪些亮點研究值得我們去學習呢？小編對此進行了整理，與各位一起學習。

【1】Nature：令人震驚！肺部也能造血！

doi：10.1038/nature21706

在一項新的研究中，通過在活的小鼠肺部使用視頻顯微鏡，來自美國加州大學舊金山分校和加州大學洛杉磯分校的研究人員揭示出肺部在血液產生中發揮著一種之前未被識別出的作用。他們發現肺部產生小鼠血液循環中的一半以上的血小板，即形成止血的凝塊所需的血液組分。在另一項令人吃驚的發現中，他們還在小鼠肺部中鑒定出一種之前未知的造血幹細胞庫，當骨髓中的造血幹細胞耗盡時，肺部中的這些造血幹細胞能夠恢復血液產生。在此之前，人們認為骨髓中的造血幹細胞是血液產生的主要場所。相關研究結果於2017年3月22日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoietic progenitors」。

論文通信作者、加州大學舊金山分校醫學教授和實驗室醫學教授、肺臟學家Mark R. Looney博士說，「這些發現明確地提示著肺部具有更加複雜的作用：它不僅用於呼吸，而且也在血液的重要組分形成中發揮著一種至為重要的作用。我們在小鼠體內觀察到的結果提示著肺部可能也在人體的血液形成中發揮著一種關鍵性的作用。」

這些發現可能對理解血小板減少症（thrombocytopenia）產生重大的影響。血小板減少症影響著上百萬人，而且增加危險性不受控制出血的風險。這些發現也對肺部中的造血幹細胞如何可能影響肺部移植受者提出問題。

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【2】Nature：重磅！發現CD4 T細胞HIV病毒庫的標誌物---CD32a

doi：10.1038/nature21710

在一項新的研究中，法國研究人員發現一種方法能夠在服用抗HIV藥物的人體內精確地找到給人類免疫缺陷病毒（HIV）提供藏身之所的仍未得到充分理解的白細胞。相關研究結果於2017年3月15日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「CD32a is a marker of a CD4 T-cell HIV reservoir harbouring replication-competent proviruses」。

為了能夠觀察和有朝一日中和HIV，這些「病毒庫」細胞長期以來是努力根除獲得性免疫缺陷綜合征（AIDS）和導致它的HIV病毒的最高目標。

法國國家科學研究中心（CNRS）說，這一發現「為更好地理解病毒庫」鋪平道路。

CNRS在聲明中補充道，「就長期而言，它應當導致人們開發出旨在清除這種潛伏病毒的治療策略。」

當前沒有治癒HIV感染的方法，而且被感染者不得不終生服用病毒抑製藥物。

【3】Nature：重磅！科學家發現能夠「馴化」人類基因組的特殊蛋白

doi：10.1038/nature21683

近日，一項刊登在國際雜誌Nature上的研究報告中，來自洛桑聯邦理工大學的研究人員對一個龐大且神秘的人類蛋白質家族進行了一項基因組和進化研究，從而發現這些蛋白質或許能夠調節人類基因組中數百萬個轉座子元件，相關研究也揭示了一個大型的物種特異性基因調節網路，該基因調節網路或許會影響人類機體生物學機制、健康和疾病等。

人類基因組中包含有數百萬個來自於轉座子元件中的序列，這種轉座子遺傳單元能夠在機體基因組中不斷「跳躍」，長期以來研究人員都認為轉座子是基因組中的垃圾DNA，如今他們卻發現，轉座子能夠影響多個基因的表達，然而研究者並不清楚轉座子調節基因表達的範圍和程度；這項研究中，研究人員就首次對350個人類蛋白組成的蛋白家族進行了廣泛性的研究，結果發現，這些蛋白質能夠同轉座子之間建立一種複雜的相互作用機制從而創造出大型的人類特異性基因調節網路，同時研究者還追蹤了上述蛋白的進化歷時，這就為遺傳學和藥物開發等相關領域的研究提供了一種新的視野。

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【4】Nature：「蛋白爭奪戰」或有望幫助科學家開發出抗癌新療法

doi：10.1038/nature21705

最近，來自斯克利普斯研究所（TSRI）的研究人員通過研究發現，在兩種明顯不同的蛋白質進行相互競爭的時候，其中一種蛋白質總會勝出，而其每次都會「聲稱」自己具有一種細胞結合靶點，這種蛋白質讓研究人員非常著迷，因為其會誘發癌細胞死亡，這或許就能夠幫助研究人員開發出潛在的抗癌藥物，相關研究刊登於國際雜誌Nature上。

一項令人困惑的發現

包括癌細胞在內的人類細胞會激活一系列基因的表達，從而就會使得細胞在缺失氧氣攜帶的血液供給時進入一種「生存模式」（survival mode），當名為HIF1α的蛋白同CBP蛋白的部分結構TAZ1結合時這種細胞生存模式就會開啟；當然細胞也會關閉這種模式，為了關閉對低氧狀態的缺氧反應，當氧氣水平回歸至正常時，名為CITED2的蛋白質就會同TAZ1結合。作為一種固有無序蛋白(intrinsically disordered proteins)，HIF1α和CITED2並不會自身摺疊形成穩定結構，相反，蛋白的結構域會維持成為一種無組織的狀態，從而就能夠改變構象將其擠入TAZ1的合適結合位點。

【5】Nature：重大發現！來自骨骼中的激素或可抑制機體的食慾

doi：10.1038/nature21697

近日，來自美國哥倫比亞大學醫學中心（Columbia University Medical Center）的研究人員通過研究發現，骨細胞中分泌的一種激素能夠抑制機體的食慾，這種名為脂質運載蛋白2的激素能夠開啟大腦中特定神經元的表達，相關研究刊登於國際雜誌Nature上，而此前研究人員發現這種類型的神經元和食慾抑制之間存在一定關聯。

本文研究中研究人員揭示了一種調節機體能量平衡的未知機制，同時也為他們開發新型靶向性療法來治療肥胖、2型糖尿病和其它代謝性疾病提供了新的線索。研究者Stavroula Kousteni說道，近年來我們研究發現，骨骼是一種內分泌器官，其能夠產生特殊激素，影響大腦發育、葡萄糖平衡、腎臟功能以及男性的生育力，而本文研究中我們又發現了骨骼激素的新功能，即其能夠抑制食慾，這或許就為我們開發治療代謝性疾病的新療法提供了新的希望。

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【6】Nature：發現自噬是造血幹細胞返老還童的關鍵

doi：10.1038/nature21388

在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校的研究人員發現一種在血液系統和免疫系統衰老中起著關鍵作用的分子過程，從而可能為發現一種延緩或逆轉不斷增加的衰老相關的慢性炎性疾病、貧血症、血癌和危及生命的感染的風險的方法提供希望。相關研究結果於2017年3月1日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Autophagy maintains the metabolism and function of young and old stem cells」。

關鍵在於在發育早期產生的一群罕見的成體幹細胞（即造血幹細胞，負責在一生當中補充所有的血細胞類型）與一種新鑒定出的自噬作用存在關聯。自噬是一種重要的細胞清除和回收過程。

在這項新的研究中，這些研究人員發現除了自噬在細胞的廢物處理中存在的正常作用之外，它也是有序維持造血幹細胞（HSC）所必需的。作為一種成體幹細胞，HSC產生攜帶氧氣的紅細胞，阻止出血的血小板，以及完整的免疫系統。免疫系統抵抗感染和清除病原體。

【7】Nature：重磅！首次解析出細胞核骨架的三維分子結構

doi：10.1038/nature21382

在一項新的研究中，來自瑞士、美國和以色列的研究人員利用三維電子顯微技術首次成功地在分子解析度上闡明細胞核的核纖層（lamina）結構。這個核骨架（即核纖層）讓高等真核生物中的細胞核保持穩定，並且參與遺傳物質組裝、激活和複製。肌肉萎縮症和過早衰老等疾病是由編碼核纖層蛋白（lamin）的基因發生突變導致的。如今，人們能夠更加高效地研究這些疾病。核纖層蛋白是核纖層的主要組分。相關研究結果於2017年3月1日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「The molecular architecture of lamins in somatic cells」。

與細菌相比，在真核生物中，遺傳物質位於細胞核中。細胞核的外層是由核膜組成的。核膜含有很多核孔。分子通過這些核孔進出細胞核。在核膜下方是核纖層。核纖層是細長的網路結構，僅幾納米厚。它讓細胞核保持穩定，並且讓細胞核中的DNA免受外面的影響。再者，核纖層在細胞核內發生的至關重要的過程（如染色體組裝，基因激活，以及細胞分裂之前的遺傳物質複製）中起著關鍵性的作用。

【8】Nature：挑戰常規！很多人lncRNA實際上可能是有功能的

doi：10.1038/nature21374

儘管人們之前認為基因幾乎完全是通過先轉錄為編碼性的RNA再翻譯為蛋白來調節生物學功能，但是如今，這種情形更加複雜。事實上，探究基因與疾病之間存在關聯性的研究已證實大多數疾病變異體是在蛋白編碼基因的外面發現的。

由來自日本、新加坡、英國、紐西蘭、美國、西班牙、沙烏地阿拉伯、俄羅斯、澳大利亞、德國和瑞典的研究人員組成的一個FANTOM聯盟（FANTOM consortium）在過去十多年來開創性地發現非編碼RNA（ncRNA），首次揭示出哺乳動物基因組轉錄譜的複雜性。FANTOM聯盟繼續位於針對ncRNA起源和功能的研究的前沿。

在一項新的研究中，FANTOM聯盟產生一種完整的人長鏈非編碼RNA（lncRNA）圖譜，而且這種圖譜具有顯著改進的基因模型，從而允許他們更好地評估這些lncRNA的多樣性和功能。如今，大多數繪製RNA轉錄圖譜的努力依賴於並不總是準確地鑒定出這些RNA轉錄本5』端的測序技術。為了克服這種局限性，FANTOM聯盟利用一種被稱作基因表達加帽分析（Cap Analysis of Gene Expression， CAGE）的技術構建出具有準確5』端的人lncRNA圖譜，從而準確地查明它們的轉錄是在基因組中的何處起始的。

【9】Nature：重大突破！繪製出基因組三維圖譜

doi：10.1038/nature21411

細胞面臨著艱巨的任務。它們不得不熟練地將幾米長的遺傳物質塞進僅長5微米的細胞核中。這種摺紙術讓基因和它們的調節區域發生空間相互作用，從而能夠影響人類健康和疾病。如今，一個國家研究小組開發出一種強大的新技術來繪製整個基因組的三維圖譜。相關研究結果於2017年3月8日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Complex multi-enhancer contacts captured by genome architecture mapping」。

基因經激活後產生RNA和蛋白，然後當這些分子不再需要時，就會再次被關閉。基因和它的調節區域都是DNA序列，它們可能在線性的基因組中相隔較遠的距離。這就給細胞帶來挑戰，這是因為這些區域通常需要接觸才能夠激活基因。

它也給試圖理解生物學上的一個重要問題的科學家們帶來困難：細胞如何決定哪些基因應當被激活，何時被激活？這種答案部分上依賴於將每個基因與它的調節序列進行匹配。但是DNA鏈太薄而不能夠在顯微鏡下追蹤它們，而且即便能夠開展這種追蹤，人們也需應付細胞核中的大量DNA。

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【10】Nature發現人體最早的基因突變，揭秘機體形成之謎！

DOI：10.1038/nature21703

來自桑格研究員的研究人員及其合作者已經發現了人體最早的基因突變。通過分析成年細胞基因組，科學家們能夠追溯每個胚胎髮育的方式。這項研究發表在Nature上，表明人體胚胎在兩個細胞的時期，其中一個細胞變得更強大，並形成了更大部分成年人體機體。

對研究人員而言一個長期存在的問題就是胚胎髮育最早期發生了什麼，因為科學家幾乎不可能直接研究這個過程。現在研究人員分析了來自279名乳腺癌患者的血液樣品中的全基因組測序結果，發現了163個發生在這些人胚胎髮育早期的基因突變。

鑒定出這些基因突變之後，研究人員使用第一代、二代和三代胚胎細胞的基因突變去計算胚胎的兩個細胞形成了機體的哪些部分，結果發現最初的兩個細胞對機體的貢獻不同：一個細胞組成了機體的70%，另一個細胞的貢獻只有30%。這種對機體組成貢獻上的差異在第二、三代細胞中也存在。（生物谷Bioon.com）