2015年01月15日《自然》杂志精选

来源：生物360   发布者：张荐辕   日期：2015-01-16  

封面故事：昆虫的行为并不简单 本期封面图片所示为带回射标记的蜻蜓在捕捉一只苍蝇。灵长类和其他脊椎动物利用内部模式来控制和预测它们动作的后果，但无脊椎动物过去则被认为基本上依靠反射。在利用运动捕捉(motion capture)来跟踪正在捕捉飞行中的猎物的蜻蜓的头部和身体运动所做的一项研究中，Anthony Leonardo 及同事演示了在一个昆虫中以前没有看到过的行为复杂性。这只蜻蜓的头部从下面接近，锁定到其目标上，同时其身体进行迂回，来与猎物的飞行路径保持一致，并缩短与猎物的距离。蜻蜓并不是以反应方式来产生这些导向动作的，也就是所并不是只对猎物运动的变化做出反应，而是同时采用反应性和预测性控制方式。这些预测可以解释猎物的运动和蜻蜓自己身体的运动，也与由身体内部模式产生运动的推断相一致。昆虫神经系统可供进行实验研究的这种特性，再加上蜻蜓的承重能力，使得研究人员能够对关于运动控制的这些普遍原理进行详细的力学解析。封面：Igor Siwanowicz & Huai-Ti Lin。（doi: 10.1038/nature14045 & doi: 10.1038/nature14078） 撒哈拉以南非洲的基因变异 “非洲人基因组变异项目”(AGVP)正在收集关于非洲人基因组结构的数据，以便为非洲的遗传病研究提供一个中心资源库。该项目目前已收集到了来自整个撒哈拉以南非洲地区1,481人的致密基因型和320人的全基因组序列。利用这些数据，Manjinder Sandhu及同事识别出了正在发生选择的新位点，其中包括与疟疾和高血压相关的位点。他们发现，现代“填补板”(imputation panel)能够在不同族群高度差异化的位点上识别关联信号(association signal)。他们演示了全基因组序列在进一步提高填补准确性方面的用途。另外，他们还描述了能够捕捉到非洲常见基因变异的首个高效基因型阵列设计。（doi: 10.1038/nature13997 & doi: 10.1038/nature14077） CEACAM1与TIM-3的相互作用 T-细胞调控是由若干种抑制性细胞表面分子如“T-细胞免疫球蛋白域和粘蛋白域-3”(TIM-3)介导的，后者是癌症免疫疗法的一个可能目标，此前曾被报告在由肿瘤诱导的免疫抑制中充当一个免疫检查点。然而，TIM-3诱导抗药性的配体此前尚未被发现，而且TIM-3在某些情况下还可能具有激发功能。这项研究发现，“癌胚抗原细胞粘附分子1”(CAECAM1)是鼠科动物TIM-3的异嗜性配体，是TIM-3介导抗药性和确保其达到最佳成熟度以及确保其细胞表面表达和调控功能等所需的。 CEACAM1和TIM-3的同时阻断导致抗肿瘤免疫反应增强，在小鼠结肠直肠癌模型中肿瘤的消除效果得到提高。（doi: 10.1038/nature13848） 一种ABC运输蛋白的8.2 Å分辨率的结构 “ATP-binding cassette” (ABC) 运输蛋白涉及若干种人类疾病，是一个重要药物目标。它是一种小型异寡聚蛋白，对结构生物学家构成挑战。Yifan Cheng及同事在这篇论文中报告了处在一个无核苷酸、面朝里的构形中的TmrAB (一种135 kDa的异二聚ABC运输蛋白)的8.2 Å分辨率的电子低温显微镜结构。该结构显示，这一ABC运输蛋白的胞质核苷酸结合域是相互接触的。与处于各种不同状态的其他ABC运输蛋白的结构所做比较显示，胞质核苷酸结合域在从面朝里构形向面朝外构形转变过程中发生滑移和转动。（doi: 10.1038/nature13872） 中枢神经系统中的味觉表征 各种味道(甜味、酸味、苦味、咸味和鲜味)是由舌头和上颚上专门的味觉受体细胞检测的，但这些信号是怎样被编码和传送给中枢神经系统的相关部分(味觉皮层)的却不清楚。Charles Zuker及同事利用在神经元中表达一个钙指示剂的转基因小鼠，表征了神经节神经元(味觉系统的第一个“神经站”)的调节特性。神经节神经元只对某些味道有反应，这为关于味觉系统中信息传输的“标线”(labelled line)模型提供了支持。（doi: 10.1038/nature13873） 固定的离子能够调节憎水性相互作用 所谓的憎水效应是很多众所周知的界面现象、胶体现象和生物物理现象的基础，其中包括土和水的不混容性以及水在非极性表面上的成珠现象。它是由水在非极性表面附近结构化造成的，但尽管我们了解简单系统中的憎水性相互作用，大多数与生物和技术相关的结构却是另一回事。这些更为复杂的系统以彼此之间距离非常近的非极性、极性和带电域的复杂模式为特征。现在，Derek Ma及同事发现，放置在一个非极性域附近的阳离子强烈调制其憎水性相互作用，其中一些阳离子使相互作用强度加倍，而另一些则会消除相互作用。该发现说明，除了用于优化分子识别或自聚集的成熟策略外，将带电基团人为置于憎水域附近的方法也可被用来调节驱动这种过程的憎水力。（doi: 10.1038/nature14018 & doi: 10.1038/517277a） HIV-1病毒库的分析 抗逆转录病毒疗法不能治愈HIV-1感染：尽管接受了药物治疗，但大部分患者体内仍有大量处于休眠状态的这种病毒，即存在病毒库。对从30位被HIV-1感染的患者(他们持续接受抗逆转录病毒治疗至少两年时间并且血浆中的HIV-1 RNA一直保持在检测不到的水平)分离出的免疫细胞所做的这项研究显示，这些病毒库以具有“细胞毒性T-淋巴细胞逃避突变”的病毒为主导。该发现表明，治疗性疫苗设计的未来方向也许需要关注怎样提升大范围的“细胞毒性T-淋巴细胞反应”。（doi: 10.1038/nature14053 & doi: 10.1038/nature14194） 形成非对称C-C键的一个新路径 这篇论文报告了用于C-C键的催化非对称合成的一个新的、广泛适用的方法，该方法填补了合成有机化学家“武器库”中一个长期存在的空白。非对称C-C键的形成，会在分子框架构建的同时产生手性分子单一对映异构体，从而为合成设计提供一个战略性的强大选择。该方法采用外消旋基质和烷基亲核试剂，利用一个由铜催化的动态非对称转变实现C-C键的形成。通过氢金属化从烯烃原位产生了有机金属试剂，并在温和的反应条件下生成了对映异构体浓度很高的产物。（doi: 10.1038/nature14089） 地球铀同位素的循环 Morten Andersen等人发现，下潜到地幔中的铀在同位素组成上应当是截然不同的，238U/235U比例较高，这是由含氧海洋底部的蚀变(alteration)过程造成的，而且“洋中脊”玄武岩也的确比整个地球拥有更高的238U/235U比例，从而证实上层地幔中铀的再循环普遍存在。虽然曾有人认为很多海岛玄武岩也含有一个循环过的成分，但本文作者发现，它们的铀同位素组成与整个地球的铀同位素组成相比并未受到扰动。这表明，海岛玄武岩中下潜的铀在距今6亿年前左右发生的完全海洋氧化之前从同位素组成上来讲并未被分馏，从而反映了“海岛玄武岩”这个来源更为古老。相比之下，“洋中脊”玄武岩的铀同位素组成则要求循环过的铀过去6亿年内在整个上层地幔中进行对流搅动。（doi: 10.1038/nature14062 & doi: 10.1038/517275a） 陨石球粒的形成 陨石球粒(多数陨石中所见的毫米大小的、曾经熔化的液滴)的起源是陨石学领域一个长期未解之谜。通过利用一个hydrocode模型和一个动态吸积模型来模拟原始行星撞击，Brandon Johnson等人发现，大规模吸积撞击在行星吸积的前500万年能产生大量毫米大小的熔化液滴，其数量大到足以解释所观察到的陨石球粒丰度。这一发现支持关于陨石球粒起源的撞击假说，也说明陨石是行星形成的一种副产品，而不是该过程中剩下来的建筑材料。

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