Nature一周论文导读|2021年11月18日

审校 小勺 访冬 小象

制版 阿金

Biology

Cardiopharyngeal deconstruction and ancestral tunicate sessility

心咽解构和原始被囊动物的固着

（导读 阿金）被囊动物演化的核心问题是成年海鞘固着生活的起源，以及尾海鞘纲完全自由的生活方式是原始还是衍生状态。本研究发现尾海鞘纲动物经历了大量原始心咽基因和亚功能的丧失，导致被囊动物心咽基因调控网络中两个原始模块的解构，包括虹吸肌的逐步退化，从而改变了原本的固着生活方式。结果还暗示这一解构与加速的心脏发生相关。[论文详细信息]

MC3R links nutritional state to childhood growth and the timing of puberty

MC3R将营养状态与儿童成长和青春期时间联系起来

（导读 郭怿暄）本研究发现黑素皮质素3受体（MC3R）调控性成熟时间、线性生长率和瘦体重的增加。失去功能的MC3R突变导致人青春期开始更晚，线性生长和瘦体重降低，血液中IGF1水平降低。缺乏Mc3r的小鼠性成熟延迟，繁殖周期长度对营养干扰不敏感。Mc3r表达在调控繁殖和生长的下丘脑神经元中富集，表达水平在出生后的发育中增加。该结果表明黑素皮质素通路中MC4R调控能量获得和保留，MC3R调控能量在生长、瘦体重和性成熟时间的分配。[论文详细信息]

Linking hippocampal multiplexed tuning, Hebbian plasticity and navigation

连接海马多通路调谐、赫布可塑性和导航

（导读 阿金）海马功能的三大方面包括空间导航、赫布突触可塑性和空间选择性。本研究报告小鼠仅使用远端视觉线索执行虚拟导航任务时背侧海马CA1区神经元的多通路选择性。神经应答主要编码从出发点和小鼠头部角度的通路距离。神经元活性和调谐强度与任务表现密切相关，其时间关系揭示了神经应答和所影响的行为之间的相互关系。该结果揭示了海马神经元的多通路复用性，并表现出高度可塑性、依赖任务和经验协调通路中心与分配中心变量，形成情景序列支持导航。[论文详细信息]

The orbitofrontal cortex maps future navigational goals

眶额叶皮层映射未来导航目标

（导读 阿金）精准导航需要预估当下位置和目标位置之间的空间关系。本研究描述了小鼠眶额叶皮层（OFC）的神经元活动，在导航过程中形成始终指向后续目标位置的空间表征。在导航起始之前就已出现目标位置编码，OFC中的目标表征通过目标特异性神经元集群动态变化保持不变。结果表明OFC是大脑内部目标映射图的一部分，帮助动物实现精准导航。[论文详细信息]

Temporal controls over inter-areal cortical projection neuron fate diversity

区域间皮层投射神经元命运多样性的时间控制

（导读 阿金）新皮层区域之间的相互连接是感觉整合和感觉运动转变的关键。本研究结合MAPseq测序和单细胞RNA测序技术，集中于初级体感皮层神经元（S1），比较了运动皮层投射（M→）区域间皮层投射神经元（ICPN）与次级体感皮层投射（S2→）ICPN，确定SOX11是M→与S2→ICPN过程中时间差异表达转录因子。最终结果表明基因表达水平的差异可能导致皮层神经元中类型多样性。[论文详细信息]

Fc-engineered antibody therapeutics with improved anti-SARS-CoV-2 efficacy

抗新冠病毒效力改良的Fc工程化抗体疗法

（导读 阿金）本研究报告研发并评估了一类抗新冠病毒（SARS-CoV-2）单克隆抗体，其中Fc结构域得到优化，表现出预防以及治疗新冠肺炎的更高效果。通过动物疾病模型，选择性激活 Fcγ 受体可提高效果，更好地预防以及治疗疾病诱导的体重减轻，降低死亡率。同时也显著减少全面保护病毒攻击的剂量。该结果强调了Fcγ受体通路驱动抗体介导的抗病毒免疫的重要作用。[论文详细信息]

B cell-derived GABA elicits IL-10⁺ macrophages to limit anti-tumour immunity

B细胞衍生的GABA引发IL-10⁺巨噬细胞以限制抗肿瘤免疫

（导读 一晴）小分子可溶代谢物不仅是细胞内各种生化过程的中间体，也能释放到细胞外环境影响相邻细胞。本研究证实代谢物和神经递质GABA作为潜在的信号分子，由活化的B细胞和浆细胞合成和分泌。B细胞来源的GABA能促进单核细胞分化为抗炎巨噬细胞。B细胞缺乏或特异性灭活B细胞中GABA产生酶可以增强抗肿瘤反应。研究表明来自B细胞的小代谢产物具有免疫调节功能，可能作为调节免疫反应的药物靶点。[相关报道：小分子代谢产物也“跨界”？看GABA如何调控免疫反应]

Cross-HLA targeting of intracellular oncoproteins with peptide-centric CARs

使用以肽为中心的 CAR交叉HLA靶向细胞内肿瘤蛋白

（导读 阿金）大部分肿瘤驱动因子是细胞内蛋白质。本研究表明成神经细胞瘤免疫多肽组富含肿瘤发生必需的蛋白肽，并研发出以肽为中心的嵌合抗原受体（CARs）重点靶向发现于抗原HLA-A*24：02的未突变肽QYNPIRTTF。经计算建模发现PHOX2B肽中心CARs还能识别HLA-A*23:01和高度分化的HLA-B*14:02表征的QYNPIRTTF。所有数据表明肽中心CARs有潜力扩大免疫疗法靶标库，包括非免疫性细胞内肿瘤蛋白。[相关报道：以肽为中心设计靶向胞内促癌蛋白的新型CARs]

Dietary palmitic acid promotes a prometastatic memory via Schwann cells

膳食棕榈酸通过雪旺细胞促进转移前记忆

（导读 一晴）脂肪酸摄取和代谢改变是肿瘤转移的特征，但是否所有饮食脂肪酸都参与这一过程尚未可知。研究发现，膳食棕榈酸(PA)，而不是油酸或亚油酸，促进小鼠口腔癌和黑素瘤的转移。其中PA诱导的转移前记忆需要脂肪酸转运体CD36，并与组蛋白H3赖氨酸4的三甲基化相关。而具有这种转移前记忆的基因主要刺激肿瘤内雪旺细胞和神经支配的神经信号。总之，饮食代谢物诱导稳定的转录和染色质变化，从而长期刺激转移，这一过程与肿瘤激活的雪旺细胞的再生状态有关。[相关报道：这种最常见的食用油，会促进癌细胞转移并增加扩散风险]

AKIRIN2 controls the nuclear import of proteasomes in vertebrates

AKIRIN2 控制脊椎动物蛋白酶体的核输入

（导读 阿金）蛋白质表达和翻转通过复杂的转录、转录后和翻译后机制调控。本研究基于时间调控的Cas9突变发生、细胞内免疫染色和荧光激活细胞分选展开CRISPR筛选分析，揭示了一个高度保守的蛋白质AKIRIN2，是核蛋白质降解的关键。AKIRINS形成同源二聚体，直接结合全组装20S蛋白酶体，介导核输入。该结果揭示了调控脊椎动物体内蛋白酶体核输入的重要通路。[论文详细信息]

Target site selection and remodelling by type V CRISPR-transposon systems

V型CRISPR转座子系统的靶标位点选择和重塑

（导读 阿金）经典的CRISPR-Cas系统提供针对移动遗传元件的适应性免疫。本研究报告Cas12k引导RNA靶标DNA复合物、来自蓝藻菌（Scytonema hofmanni）CRISPR相关转座子系统中结合DNA的聚合TnsC细丝的冷冻电镜结构。Cas12复合物结构揭示了复杂的RNA引导结构以及介导RNA引导识别DNA靶标的关键机制。而TnsC螺旋细丝组装体依赖ATP，同时伴随结合DNA双链的结构重组。该结果为理解CRISPR相关转座子提供重要信息。[相关报道：V型CRISPR相关转座系统的结构基础]

Architecture and assembly mechanism of native glycine receptors

天然甘氨酸受体的结构和组装机制

（导读 阿金）甘氨酸受体（GlyRs）形成氯渗透通道，在整个中枢神经系统中介导抑制信号的快速传导。本研究报告来自猪脊髓和脑干的天然GlyRs冷冻电镜结构，揭示了异构体受体及其4α:1β的亚基化学计量学结构。在异构五聚体中， β(+)–α(−) i界面结构不同于α(+)–α(−) 和α(+)–β(−)界面。而β-亚基包含苯丙氨酸残基。结构解析结果表明β-亚基打破受体对称性，改变离子通道的药理学机制。[论文详细信息]

Novel bile acid biosynthetic pathways are enriched in the microbiome of centenarians

百岁老人肠道微生物菌群中富含新胆汁酸生物合成途径

（导读 领研网）百岁以上老人不容易患和衰老相关的慢性病和感染性疾病。本研究分析了3组参与者：160名百岁老人，112名老年人和47名较年轻的人，结果发现百岁老人体内产生次级胆汁酸的微生物更加丰富。研究人员绘制出生产石胆酸衍生物isoalloLCA的途径，该物质能抑制小鼠体内艰难梭菌的生长。结果表示仍需进一步验证胆汁酸和长寿之间的关联。[相关报道：肠道微生物的代谢或关乎长寿]

Nucleation landscape of biomolecular condensates

生物细胞凝聚体的成核景观

（导读 领研网）细胞依靠其内部蛋白质进行各项生命活动。本研究发现细胞内蛋白质的成核过程类似于无机的气泡形成过程。由于细胞内环境处于高度动态和变化过程，研究人员调整经典成核理论中的两个重要参数，结合先进的蛋白质工具模拟细胞内部过程，最终精准预测蛋白质成核位置。该成果有助于在分子水平上实现对生物过程的量化和模拟。[相关报道：细胞内的结构是如何产生的]

A synthetic antibiotic class overcoming bacterial multidrug resistance

可对抗耐药菌的新型广谱抗生素

（导读 领研网）抗生素耐药菌的出现给医学和公共健康带来挑战。本研究报告合成一种新型抗生素iboxamycin。在小鼠模型中，iboxamycin可有效治疗革兰氏阴性和革兰氏阳性耐药菌感染。具体来说，该抗生素可让甲基化的核糖体核苷酸移位，从而暴露出药物结合位点。该发现结果有助于研发对抗耐药菌的广谱抗生素。[相关报道：克服细菌耐药问题，一种新型合成抗生素或将成为耐药菌“克星”！]

Physics

Observation of Stark many-body localization without disorder

观测Stark多体无无序局域化

（导读 阿金）在孤立量子多体系统中，热化现象普遍存在。本研究在离子俘获量子模拟器中实现Stark多体局域化（MBL），并展示其关键特征，即热化停止和相关性缓慢传播。此外，通过工程化变化梯度，还创造出长时间热化和非热化区域共存的无无序系统。该结果证明MBL的普遍性，揭示了热化的基本要求和在非平衡量子物质中的应用潜力。[论文详细信息]

Measuring phonon dispersion at an interface

测量界面声子色散

（导读 阿金）异质界面处平移对称性的破缺导致局限于界面处的新声子模式的出现。本研究使用四维电子能量损失谱学技术，直接测量了外延立方氮化硼/金刚石异质界面的局域振动谱和界面声子散射关系。观测到局限于界面处的模式与孤立于界面的模式，这些现象只出现在界面处约一纳米的范围内。该结果为理解异质界面处的晶格动力学提供新见解。[相关报道：北大4D-EELS揭示界面晶格动力学]

Approaching the intrinsic exciton physics limit in two-dimensional semiconductor diodes

二维半导体二极管中实现本征激子物理学极限

（导读 阿金）二维半导体因自身独特的光物理特性引起了广泛的研究兴趣。本研究使用具有最小界面无序度的范德华接触，抑制了接触诱导的肖克莱里德霍尔复合，在二维半导体二极管中实现近本征的光物理决定器件性能。由于激子-俄歇电荷复合的增加，激子寿命从电荷中性状态下的800皮秒显著降低到高掺杂密度下的50皮秒。该结果强调了二维半导体本征光物理学可用于创造更高效的光电器件。[相关报道：段镶锋，又一篇Nature：2D半导体二极管中实现光物理控制的器件性能]

In-orbit demonstration of an iodine electric propulsion system

碘动力航天器在轨测试

（导读 领研网）航天探测器中推进器的关键系统之一，目前主流的推进剂氙气资源稀少，需要加压储存，且商业成本高。本研究首次完成碘动力航天器的在轨测试，通过卫星追踪数据证实碘电推进可实现比氙气更高效的电离化，以及推进系统的极端小型化。该成果有望加快航天业对替代推进剂的接纳，并展现了碘在航天任务中的应用潜力。[论文详细信息]

【Materials-材料】Exploding and weeping ceramics

爆炸性崩解并“渗出”的陶瓷

（导读 阿金）系统调谐晶体超晶格参数，可增强不同相位间的动力学兼容性，从而提升固相转变可逆性。本研究发现当调谐到近完美的动态兼容性时，反而出现异常高的不可逆性。冷却动力学兼容的陶瓷材料(Zr/Hf)O2(YNb)O4，多晶在晶界处缓慢且稳定破裂（命名为渗出过程），甚至发生爆炸性崩裂。而当调整晶格参数满足更强的“等距”条件，材料表现出低滞后的可逆行为。该结果展现了化学均质陶瓷材料的行为多样性。[论文详细信息]

【化学】Isolation and characterization of a californium metallocene

锎茂金属的分离和表征

（导读 阿金）锎(Cf)是目前微克级别上制得的最重元素。本研究合成并表征了一种二茂型锎配合物[Cf(C5Me4H)2Cl2K(OEt2)]n，并解析了锎金属与配体间的成键作用，发现Cf-C键以离子键特征为主，共价键成分很少。与镧系类似物[Dy(C5Me4H)2Cl2K(OEt2)]n中Dy 4f轨道相比，Cf 5f轨道能量更低，从而出现橙色Cf络合物，与典型的淡绿色Cf络合物形成鲜明对比。[论文详细信息]

【Geoscience-地球科学】Widespread changes in surface temperature persistence under climate change

气候变化下表面温度持久性的广泛变化

（导读 郭怿暄）气候变化会伴随表面温度的广泛改变，但表面温度持久性是否变化尚不清楚。本研究基于4种不同地球系统模型的150次模拟以及具有不同放射过程和大规模动态变化的简化模型，对21世纪以来表面温度对气候改变的反应进行深度调查。结果气候变化模拟显示表面温度持久性的广泛变化，其中海洋区域变化最为稳健。[论文详细信息]