2010年5月13日 Nature 主要内容

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（选自英国Nature杂志，2010年5月13日出版）8 b  Z5 ]* `, A

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封面故事：“伯吉斯页岩型”动物群落在早奥陶世地层被发现
2 R4 _' O& [9 [- C5 k% W# BOrdovician faunas of Burgess Shale type
* S& u  o/ M5 [加拿大卑诗省的伯吉斯页岩以含有各种各样软体动物化石而出名，这些动物来自寒武纪中期，距今约5.1亿年前，它们提供了一个了解早期海洋动物的窗口。现在，人们知道类似的动物来自相距非常远的不同地方，如中国和格陵兰，但过去有关证据似乎表明，这些动物在寒武纪中期灭绝了。实际上不是这样的。一种“伯吉斯页岩型”动物群落已在摩洛哥的Lower Fezouata 和Upper Fezouata构造中发现，其时间在距今约4.80亿-4.72亿年前的早奥陶世。 这种类型的动物在寒武纪之后显然还存在，之所以这样，既与软体化石保存机会有关，也同样与灭绝和存活有关。Fezouata生物区系为伯吉斯页岩群落和“奥陶系大规模生物多样化事件”（海洋生命史中最大事件之一，以前几乎全部由有壳类动物化石来代表）的早期阶段提供了一个联系。本期封面所示为来自Fezouata生物区系的一种marrellomorph节肢动物（很可能是Furca sp.）。（Letter p. 215）封面摄影：P. Van Roy。3 R7 ^4 M; G& ], c

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ES 和 iPS细胞中基因表达的比较（Key gene cluster in iPS cells）, {" p( Y. m6 V5 I
Aberrant silencing of imprinted genes on chromosome 12qF1 in mouse induced pluripotent stem cells
. J  I5 _7 h, ]iPS细胞（诱导多能干细胞）在多大程度上相当于胚胎干细胞（ES细胞）是一个并没有惟一答案的问题。一些研究报告称，与ES细胞相比，数百个基因在iPS细胞中异常表达，而iPS细胞能够通过四倍体胚胎互补生成全为iPS细胞的小鼠来满足关于发育潜力的最为严格的测试之一。为了用最少量的涉及因子来回答这一问题，Stadtfeld等人对在遗传上相同的小鼠ES 和 iPS细胞中的基因表达进行了比较。他们发现，mRNA 和 microRNA总体表达模式是无法区分的，少数转录体和少于20个由12qF1染色体上一个印记基因簇编码的microRNA除外。iPS细胞的发育潜力取决于基因在这个点上是被关闭（沉默）还是处于活跃状态。（Article p. 175）4 f, U! k" z- I1 W2 f
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& v: U) Q% s! G9 I/ v起积极调控作用的增强子（Activity-regulated enhancers）+ s2 N0 k. N% Z5 R4 x; I3 w- Q$ E
Widespread transcription at neuronal activity-regulated enhancers
* n$ ^% ?  q- A, x9 k. T调控蛋白与非编码DNA结合，这个非编码DNA要么接近于某个启动子上的一个基因的mRNA转录启动点，要么远离它、而存在于染色体上的一个增强子上。增强子通过帮助将RNA聚合酶吸引到启动子来发挥作用。现在，对超过1万个增强子（它们对神经元中的电活动产生响应）所做的一项全基因组测序研究表明，调控过程也将聚合酶带给增强子本身，在此它们转录非编码RNA。这种“增强子RNA”（eRNA）合成现象只发生在积极促使从一个启动子来合成mRNA的增强子上。这些结果表明，至少在大脑中，增强子在调控基因表达中所起的“类似启动子的”作用要比人们以前所认为的更积极。（Article p. 182; News & Views）
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( q9 s& i8 x$ ~& H8 @/ w. {白矮星的确是可靠的星系计时器（The ‘white dwarf’ clock reset）
( z0 D+ u" }! E/ a5 WA white dwarf cooling age of 8 Gyr for NGC 6791 from physical separation processes
! D, k3 _' u, t6 x$ H. o白矮星是恒星演化的最常见终点，所以它们传递关于一个星系结构和演化（如其年龄）的重要信息。NGC 6791是一个富含金属的疏散星团，它离我们非常近，以至于亮度非常低的白矮星都可以拍摄到。由根据其主星序星的“关闭”年龄所确定的它的年龄估计约为80亿年，但“白矮星亮度”年龄（反映白矮星冷却序列的终止）约为60亿年。这一明显偏差为白矮星作为星系计时器的可靠性蒙上了疑云。一个可能的解释是，由于白矮星温度低，随氦的燃烧所产生的“氖-22”会沉入恒星内部，造成“碳-12”和“氧-16”的结晶和相分离，延缓冷却。Garcia-Berro等人利用对整个白矮星演化过程的数值模拟发现，物理分离的确发生在NGC 6791的核心中。这证实了该星团年龄的确为80亿年，也恢复了白矮星作为可靠计时器的声誉。（Letter p. 194）
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' a  j. a1 E( p  f8 [' l在分子尺度上工作的纳米机器人（Nanobots on the move）
* R% M1 I0 `: }% ?! e$ p& {; j' C+ @. _A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line / Molecular robots guided by prescriptive landscapes
& ~5 I# e) Y/ s8 H" P" e两个小组报告了在研制能够在分子尺度上做有用工作的可编程“纳米机器人”方面所取得的显著进展。较大的机器人需要一个记忆装置来存放指令，但这些小机器人却是从它们环境中的分子接受指令的。两个体系都利用了最近几年开发出的两个重要DNA模块：一个是沿DNA轨道行走的DNA“行走者”；另一个是“DNA折纸”。Gu等人演示了一个微型组装线，它能通过将三种不同类型的金纳米颗粒结合起来制造8种可能的复合物。一个“DNA折纸”砖是这个生产线的框架和轨道，一个有三只手、四只脚的“DNA行走者”沿这个轨道行走，生成最终产品，其方式是：在它通过三种不同的载货DNA机器时将所收集的金纳米颗粒连接起来。Lund等人演示的纳米机器人是蜘蛛形状的DNA“行走者”，它们能在一个二维“DNA折纸”景观中感应和改动基质分子轨道，这个景观通过编程来让“行走者”执行诸如“开始”、“跟随”、“转弯”和“停止”等动作。（Letters pp. 202. 206; News & Views）
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没有证据表明过去1200万年全球侵蚀或风化速度增加（Rapid weathering a non-event）( N9 T  ]6 e; m* W% o, n5 H# l6 k. D
Long-term stability of global erosion rates and weathering during late-Cenozoic cooling
, B! W" y$ }) {+ @0 V0 V" `有关研究报告指出，关于侵蚀的地质记录表明，在过去500万年全球沉积速度增加了4倍。我们值得对这些报告做了一个全球性的解释。人们所提供的解释包括造山运动和全球变冷速度的增加。现在，Jane Willenbring 和Friedhelm von Blanckenburg重新分析了原始数据，并利用关于铍同位素比的海洋记录，来获取过去侵蚀速度和岩石风化的一个间接测量结果。关于过去1200万年全球侵蚀速度的增加或风化材料的突增他们都没有发现明确证据。他们提出，新生代全球变冷一定有其他原因，而的确出现的造山运动对全球侵蚀或风化通量几乎没有影响。（Letter p. 211: News & Views）
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6 R+ ~. [6 y$ b6 A' l, l“普遍共同祖先”观点得到进一步证实（One big family）! v4 i- e: G- z' F! Y, D
A formal test of the theory of universal common ancestry
& Q/ r+ E) z( `0 Q“普遍共同祖先”是说所有陆地生命在基因上都是相关联的，用达尔文的话说就是，都来自某种“温暖的小池塘”。这种观点已成为现代进化论的中心思想。关于“普遍共同祖先”的经典证据很多，但大都是定性的，而且该理论也很少接受正式的、定量的验证。“普遍共同祖先”观点（简称“UCA观点”）因很多生物中大量横向基因转移的存在而受到质疑。Douglas Theobald将“UCA观点”称之为一个正式假设，并利用对普遍保守蛋白的序列所做的Bayesian统计分析对其进行了验证，同时还将所获得的结果与其他模型（在这些模型中，基因相似性并不被假设能够反映系统发生上的相关性）进行了对比。最后的结果是，“UCA观点”胜出：生命的单一起源的可能性要远远大于任何其他假设。（Letter p. 219; News & Views）
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OPTN基因在ALS疾病中的突变（Optineurin defects in ALS）) k& [* C* x% k! s2 ^/ P( C9 C
Mutations of optineurin in amyotrophic lateral sclerosis* ]! y  ^  J( K0 e6 p
运动神经元疾病“肌萎缩性脊髓侧索硬化”（ALS）大约10%的病例是家族型的，但迄今所识别出的少量突变只占这些病例的20-30%左右。现在，对来自携带ALS的家族的个体所做的一项新的研究，识别出了OPTN基因（编码视神经蛋白的基因）三种不同的、以前未知的突变。OPTN早先被报道是罕见家族型青光眼的致病基因。视神经蛋白抑制调控蛋白NF-κB的激发的能力在这些突变体中丢失了，说明NF-κB抑制因子在ALS治疗中也许有用。（Letter p. 223）
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* ^; ~3 z2 F' l( A. I) U# B更有效的肿瘤抗原（Stronger tumour antigens）
8 ^' g  L; x$ D" b! qInduction of tumour immunity by targeted inhibition of nonsense-mediated mRNA decay3 C0 \* d" S% X' l4 |9 D' h
与病原体的抗原不同的是，肿瘤抗原倾向于引起弱免疫反应，与自体抗原相当。因此，获得有效癌症疫苗的一个可能途径是，识别更强效的、广泛表达的肿瘤抗原。Pastor等人提出另一种方式，在其中，新的、因而也是强效的抗原在肿瘤中原位表达，从而使得扩散的肿瘤病灶（从免疫学上来讲）更像病原体。这一策略利用定向的siRNA来抑制“无义介导的mRNA衰变”，它刺激新抗原的产生及其随后被免疫系统的排斥。以肿瘤为目标的定向输送受与siRNA相联系的寡核苷酸适配子调控。这种方法的临床可行性曾在小鼠模型中进行了演示，在该演示中它比常用免疫方法更为有效。（Letter p. 227）6 z& |# b; P; g* F& e2 \  Z+ f: X# b
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5 \' ~/ {" w. f7 V蜘蛛丝蛋白的结构（Spider silk’s dual identity）
0 u% j$ w" j3 L7 tSelf-assembly of spider silk proteins is controlled by a pH-sensitive relay / A conserved spider silk domain acts as a molecular switch that controls fibre assembly
& m, s; f) T9 z/ M很多蛋白在高浓度时都形成纤维状结构，但蜘蛛网蛋白（有高度重复片段，侧面为非重复性末端区域）却有不同行为。它们在存放于高浓度时具有非常好的可溶性，但可根据需要转化成极为坚固的纤维。使这一点成为可能的分子机制尚不清楚，但本期Nature上两篇结构研究论文提供了新线索。Askarieh等人发表了来自一种名为“Euprosthenops australis”的织网蜘蛛的一个拖丝蛋白“蜘蛛丝蛋白”的N-端区域的1.7 Å X-射线晶体结构。该结构显示了这种高度保守的区域何以能够通过防止蜘蛛丝蛋白的过早积累、以及通过在pH值降低时沿蜘蛛丝伸出管触发聚合反应来调控蜘蛛丝的组装。Hagn等人确定了来自常见园蛛科蜘蛛“Araneus diadematus”的拖丝蛋白“丝心蛋白-3”的C-端NR区域的溶液结构。他们观察到了该蛋白的存储和组装形式之间由化学或机械刺激激发的一个构形切换。（Letters pp. 236, 239）