三大Cell子刊盘点2015前沿技术成果

林辉

来源：生物通4 U0 L$ T3 I( U; a3 G% p

: n( y8 k. W2 ?1 a0 NCell出版社旗下Trends系列期刊近期集合了生命科学多个研究领域的多篇权威综述，介绍了近年来相关研究领域的最新技术进展及其点评，同时这也作为Trends Limited Editions的创刊内容。( G' r+ ]) j- y3 H
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12篇综述分属于Trends in Biochemical Sciences、Trends in Biotechnology，以及Trends in Pharmacological Sciences三份期刊，这种“技术工具箱”覆盖了多个领域科学应用的先进技术，比如如何最小化大量行为数据分析，利用FBDD促进药物靶标的研发等等。2 e: t( n5 z: T. W: w) x
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Process engineering of human pluripotent stem cells for clinical application
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) d4 L8 F1 @% E  K. H2 T7 G人类胚胎干细胞 (hPSCs)，包括来源自胚胎干细胞和诱导多能干细胞，都是目前细胞治疗非常具有潜力的技术主干。但是要构建大规模生产和可储存的胚胎干细胞，就需要建立严格控制条件，生产满足临床要求的高质量细胞，这一点并不容易。
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9 K( e+ ]4 O; }. K. e/ S8 M这篇综述探讨了人类胚胎干细胞生产的主要要素，并介绍了这个过程中环境因素的影响，新型三维培养技术，以及整合生物反应器方法。了解hPSC近年来的进展将有助于建立更好的生产平台，研发新型基于hPSC的细胞疗法。
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8 |$ }$ i/ P) W) i! q. BTDP-43: gumming up neurons throughprotein–protein andprotein–RNA interactions
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TDP-43是一个多功能的DNA和RNA结合蛋白，在细胞内的RNA转录、选择性剪接及mRNA稳定性调节等过程中发挥功能。在肌萎缩侧索硬化（ALS）和额颞叶变性（FTLD）病人脊髓或大脑受损区域的神经元和胶质细胞中，能检测到泛素化的蛋白质包涵体，TDP-43是其特征性成分。
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Semiconductor quantum dots for in vitro diagnostics and cellular imaging
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. a- }% v0 G  O: m* q; ]量子点，也就是一种可以发射荧光的半导体纳米微晶体，而半导体量子点（Semiconductor quantum dots）则是近年来研究得越来越多的一类纳米材料，在基础研究和临床应用上具有重要的价值。
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8 {/ S" I, R% |9 f5 j' T量子点作为荧光探针用于生物医学领域近年来已经取得了很大的进展 , 在很多方面显示出传统有机染料不可比拟的优势 , 但它们不会完全取代传统的荧光染料 . 研究表明 ,在需要更好的光稳定性、近红 外发射等条件时，半导体量子点材料将是十分有效的选择。2 v. Y5 _8 [3 @' Y. D7 S
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Behavioral barcoding in the cloud: embracing dataintensive digitalphenotyping in neuropharmacology9 j$ x. ]0 b8 [
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所谓神经药理学（neuropharmacology）是以神经系统解剖学、生理学、生物化学及病理学为基础，以防治神经精神病为目标，研究作用于神经系统的药物，以达到高效安全地合理用药和研制新药的交叉学科。
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Yeast two-hybridmethods and their applications in drug discovery9 i, g8 m! F$ l8 d
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酵母双杂交（Y2H）系统是采用将成对的蛋白质与一种转录因子的两部分相结合的方法来检测这些成对蛋白的相互作用的，这种方法初次报道于1989年。假如蛋白质结合在一起，转录因子就可重建，激活报告基因，促使酵母生长。
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之后由于泛素蛋白的发现，研究人员在酵母体内发展建立了基于细胞膜上的酵母双杂交方法，用来研究膜与膜蛋白或是膜与胞质蛋白的相互作用。而这在药物研发方面发挥了越来越重要的作用。
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基于膜上的酵母双杂交系统的运用可以直接用于阐明信号传导途径、离子通道、导致神经衰退的机制以及病毒与寄主蛋白的相互作用,通过该系统已经发现了大量在细胞调控中起关键作用的膜蛋白相互作用。4 O/ c( u4 U" T4 [
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Structure-based drug screening for G-protein-coupled receptors' @& K  Y. p" U8 G8 P4 w7 n
  
& [0 n; Q* T3 I) j7 \这篇文章是2012年诺贝尔化学奖得主Brian K. Kobilka的综述文章，Kobilka教授现任斯坦福大学医学院分子与细胞生理与医学系教授，也是Confometrx生物技术公司的奠基人之一，2011年当选美国国家科科学院院士。) B9 P# d( j! m% P
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Kobilka教授以GPCR（G蛋白偶联受体）结构生物学研究著称，曾在2007年与另外一位科学家Raymond C. Stevens，利用T4溶菌酶融合蛋白方法解析了第一个非视紫红质GPCR晶体结构：人β2肾上腺素受体，这篇发表在Sciene上的文章被引上千次，后来他还独立地通过抗体片段介导法解析了人β2肾上腺素受体的结构。4 o$ G: ~1 a$ S/ l) I3 ^2 g. U. D% c
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Kobilka教授在GPCR结构生物学方面的重要贡献曾入选2007年Science十大科学突破成果，除此之外，他还荣获过2004年的Javit神经科学探索奖。9 |3 T% c, J" D/ v! R0 X/ C
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这篇综述主要介绍了这一诺奖成果在药物筛选方面的作用。正常的细胞受体会发生正常的反应，错位了的细胞受体会发生错误的反应，疾病譬如癌症，G蛋白偶联受体传递的信号有一个正常的区间值，受体异常，则细胞会出现过度激活或抑制，癌细胞受体相比正常的细胞就会出现过度激活或抑制，以此开发出药物是通过作用于G蛋白偶联受体从而控制疾病。由此可有的放矢地开发出相应的药物来刺激受体，让细胞正常工作。# T0 l; ~; P( f9 _. u
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MultiBac: expanding the researchtoolbox for multiprotein complexes' P: G2 A! s) i2 p4 ^* q
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细胞中大多数蛋白质以亚基形式与其他蛋白装配成蛋白复合体而发挥功能 大分子蛋白复合物的结构研究和功能分析在后基因组时代成为热点，如何高效地获得多蛋白复合物是研究其功能和结构的前提 利用基因工程技术实现多个蛋白亚基在同一宿主细胞内共表达并装配成复合体是获得多蛋白复合物的有效手段 多基因表达系统在基础和应用研究中正起到越来越重要作用。
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8 G" O7 ?0 X1 p. E$ y' X6 h. pStructural dynamics of nucleosomes at single-molecule resolution
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在单分子技术出现之前，分子生物学实验结果往往只代表测量时间内大量分子的平均行为，而生物体系一般是不均一的体系。因此监测单个分子的行为具有重要的意义。当单个荧光基团 (fuores-cence fuorophore) 标记到目标分子后，它能在多方面去探测目标分子。比如通过荧光成像技术可以了解目标分子在细胞内的空间分布。2 j! X' H8 h; k+ R0 a; w2 a' l
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无论是在病毒还是在细胞中，DNA皆以紧密压缩的结构存在。比如，在真核细胞中，DNA缠绕在组蛋白周围形成核小体，并进一步凝聚成大家熟知的染色体结构。在哺乳动物精子中，DNA凝聚成更致密的面包圈状（toroid）结构。了解DNA这些紧密排列的结构，并分析它们形成的动力学过程，对认识DNA复制甚至繁殖等生命过程皆有重要的意义。尽管对DNA凝聚的研究有近半个世纪的历史，人们对其动力学仍然知之甚少。而利用单分子操纵技术，研究人员可以在体外模拟单个DNA分子的凝聚。
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这一方面国内的学者取得了不少成果，如中科院物理研究所李明研究员等在2006年用单分子磁镊研究了多价阳离子作用下DNA的凝聚动力学，利用施加于DNA上的张力使其凝聚速率降低，在有限的时间分辨率下发现了DNA的非连续凝聚行为，并揭示了张力对DNA凝聚动力学的影响。