2010年5月6日 Nature 主要内容

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封面故事： 交替剪接的预测, k( g% u: \+ {6 V7 G
Deciphering the splicing code& _5 C8 N* W) d
脊椎动物基因组的编码能力通过交替剪接大大增强，这使单个基因能够产生一个以上截然不同的蛋白。交替剪接决定遗传信息如何控制细胞过程，而很多人类疾病突变都影响剪接。能够从基因组序列数据预测不同交替剪接的信使RNA的表达，是基因表达领域人们所长期追寻的一个目标。多伦多大学Frey 和 Blencowe实验室合作开发出一种“剪接代码”，它能准确预测数百个RNA特征是怎样协同工作来调控数千个外显子依赖于组织的交替剪接的。这个代码已被用来预测交替剪接在发育和神经过程中会怎样发挥重要作用，并且为了解剪接调控的机制提供了线索。该代码还被集成到了一个网络工具中，它使研究人员能够扫描未定性的外显子和内显子序列，预测依赖于组织的剪接模式。（Article p. 53; News & Views）封面图片：Brendan Frey; G2 x# B- f6 x6 Z3 r
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* Q) w; v# v% @' T应对感官刺激的神经编码（Neuronal coding）0 B0 I; u. }5 F
Olfactory pattern classification by discrete neuronal network states
; b2 p# P& Y, O; ^5 t5 s在对感官刺激做出反应时，大脑被认为会将这些刺激分成不相关联的认知类别，但其中所涉及的神经机制仍不清楚。Jörn Niessing 和 Rainer Friedrich通过利用双质子钙成像来监测曝露于各种不同浓度的一系列气味分子的斑马鱼嗅球中发射（激发）速度的变化情况，对这一现象进行了研究。在有一系列逐渐变化的气味存在的情况下，当从一种气味向另一种切换时，神经发射（激发）模式会发生突变。气味浓度的变化几乎没有影响。这些结果与关于神经回路的离散状态的“Attractor”网络模型（所预测的情况）是一致的，这些模型也许可以延伸到其他感觉及认知过程。（Article p. 47）
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超亮红外星系中分子氢来源另解（Thinking outside the galaxy）( \) {' Q7 Y3 `* _* p& j
H2 emission arises outside photodissociation regions in ultraluminous infrared galaxies
' h% t  l% {% _  ]  D9 I1 v" P: P( L斯皮策太空望远镜对超亮红外星系的观测结果表明，这些天体中分子氢（H2）的发射（经常被认为是恒星形成活动的一个指标）不是来自这些星系内隐埋的星暴活动，而是来自这些多尘中央区域的外边。这些星系是近域宇宙中最亮天体之一，被认为是由强烈恒星形成活动提供动力的。然而，由Nadia Zakamska获得的这些新的观测结果却指出了H2的另一个来源。Zakamska提出，H2发射是由周围物种中的振动产生的，它们是被与附近星系的相互作用激发的。（Letter p. 60）6 y4 J- l* g! r5 ^
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$ q: `9 U5 h" i! \6 N* p- e能够模仿肌肉的人造蛋白（Muscle mimickry）% z: ?. C; M4 Y* i
Designed biomaterials to mimic the mechanical properties of muscles/ L" @: ~( x3 p- G
Shanshan Lv等人将已经被研究得非常透彻的人造弹性蛋白GB1与节肢弹性蛋白（昆虫身上的一种蛋白）结合起来，生成了能够模仿肌联蛋白（一种主要控制肌肉的被动弹性性质的蛋白）的人造蛋白。这些新的人造蛋白集结构域和非结构域于一体，能够交联成固体。这样所产生的生物材料在受力较低时是有弹性的，在受力较高时是可以延展的和坚韧的，从而模仿肌肉的被动性质，并使其潜在适用于组织工程中，用作人造肌肉的骨架和基质。这是在单分子层面上通过工程方法对一种材料的宏观性质进行量体裁衣的一个例子。（Letter p. 69; News & Views）
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地球外核磁场强度的预测（Earth’s core strength）
2 F: z7 r0 O7 j9 c" h2 ^Fast torsional waves and strong magnetic field within the Earth’s core9 _; E! W; {$ {7 `/ t  p6 g
没有办法对处于流体状态的地球外核（它产生我们能够测量的磁场）内的磁场进行直接测量。计算内部磁场强度的间接方法所产生的结果是矛盾的。在为期60年的时间里对地球一天的长度所做的观察结果，被用来估计地球内部的磁场强度，所获得的估计值只有约0.2 毫特斯拉；而“地球发电机”数值模型所预测的结果却要比这个数字大一个数量级。现在，Nicolas Gillet 和 colleagues利用地核内液流模型解决了这一偏差。他们所关注的是“准地转振荡”中一个未能解释的峰，这个峰出现在6年左右的时间点上，它是由地核与其外面的固体地幔之间角动量的内部交流所产生的快速扭转波生成的。据此，他们估计外核磁场强度为大约4毫特斯拉，这个结果与“地球发电机”模拟所做预测是一致的。（Letter p. 74; News & Views）  g! p2 Q) Q/ L: K$ F, M
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防止mtDNA疾病在人类中传播的方法（mtDNA replacement）
) G% O% t# _% S( ^( q+ LPronuclear transfer in human embryos to prevent transmission of mitochondrial DNA disease4 q& e2 a* A$ z( }9 p% z" k
从母亲传给后代的线粒体DNA（mtDNA）突变是遗传疾病的一个常见原因，会造成神经、肌肉和心脏等方面的问题以及失聪和2-型糖尿病等。研究人员最近在非人灵长类动物中发现，核转移技术可防止它们传播。现在，“原理证明”工作被延伸到了人类胚胎（请参考相关News文章，网址：go.nature.com/xqgWXf）。英国纽卡斯尔大学一个多科系研究小组在人类合子（受精卵）之间进行了原核（前核）转移，并在试管中实现了向胚泡阶段的发育。供体合子mtDNA的转移是很少的，所以该方法有可能防止mtDNA疾病在人类中的传播。（Letter p. 82）
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果蝇用来检测水味道的受体（A taste for water）
( Q0 G: E. }8 \6 l0 T& u, [The molecular basis for water taste in Drosophila
- Y. f7 d* J% c1 N动物必须能够在它们环境中找到水才能生存，但它们是怎样做到这一点的却仍不清楚。现在，作为退化蛋白/上皮钠通道家族中一员的PPK28，被发现是果蝇的水味道受体。这个家族的其他蛋白已经被发现与机械刺激和盐刺激的检测有关。（Letter p. 91）
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用于治疗丙肝的新药（New drugs for hepatitis C）1 A  G7 L# g1 [( A. n" i
Chemical genetics strategy identifies an HCV NS5A inhibitor with a potent clinical effect
% k5 k( b$ a$ Z. v0 ^' N0 Q9 e临床上必需的用来治疗慢性丙肝病毒（HCV）感染的直接作用抗病毒药物的研制，一直主要以两种病毒酶的抑制因子为关注焦点，它们分别是蛋白酶NS3 和 NS5B（HCV复制所需要的一种依赖于RNA的RNA聚合酶）。BMS-790052（用化学遗传学方法确定为一种强效特异性HCV抑制因子）是没有已知酶活性的第三种病毒分子（即非结构性蛋白5A，简称为“NS5A”）的一个小分子抑制因子。来自“百时美施贵宝公司”的一个研究小组在本期Nature上报告了BMS-790052的发现及其病毒特征，披露了用这一化合物在正常的健康志愿者和HCV感染者中所进行的临床试验观察结果。这些临床结果确立了对HCV NS5A抑制作为一种临床相关机制的概念证明。试管试验数据表明（该药物）与已知的HCV抑制药物之间有协同作用效果，说明抗病毒药物的混配（即所谓的“鸡尾酒”方法）也许是一个可行的治疗方式。（Letter p. 96）
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+ h& U. d  r: G  c酵母细胞交配前的决策过程（Speed dating in yeast）
9 J) V' u9 Z1 s5 BThe scaffold protein Ste5 directly controls a switch-like mating decision in yeast
# Y: a0 x: v7 x% a5 v% e在交配前，一个酿酒酵母细胞必须在其附近检测表达大量某种性信息素的一个伙伴细胞。这个信息素检测系统涉及MAP激酶信号传导级联，而分泌最高浓度信息素的潜在伙伴就是被选择的交配对象。一项将实验和数学模拟相结合的研究工作表明，交配决策是一种所谓的“all-or-none”开关式响应：要使交配开始，酵母细胞周围的信息素必须达到一个临界浓度，而如果这个浓度达不到，酵母细胞将继续进行无性繁殖。这种决策的做出是很快的，在与一种信息素最初接触2分钟内就能完成。骨架蛋白Ste5（它在一个活性复合物中结合MAPK级联成分）是信息素的作用的直接调控因子。如果相似的超灵敏机制出现在哺乳动物信号作用通道中，它们面对导致疾病的突变也许会尤为脆弱，因此可能会被证明是重要的治疗目标。（Letter p. 101）
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植物能在黑暗中变绿之谜（Dark greening materials）
1 L" g6 R6 L3 C6 TX-ray crystal structure of the light-independent protochlorophyllide reductase! d' R; A; A4 C5 y
一些光合作用生物（例如松苗和其他裸子植物）能够在黑暗中变绿，这与豌豆等被子植物幼苗变绿对光的严格要求形成对比。这种“黑暗艺术”背后的酶是在黑暗中发挥作用的“原叶绿素酸脂（Pchlide）氧化还原酶”（DPOR），它催化Pchlide的C17-C18双键的立体选择性还原，生成叶绿素酸酯-a（叶绿素-a的直接前体）。现在，来自紫色光养菌Rhodobacter capsulatus的DPOR的NB-蛋白部分的晶体结构已被确定。该结构显示了Pchlide 的C17-C18双键还原反应的一个可能的化学机制。有趣的是，DPOR与众所周知的固氮酶相似，说明固氮的分子机制与在黑暗中产生叶绿素的分子机制之间存在一个密切的演化关系。（Letter p. 110）

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