Science 一周论文导读

审校 小锅 棒冰 邓卓 山村水郭 咖喱 小勺 紫苏 书牧 制版 阿金 生物学 Biology Reconstitution and visualization of HIV-1 capsid-dependent replication and integration in vitro HIV-1衣壳依赖性复制和整合的体外重

审校 小锅 棒冰 邓卓 山村水郭 咖喱 小勺 紫苏 书牧

制版 阿金

生物学

Biology

Reconstitution and visualization of HIV-1 capsid-dependent replication and integration in vitro

HIV-1衣壳依赖性复制和整合的体外重建和可视化

图片来源：de24.news

（导读 郭怿暄）HIV-1进入宿主细胞后，将其RNA基因组逆转录为双链DNA并整合到宿主细胞染色体中，对该过程的原位研究受到技术限制。本研究在无细胞系统中对该过程进行重建和成像，观察到了HIV-1核心从透性化病毒体中释放、衣壳依赖的逆转录产生双链DNA、病毒DNA两端同时整合到靶质粒中等一系列过程。这一重建系统揭示了衣壳在模板复制中的作用。[相关报道：HIV研究迎来重要进展！最新《科学》揭示衣壳的重要作用]

Conformational states dynamically populated by a kinase determine its function

激酶动态积聚的构象状态决定其功能

（导读 阿金）蛋白质激酶可表现为具有不同催化活性的不同构象。本研究使用核磁共振技术，在原子尺度下描绘了Abl激酶在一种活性构象和两种失活构象之间的转换。这些结果揭示了构象转换的调控机制，以及致癌突变是如何导致激酶组成性激活的。本研究还探索了伊马替尼抗药性形成的机制，并为设计选择性抑制剂提供帮助。[论文详细信息]

Coupling of NMDA receptors and TRPM4 guides discovery of unconventional neuroprotectants

NMDA受体和TRPM4偶联引领非常规神经保护剂的发现

（导读 阿金）NMDA受体诱导的兴奋性毒性被认为与胞内高钙负载量相关。然而NMDAR介导的毒性不依赖NMDAR钙信号，而是需要NMDARs和TRPM4的物理偶联。本研究利用复合物中TRPM4与NMDAR互作的界面进行进行计算机药物筛选，发现一些能破坏NMDAR/TRPM4复合物但不影响NMDAR诱导钙信号的小分子。这些NMDAR/TRPM4界面抑制剂极大减少了NMDA引发的毒性和线粒体功能障碍，有潜力应用于人类神经退行性疾病的治疗。[论文详细信息]

Neutrophilic inflammation in the respiratory mucosa predisposes to RSV infection

呼吸道粘膜中的中性粒细胞炎症使机体对RSV易感

（导读 郭怿暄）本研究对58名志愿者给予呼吸道合胞病毒（RSV），57%出现感染。研究发现病毒暴露前粘膜中性粒细胞的激活对有症状RSV疾病有高度预测性。感染者在产生症状前粘膜IL-17A和其他介质的快速减少；未感染者则激活IL-17和肿瘤坏死因子相关通路。该过程可在趋化因子驱动的中性粒细胞气道召集的小鼠模型中复现，表明粘膜中性粒细胞炎症提高机体暴露RSV时的易感性。[论文详细信息]

In situ structural analysis of SARS-CoV-2 spike reveals flexibility mediated by three hinges

SARS-CoV-2刺突蛋白的原位结构分析揭示三个铰链使其获得灵活性

（导读 阿金）本研究结合低温电子断层扫描、子断层扫描图平均化和分子动态模拟，对SARS-CoV-2刺突蛋白S进行原位结构分析，发现相比重组S蛋白糖基化修饰更多，且多处于关闭的融合前构象。S蛋白的茎结构域含三个铰链结构，使头部具有定向自由度，在S蛋白扫描宿主细胞表面时通过外覆的大量多糖阻挡抗体侵袭。该结构解析结果有助于进一步理解新冠病毒感染的机制，助力安全疫苗的研发。[论文详细信息]

The mole genome reveals regulatory rearrangements associated with adaptive intersexuality

鼹鼠基因组揭示了与适应性雌雄间性有关的调节性重排

图片来源：CC0 Public

（导读 郭怿暄）雌性鼹鼠会发育出雄性化的卵睾体。本研究结合伊比利亚鼹鼠的染色体级基因组组合及转录组，表观遗传和染色体相互作用数据集，找到改变基因调节格局的重排，进而产生独特的性腺表达模式。其中包括调控雄性激素合成的CYP17A1的三重串联，及促睾丸生长因子FGF9的染色体内倒位。敲入鼹鼠CYP17A1增强子或过表达FGF9的转基因小鼠可复现鼹鼠的性特征。[相关报道：既能怀胎又能产睾丸素！Science揭示“雌雄同体”的进化起源]

Cryo-EM with sub–1 Å specimen movement

样品移动低于1Å的冷冻电镜技术

（导读 阿金）冷冻电镜成像过程中，样品的移动会导致信息丢失。本研究表明，样品移动的原因是冰层的屈曲和变形，其程度取决于支撑薄网上冰水层的形状。在此基础上，研究者设计了一种可以消除屈曲的样品支撑方案，将电子束诱导的颗粒移动减少至1Å以下。该方案有助于提高高分辨率成像的速度，并减少所需的样品量。[论文详细信息]

WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells

WUSCHEL触发植物干细胞的先天抗病毒免疫

（导读 阿金）本研究揭示了拟南芥茎顶端分生组织及其新分化的子代细胞如何抑制黄瓜花叶病毒（CMV）感染。干细胞调控因子WUSCHEL响应CMV感染，阻止病毒在分生组织核心和外周区域内的聚积，通过抑制植物S-腺苷-L-甲硫氨酸依赖的甲基转移酶表达抑制病毒蛋白质合成。该结果揭示了植物干细胞对抗病毒入侵的保守机制，为WUSCHEL介导的广谱先天抗病毒免疫提供分子基础。[论文详细信息]

Influenza vaccine–induced human bone marrow plasma cells decline within a year after vaccination

流感疫苗诱导人骨髓浆细胞在接种后一年内减少

（导读 王思菲）理想的通用流感疫苗能对多种流感病毒株产生长期免疫保护力，而长效抗体的水平由骨髓浆细胞（BMPCs）维持。本研究检测流感疫苗接种后BMPCs的产生和维持。接种季节性灭活流感疫苗后4周，流感病毒特异性BMPCs数量增加，但一年后恢复到接种前水平。该结果提示成人接种流感疫苗产生的BMPCs仅提供短期保护，因此长效性是未来流感疫苗的关键挑战。[相关报道：接种一年后，流感疫苗产生的免疫细胞几近消失]

MHC class II transactivator CIITA induces cell resistance to Ebola virus and SARS-like coronaviruses

MHC II反式激活因子CIITA诱导细胞对埃博拉病毒和类SARS冠状病毒的抵抗力

（导读 王思菲）埃博拉病毒（EBOV）及新冠病毒（SARS-CoV-2）的爆发暴露目前对阻断病毒感染的细胞机制了解不足。本研究发现主要组织相容性复合体Ⅱ类反式激活因子（CIITA）具有抗EBOV的活性。CIITA通过激活CD74恒定链p41亚型的表达，阻断组织蛋白酶介导的Ebola糖蛋白加工进而阻止病毒进入。CD74 p41能阻断SARS-CoV-2等冠状病毒通过内体进入细胞的途径。研究结果提示CIITA及CD74在宿主抗病毒防御机制中的角色。[论文详细信息]

Alternating sequences of future and past behavior encoded within hippocampal theta oscillations

在海马θ振荡内编码未来和过去行为交替序列

（导读 阿金）神经网络有能力将前序活动模式转变成倒序回顾序列，但其转变机制尚不清楚。本研究发现，在主动导航过程中，大鼠海马CA1位置细胞群自然组织起来，在单个θ振荡内产生独立的前序和倒序序列。θ波相位进动发生在一小批位置细胞中，其中许多在θ振荡中表现出两种发射相位，随后有偏好地进行倒序回放。研究发现解释了基于θ振荡的海马编码过程的新情况，为倒序序列表达提供一种生物机制。[论文详细信息]

材料科学

Materials Science

Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage

具有构筑界面的黑磷复合材料，可用于大容量快充锂电池

图片来源：SHI Qianhui, DONG Yihan and LIANG Yan

（导读 阿金）快充锂离子电池能在几分钟内充电完毕，可支持全电动汽车续航350英里（约563公里）。本研究用黑磷（BP）作为大容量快充锂离子电池的活性负极。与石墨碳形成共价键可在层状BP颗粒中保持边缘重构，产生稳定的固体-电解质界面，抑制导电不良的氟化锂和碳酸盐的生长。该负极材料具有高容量、快速充电且循环耐用等优势。[论文详细信息]

The heterogeneity of persistent slip band nucleation and evolution in metals at the micrometer scale

金属中微米尺度驻留滑移带形核和演化的异质性

（导读 阿金）金属的疲劳损伤表现为在断裂开始并扩散之后不可逆转的位错运动，而驻留滑移带（PSBs）是从无裂纹到有裂纹过程中的明显特征。本研究使用原位微疲劳实验研究PSB的形成和演变机制，发现PSB普遍表现在微米尺度上，其位错积聚速度要比体块样品中的慢。结果表明需要精细化金属的PSB和裂纹初始模型，从而了解其渐进式异质演变过程。[论文详细信息]

Clean 2D superconductivity in a bulk van der Waals superlattice

块体范德华超晶格中的纯净二维超导性

（导读 阿金）提升材料质量可以改进低维超导性，除了小部分有机材料，几乎没有纯净的二维超导体。本研究研发出一种块体超晶格，包含过渡金属二硫化氢（TMD）超导体2H-二硫化铌（2H-NbS2）和相称的阻挡层，可产生更高的二维性、电子质量以及纯净的无机二维超导性。该材料结构可扩展形成独特的材料家族用于二维超导体、拓扑绝缘体和基于TMD的激子系统。[论文详细信息]

其他

【Physics-物理】Spacetime from bits

通过“bits”体系描述时空

（导读 阿金）在量子引力的反德西特/共形场论中，一些引力量子理论的时空几何与引力的状态物理被编码到非引力系统的量子态中。本研究证明，可以使用置于高度纠缠态中的任意大型非相互作用系统（bits）来替代这一非引力系统。该构架表明时空几何由量子引力的基本自由度之间的纠缠产生，而去除纠缠就等同于破坏时空。该设定还揭示编码时空的纠缠态可以用某种张量网络来表示。[论文详细信息]

【Chemistry-化学】Electro-inductive effect: Electrodes as functional groups with tunable electronic properties

电感应效应：电极作为可谐调电子特性的官能团

（导读 阿金）本研究将携带硫醇基团的分子固定在金电极，代替产生不同电感效应的官能团。在施加不同电压之后，能够调谐固定分子的特性。此外，当芳基卤化物底物固定在金电极上时，同样施加电压可改变铃木-宫浦交叉偶联反应速度。最后，在加入碳二酰亚胺偶联试剂与引入胺之间施加电压并进行切换有助于羧酸酰胺化的两步反应。[论文详细信息]

【Ecology-生态】Increased extinction in the emergence of novel ecological communities

新型生态群落的出现加剧了物种的灭绝

（导读 紫苏）环境变化正在将生态装配转变为新的结构，并产生新的群落。本文开发了一种稳健的方法来检测新型群落，判断涌现的模式，并量化在向新型群落和从新型群落过渡时候种群人口统计学的数据。利用新生代海洋浮游生物群落的全球数据集，研究发现在向新型群落过渡的过程中，当地灭绝、起源和迁移的概率是背景群落变化的2-4倍。新群落虽然罕见，但出现概率是群落转变成另一状态的5倍。新型群落对进一步灭绝和重大群落变化很敏感。[论文详细信息]

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