Nature一周论文导读｜2024年2月22日

原创 领研网 科研圈 2024-03-04 12:15 北京

审校 小勺 小象 小冰

制版 阿金

生物学

Biology

Converting an allocentric goal into an egocentric steering signal

将异我中心目标转变为自我中心转向信号

（导读 严冰冰）前人研究表明，EPG 神经元活动表征导航中果蝇的头部朝向。本文关注果蝇大脑中表征目标角度的 FC2 细胞，光遗传激活 FC2 会让果蝇沿实验者定义的方向前进。EPG 和 FC2 神经元都和第三群神经元，即 PFL3 神经元，存在单突触连接。在目标导向的导航中，单个 PFL3 细胞的发放频率可响应头部方向与目标角度。基于上述三种细胞的解剖与生理特征，作者构建模型，解释该环路如何对比异我中心的头部朝向与目标角度，从而在 PFL3 终端建立起自我中心的转向信号。定量分析与光遗传调控 PFL3 活动可支持上述模型。最后，使用新的导航记忆任务，作者发现在 PFL3 亚群突触传递异常的果蝇中，沿目标方向前进的能力下降，与模型预测结果一致。[论文详细信息]

Transforming a head direction signal into a goal-oriented steering command

将头部方向信号转换为目标导向的转向命令

（导读 严冰冰）果蝇连接组分析表明，三种细胞类型（PFL3R、PRL3L 与 FPL2）连接头部方向系统与局部运动系统。本文使用成像、电生理与化学遗传方法，揭示上述神经元在导航中的功能。首先，三种神经元都接收头部朝向向量信息，而三个参考系之间两两偏差 120°。然后，三种神经元都将头部朝向向量与命令目标向量进行对比，即通过非线性变换计算二者的叠合。最后，整合三类神经元的输出，生成局部运动指令。当果蝇向目标左侧前进时，PFL3R 细胞被激活，驱动果蝇朝右转向；而 PFL3L 负责相反情况下向左转向。同时，PFL2 细胞可提高转向速度，在果蝇朝向离目标很远时被招募。当方向误差增加时，PFL2 细胞适应性地提高转向强度，有效地平衡速度与准确性。[论文详细信息]

Smoking changes adaptive immunity with persistent effects

吸烟改变适应性免疫并产生持久影响

（导读 领研网）吸烟有害健康的观点早已深入人心，本研究招募了 1000 名具有西欧遗传背景的健康参与者，收集了他们的血液样本并进行问卷调查，而后系统性地分析了 136 个可能影响细胞因子分泌的因素。结果显示，在纳入研究的环境因素中，吸烟相关变量最具统计学意义显著的关联，它既能影响先天性免疫，也会影响适应性免疫。此外体重指数高于平均水平和之前感染过巨细胞病毒也会影响免疫反应。[相关报道：真的别抽烟！科学家首次发现：十年前抽过的烟，至今还在伤害免疫系统]

The HIV capsid mimics karyopherin engagement of FG-nucleoporins

HIV 衣壳模拟 FG-核孔蛋白的核转运蛋白结合

（导读 领研网）HIV 可感染未分裂中的细胞，因为病毒衣壳能克服核孔复合物的选择性屏障，将病毒基因组直接递送入细胞核。本研究发现，HIV 衣壳能模拟核转运蛋白，与核孔复合物中水凝胶样核蛋白如同“握手”般结合，穿过核孔，将遗传物质递送入内，完成感染的关键一步。由此建立的模拟模型阐释清楚 HIV 衣壳进入细胞核的关键概念。[论文详细信息]

HIV-1 capsids enter the FG phase of nuclear pores like a transport receptor

HIV-1 衣壳像转运受体一样进入核孔 FG 期

（导读 领研网）本研究发现 HIV 演化成一种核转运蛋白，可直接突破保护细胞核免受病毒入侵的重要屏障，不依赖核转运蛋白而穿过核孔进入细胞核。由于病毒基因组被衣壳完全封装，可逃过人类细胞的细胞质中的抗病毒传感器的识别，绕过细胞的病毒防御系统，将遗传物质“偷运”进细胞核，整合到染色体中。[相关报道：破解 HIV 潜入人类细胞核之谜，华人学者 Nature 论文发现，HIV 病毒衣壳进化成了一种核转运蛋白，逃过细胞防御系统]

Bile salt hydrolase acyltransferase activity expands bile acid diversity

胆汁水解酶酰基转移酶活性扩大胆汁酸的多样性

（导读 阿金）胆汁酸是胆汁中的类固醇清洁因子，有助于吸收脂肪和脂溶性维生素，塑造肠道微生物组。本研究揭示了负责胆汁酸代谢的酶，通过微生物群的活动，将氨基酸结合到胆汁酸的酰基位点，产生一类多样化的微生物结合型胆汁酸（MCBA）。这些胆汁酸具有抗菌特性，是胆汁酸池的重要组成，还受胃肠道生理变化影响。[论文详细信息]

Bile salt hydrolase catalyses formation of amine-conjugated bile acids

胆盐水解酶催化胺结合胆汁酸的形成

（导读 阿金）本研究表明胆汁酸水解酶（BSH）是一种氨 N-酰基转移酶，将胺与胆汁酸结合起来，形成细菌型胆汁酸胺化物（BBAA），研究人员使用药理学方法抑制 BSH、抑制大肠杆菌内 bsh 及突变体的异源表达以及敲除 bsh 等方法，展示了 BSH 生成 BBAA 的过程与机制。该结果加深了对肠道微生物通过 BSH 混合作用，显著调节胆汁酸代谢网络的理解。[论文详细信息]

The nuclear factor ID3 endows macrophages with a potent anti-tumour activity

核因子 ID3 赋予巨噬细胞抗肿瘤活性

（导读 领研网）巨噬细胞的激活受控于激活和抑制受体之间的平衡。本研究报告肝脏中的巨噬细胞——枯否细胞表达的核因子 ID3 通过调控巨噬细胞激活与抑制受体之间的平衡，选择性赋予枯否细胞吞噬活体肿瘤细胞的能力，协调局部巨噬细胞驱动的抗肿瘤反应。该成果为设计癌症治疗策略提供新思路。[相关报道：从巨噬细胞到癌症治疗：ID3 在肝脏抗肿瘤反应中的新发现]

Stress response silencing by an E3 ligase mutated in neurodegeneration

神经退行性变中 E3 连接酶突变导致的应激反应沉默

（导读 严冰冰）应激反应通路可检测并改善负性状态，以保护细胞和组织稳态，但过度激活则会引起细胞凋亡、损害器官健康。本文发现一种泛素依赖机制，可沉默由线粒体蛋白输入应激引起的细胞响应。这一过程的关键是整合应激反应的沉默因子 SIFI，一种大型的E3连接酶复合物突变体，可降解非输入线粒体前体与压力响应成分。SIFI复合物识别同时编码蛋白定位与稳定性的双重功能亚基，在特定应激事件结束后关闭应激反应。应激反应的药物沉默可维持细胞存活，即使应激仍然存在，这强调了信号终止的重要性，为治疗线粒体输入缺陷引起的神经退行性疾病提供了新思路。[相关报道：压力过大的脑细胞才是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的根本原因？]

An epigenetic barrier sets the timing of human neuronal maturation

表观遗传屏障决定人类神经元成熟的时间

（导读 领研网）与大多数物种相比，人类大脑的发育进程非常持久，皮层神经元的成熟尤其缓慢。本研究通过建立体外神经元同步化成熟模型观察到皮层神经元成熟的程序，表观遗传因子参与到该内在神经元成熟的分子时钟之中。如果抑制这些表观遗传因子则会导致神经元的快速成熟。这一表观遗传屏障控制着转录程序平稳释放，确保人类皮层神经元正确成熟过程的实现。[相关报道：人体神经元成熟的表观遗传屏障]

Translation selectively destroys non-functional transcription complexes

翻译选择性地破坏非功能性转录复合物

（导读 阿金）转录延伸在 DNA 模板损伤处停滞下来，要修复 DNA 损伤，必须清除损伤位点上停滞的转录延伸复合物（EC）。本研究表明在细菌内与转录偶联的翻译会主动将停滞的 EC 移除出受损的 DNA 模板，而暂停但仍拥有延伸能力的 EC 不会被清除出核糖体，其延伸功能会被恢复。结果表明偶联的核糖体从功能上和动力学上区分出暂停的 EC 与停滞的 EC，确保选择性破坏后者。研究人员由此提出与翻译偶联是清除基因组中非功能性 EC 的古老但重要机制之一。[论文详细信息]

Conformational ensembles of the human intrinsically disordered proteome

人类固有无序蛋白质组的构象集合

（导读 阿金）固有无序蛋白和区域（IDR）普遍存在于所有生命王国中，塑造生物功能，也参与许多疾病。本研究发展出一套有效的分子模型，可生成 IDR 构象集合，预测来自序列的构象特性，研究人员由此模拟出人类蛋白质组中几乎所有的 IDR，通过检验 28,058 个 IDR 的构象集合，提出了序列特征与链压缩之间关系的见解，在蛋白质组织层面上将构象集合与细胞功能和定位、氨基酸序列、演化保守与疾病变体关联起来。[论文详细信息]

Influence of pump laser fluence on ultrafast myoglobin structural dynamics

泵浦激光注量对超快肌红蛋白结构动力学的影响

（导读 阿金）迄今为止所有时间分辨率串行飞秒晶体学（TR-SFT）使用高泵浦激光能量。本研究描述了针对碳氧肌红蛋白光解离的一系列超快泵浦探针 SFX 实验，揭示了不同泵浦激光注量产生了显著不同的结果。结构变化和 Fe-CO 键距的相干振荡指标强烈取决于泵浦激光能量。结果确认了线性光激发领域中展开超快 TR-SFX 泵浦探针实验的可行性和必要性，有助于重新评估并设计超快 TR-SFX 泵浦探针实验设计与阐释。[论文详细信息]

天文学

Astronomy

Heavy-element production in a compact object merger observed by JWST

JWST 观测到致密天体合并中重元素的产生

（导读 领研网）二元致密天体的合并是天体物理学多个领域的核心兴趣所在,通过快速中子俘获（r 过程）进行重元素核合成的可能来源。本研究表明 GRB 230307A 属于与致密天体合并相关的长持续伽马射线暴，通过在詹姆斯-韦伯太空望远镜的中红外成像和光谱显示在 2.15 微米处有一条发射线并将其解释为碲。GRB 中的核合成可以产生原子质量范围很广的 r 过程元素,并在整个宇宙的重元素核合成中发挥核心作用。[论文详细信息]

A lanthanide-rich kilonova in the aftermath of a long gamma-ray burst

长伽马射线爆发后富含镧系元素的千新星

（导读 小天）千新星由比铁更重的原子核衰变功能的天体物理瞬变体，过去研究表明与伽马射线暴 230307A 相关的千新星类似于千新星 AT2017gfo。本研究报告针对同一伽马射线暴的多波长分析，建立模型，模拟其演变周期直至暴发后的两个月，结果表明在这段时间内光球半径的缩小与快速衰退的辐射光度证明富含镧系元素暴发在冷却过程中存在重组现象。[论文详细信息]

地球科学

Geoscience

Fertilizer management for global ammonia emission reduction

肥料管理促进全球氨减排

（导读 领研网）大气中的氨是一种重要环境污染物，影响全球生态系统和人类健康。本研究基于包括气候、土壤特征、作物类型、灌溉、耕作和施肥操作等变量，使用机器学习建模了全球水稻、小麦和玉米农业的氮输出，计算出全球氨排放在 2018 年达到 4.3 太克。而且根据模型指导在空间上优化肥料管理，可以让这三种作物的氨排放减少 38%。优化策略包括在生长季节采用常规的耕作法，将增效肥料施放在更深的土壤中。[相关报道：针对性肥料管理或可降低氨排放]

Progressive unanchoring of Antarctic ice shelves since 1973

自 1973 年以来南极冰架逐渐脱落

（导读 小天）南极冰盖的大量损失主要由漂浮在海面的冰架变薄所驱动。本研究测量了从 1973-2022 年每 20 多年南极钉扎点（冰架固定的局部测深高点）的变化情况，发现从 1973-1989 年只有少量局部地区的冰架变薄，主要发生在阿蒙森海堤和威尔克斯陆地海岸线，而从 90 年代至 21 世纪初，冰架变薄的速度逐渐加快。从第一个 20 年起 15% 的钉扎点减少直到第三个 20 年 37% 的减少程度。变薄趋势仍在进一步加深，加强南极对海平面上升的影响。[论文详细信息]

材料科学

Materials science

Twisted-layer boron nitride ceramic with high deformability and strength

具有高变形能力和强度的扭层氮化硼陶瓷

（导读领研网）莫尔超晶格是探索强相关材料物理的理想新平台。本研究报告在室温下兼具高变形能力和高强度的多晶氮化硼块体陶瓷，这种陶瓷采用洋葱状纳米氮化硼为前驱体，通过传统的放电等离子体烧结或热压烧结技术合成。陶瓷中的氮化硼纳米片呈三维互锁结构，且每个纳米片由相互扭转的平行薄片为结构基元堆叠而成，其室温压缩应变在断裂前可达到 14%，压缩强度也是常规六方氮化硼层状陶瓷的 6~10 倍。该成果为开发具备更高室温变形能力、强度、韧性及能量吸收性能的其他层状 vdW 工程陶瓷提供了新的思路。[相关报道：具有高室温变形能力和强度的多晶氮化硼块体陶瓷]

Fractional quantum anomalous Hall effect in multilayer graphene

多层石墨烯中的分数量子反常霍尔效应

（导读 阿金）理论预测在自发地时间反演对称性破缺过程中分数量子霍尔反常效应（FQAHE）存在于拓扑平带内。本研究报告在菱形五层石墨烯-hBN 莫尔超晶格中观测到整数与分数 QAH 效应。通过协调栅极位移场 D 和 V，观测到从符合费米液体和 FQAH 态到其他相关电子态的相变。该系统为探索电荷分数化和零磁场条件下任意子编织提供理想平台。[相关报道：石墨烯超晶格打开新世界大门，零磁场下的分数量子霍尔效应有望实现量子计算]

物理学

Physics

A 3D nanoscale optical disk memory with petabit capacity

具有 PB 容量的 3D 纳米级光盘存储器

（导读 领研网）光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长等独特优势，非常适合长期低成本存储海量数据，然而受到衍射极限的限制。本研究利用双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术，实验上首次在信息写入和读出均突破了衍射极限限制，实现了点尺寸为 54nm、道间距为 70nm 的超分辨数据存储，并完成了 100 层的多层记录，单盘等效容量达 Pb 量级。[相关报道：这篇Nature，以一抵百！]

Directive giant upconversion by supercritical bound states in the continuum

连续体中超临界束缚态的定向巨大上转换

（导读 阿金）连续体中的光子束缚态（BICs）是开放空腔谐振器中的拓扑非平庸暗模式。本研究提出超临界耦合概念，当暗模式与亮模式之间的近场耦合补偿了远场与暗模式忽略不计的直接耦合，使得准-BIC 场达到非辐射损失带来的最大增强。该方法与各种物理学过程相关，有潜力用于光源发展、能源捕获以及光化学催化等领域。[论文详细信息]

Signatures of a surface spin–orbital chiral metal

表面自旋轨道手性金属的特征

（导读 阿金）晶体对称性，电子相关和电子结构之间的相互作用影响物质非常规相大型阵列的形成。本研究发展出一套阐释对称破缺手性基态的理论，以及基于循环极化、自旋选择与角分辨率光电谱仪的用以研究该现象的方法论。研究人员使用典型的量子材料 Sr₂RuO₄，揭示了在材料表面上光谱特征可与自旋-轨道手性电流的形成相一致。该结果为深入理解有序现象和非常规磁性提供新思路。[论文详细信息]

Avoiding fusion plasma tearing instability with deep reinforcement learning

通过深度强化学习避免融合等离子体撕裂不稳定性

（导读 领研网）在核聚变过程中，等离子体状态的不稳定可能会瞬间打破反应平衡，使等离子体逃脱托卡马克磁约束装置的磁场。本研究利用 III-D 托卡马克装置过去的实验数据构建了一个深度神经网络，用来根据实时等离子体特性预测出现不稳定性的概率。经过多次模拟训练，在托卡马克装置上实验了人工智能，发现其能提前 300 毫秒预测不稳定性的出现，并及时调整激光强度等参数，将等离子体控制在稳定状态内。[相关报道：用人工智能控制核聚变稳定性]

点亮赞和在看，与更多科研人交流         

Nature中文导读214

Nature中文导读 · 目录

上一篇Nature一周论文导读｜2024年2月15日

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自许培扬科学网博客。
链接地址：https://m.sciencenet.cn/blog-280034-1424091.html

上一篇：高瘦素血症 研究主题分析
下一篇：Science一周论文导读｜2024年2月23日