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[学术文献 ] 华中农大揭示猪呼吸综合征病毒入侵细胞分子机制 进入全文
Journal of Virology
2024年12月9日，华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院李自力教授团队在猪繁殖与呼吸综合征病毒入侵细胞的分子机制研究领域取得重要进展。相关研究成果以“The Neonatal Fc Receptor (FcRn) is Required for Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus Uncoating”为题在Journal of Virology期刊上在线发表。猪繁殖与呼吸综合征（Porcine reproductive and respiratory syndrome，PRRS）是由PRRS病毒（PRRSV）感染引起的以母猪繁殖障碍和所有年龄段猪呼吸困难为特征的高度接触性传染病。该病自1980年代末在北美和欧洲被发现以来，给全球养猪业造成了巨大经济损失。目前尽管已鉴定出多种参与PRRSV感染的受体或宿主因子，但学术界对PRRSV进入细胞的机制仍不十分清楚。已有文献报道血红蛋白清道夫受体CD163是PRRSV感染不可或缺的受体，CD163与PRRSV糖基化外膜蛋白在早期内体互作，CD163被认为参与了病毒脱衣壳过程，但CD163并不与PRRSV核衣壳蛋白互作，并没有研究证实CD163是PRRSV的脱衣壳受体。因此，是否还存在其他受体或宿主因子与PRRSV 核衣壳蛋白互作并介导病毒脱衣壳值得深入探究。新生儿Fc受体（Neonatal Fc receptor，FcRn）是IgG的转运受体，该团队一直从事FcRn与免疫学相关的研究工作。然而，近年来已有多篇文献报道FcRn是感染人的部分肠道病毒的脱衣壳受体，受此报道的启发，研究人员推测FcRn很有可能是某些动物病毒入侵细胞的受体，并开始尝试探究FcRn对猪的几种病毒增殖是否有影响。FcRn在PRRSV感染的靶细胞猪肺泡巨噬细胞（PAMs）中高表达，细胞内FcRn主要定位在早期内体等细胞器中。鉴于此，研究人员首先发现敲低FcRn能抑制PRRSV-1和PRRSV-2的增殖；随后发现过表达FcRn能促进PRRSV-2的增殖，以上结果说明FcRn对PRRSV增殖具有正调控作用。再通过抗体阻断和IgG阻断试验发现FcRn可能是PRRSV-2感染所需的关键宿主因子。随后应用CRISPR/Cas9 敲除和回补FcRn试验证实FcRn是PRRSV-2感染所必需的宿主因子。进一步研究发现FcRn不参与PRRSV-2的吸附和内化，通过间接免疫荧光试验检测PRRSV-2感染细胞24 h后nsp2的表达，证明FcRn参与了PRRSV-2的脱衣壳及基因组释放。通过激光扫描共聚焦显微镜观察到内化30 min后的病毒粒子进入FcRn阳性CD163阳性早期内体。最后通过免疫共沉淀试验证实FcRn与PRRSV-2核衣壳蛋白互作，且在酸性条件下（pH 6.0）的互作更强；同时还发现无论是否存在PRRSV-2感染，FcRn与CD163均不互作。该研究发现FcRn是PRRSV感染细胞的必需宿主因子，参与病毒的脱衣壳，为阐明PRRSV的早期感染过程奠定了基础，为抗PRRSV的药物研发和分子抗病育种提供了潜在靶标。
[学术文献 ] 斯坦福大学等揭示驯化稻起源于一万年前证据 进入全文
PNAS
2024年12月9日，美国斯坦福大学刘莉教授团队与中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变重点实验室的张健平研究员、浙江省文物考古研究所蒋乐平研究员合作在PNAS发表题为“Identification of 10,000-year-old rice beer at Shangshan in the Lower Yangzi River valley of china”研究论文，研究团队聚焦于我国浙江上山文化遗存，利用多种微体化石分析技术，发现了东亚最早酒类酿造新证据，揭示了一万年前上山遗址稻米酿酒技术，探讨了稻米酿酒的技术过程及其与文化、环境的关联，以及这一发现对稻作农业起源与早期社会发展的意义。研究通过气候、微生物和植物资源的多学科证据，展示了生态与文化因素在早期农业起源中的协同作用。研究团队从浙江省浦江县上山遗址采集了12件代表不同用途的陶器残片（发酵、盛装和烹饪），对每个陶器的内表面残留物，以及陶胎、文化层沉积物等进行了微体化石提取与分析，包括植硅体、淀粉粒和真菌，以确定陶器的使用功能和食物加工方式。植硅体分析显示，陶器残留物和陶土中含有大量驯化稻的植硅体。这一证据表明，稻米是上山人群的重要植物资源。证据还表明，稻壳和稻叶被用于陶器制作，进一步证明稻米在上山文化中的核心地位。团队还在陶器残留物中发现了多种植物淀粉粒，包括稻米、薏苡、稗草、小麦族淀粉、橡子和百合。这些淀粉颗粒中许多表现出酶水解和糊化的迹象，表明发酵过程的存在。此外，研究还发现了大量真菌成分，包括红曲霉和酵母细胞，这些真菌与传统酿造曲酒时使用的真菌种类密切相关，例如红曲霉是中国传统红曲酒酿造使用的主要霉菌。其中一些还显示出典型的生长发酵阶段（如闭囊壳、菌丝、酵母芽殖的各种形态）。真菌孢子和菌丝的发育形态能够反映出它们在特定温湿度条件下的活动，而这些条件通常在埋藏过程中无法满足，这些形态通常只在活性发酵过程或存储在发酵容器中时形成，埋藏环境缺乏适合真菌生长的条件，因此这些发酵真菌的特殊形态不大可能在后期形成。研究团队分析了红曲霉和酵母遗存在不同陶器类型中的分布，发现小口罐中的数量显著高于用作炊器的罐和用来加工一般食物的大口盆。这种分布表明，陶器类型与特定功能密切相关，其中小口罐可能专门用于酿造发酵酒。此外，土壤中天然存在的微生物种群在数量和种类上与陶器上的发酵微生物群有显著区别，这一差异可以排除陶器上的微化石遗存是埋藏后形成的可能性。为进一步了解发酵过程可能造成的微植物和微生物的形态变化，研究团队还使用稻米、红曲霉和酵母菌模拟传统的发酵过程，并将实验结果与陶器样品中的微化石特征进行比对。结果表明，上山遗址陶器中的真菌遗存和现代发酵产生的真菌形态高度一致，尤其是红曲霉闭囊壳和菌丝特征以及酵母菌的芽殖形态。这种一致性进一步证实研究团队对上山酒遗存鉴定的可靠性。上述的研究结果表明，在稻米驯化早期阶段，上山人群采用了广泛的生计策略，并使用陶器，特别是利用小口罐来酿造以红曲霉为主要糖化剂的稻米曲酒。这种酿造技术在上山文化早期的出现，与稻米驯化和全新世早期温暖湿润的气候密切相关。驯化稻为发酵提供了稳定的资源，而有利的气候条件为真菌生长提供了理想的环境条件，从而促进了酒精发酵技术的发展。这些酒精饮品可能在仪式性宴飨活动中扮演了重要角色，凸显其作为人群交往及人神沟通仪式的媒介功能。稻米酒的这一特殊功能或许也是推动新石器时代中国水稻广泛种植、利用、和传播的重要因素之一。水稻驯化和稻米酿酒是东亚地区农业和食物文化的重要组成部分。通过研究上山文化的稻米酿酒证据，可以追溯东亚农业起源和早期饮食文化的形成过程。这对理解水稻驯化路径和技术演变，乃至世界农业和酿酒史，具有重要的填补性价值。总之，这项研究不仅揭示了早期稻米酿酒的复杂性与创新性，也为理解东亚地区稻作农业的起源、早期社会结构和技术传播提供了重要的科学依据。
[学术文献 ] 奥地利研究者揭示增强子在基因表达调控中活动 进入全文
Molecular Cell
2024年12月2日，来自奥地利Max Perutz实验室的Christa Buecke与Henry F. Thomas共同在Molecular Cell期刊发表题为Enhancer cooperativity can compensate for loss of activity over large genomic distances（增强子协同作用可补偿基因组距离引起的活性丧失）的文章。研究人员开发了一种基于小鼠胚胎干细胞的合成生物学平台，利用荧光报告基因体系定量评估增强子活性。通过在不同的基因组距离（1.5 kb、25 kb和75 kb）插入单一或多个增强子，系统研究增强子在基因表达调控中的活动和相互作用。为了探究不同增强子在距离增加时的调控特性，研究人员设计了一个系统化的多功能平台来测试增强子活性及其距离依赖性，旨在解析增强子在长距离调控中的作用机制，重点探讨增强子协同作用是否能在长基因组距离内补偿其单独活性的下降。为了研究增强子与启动子之间的距离依赖性激活，研究人员开发了一种小鼠胚胎干细胞（mESC）模型，并利用该模型构建了一个合成平台。这一平台能够将不同的增强子序列插入到基因组的特定位置，并通过报告基因来检测不同增强子对启动子的激活效果。报告基因系统的使用使得研究人员能够定量地分析增强子的活性，并系统地评估不同距离对增强子功能的影响。实验设计中，研究人员选取了多种已知的强增强子和弱增强子，构建了不同的基因组布局，其中包含了多个增强子与启动子之间的不同距离。通过这些不同的组合，研究人员能够在不同的基因组距离上测试增强子的活性，从而全面评估距离对增强子调控能力的影响。此外，研究人员还将CTCF（CCCTC-binding factor）位点作为一个调控因素进行考察，因为CTCF被认为在基因组和增强子-启动子相互作用中发挥重要作用。通过加入CTCF位点，研究人员探讨了其是否能够影响增强子与启动子之间的距离依赖性激活。研究结果表明，增强子的距离依赖性激活是一个复杂的现象，不同类型的增强子在距离上的表现差异较大。研究人员发现，随着增强子和启动子之间的距离增加，增强子的激活能力通常会呈现出下降的趋势。对于一些强增强子而言，即使与启动子的距离相对较远，它们仍然能够有效激活目标基因的表达。这一现象表明，某些增强子具备较强的跨越基因组远距离的能力，可以在相对较远的距离上与启动子相互作用，推动基因的高效表达。然而，对于弱增强子来说，当增强子和启动子之间的距离较大时，其激活能力显著下降。即使是在基因组相对较短的距离范围内，弱增强子也往往无法实现有效的基因激活，这进一步验证了增强子本身的强度在调控活性中的关键作用。更为重要的是，研究人员还发现增强子之间的协同作用对于跨越距离的激活能力起到了重要作用。当两个不同强度的增强子协同工作时，即使它们与目标启动子的距离较远，依然能够通过相互作用来促进基因的表达。具体来说，强增强子能够弥补弱增强子由于距离过远而导致的激活能力下降，从而显著增强基因表达的水平。这一发现表明，增强子之间的协同作用不仅能够弥补单个增强子在远距离上的不足，还能通过整合不同增强子的活性，优化基因表达调控的效果。此外，研究人员还探讨了CTCF位点在增强子调控中的作用。研究表明，加入CTCF位点并没有显著干扰增强子之间的协同作用，但却能够在某些情况下减弱增强子对启动子的激活能力。这一现象表明，CTCF可能在增强子-启动子相互作用中起到一定的制约作用，通过限制增强子与启动子之间的相互作用，从而调控基因的表达水平。尽管CTCF位点的作用存在一定的复杂性，但研究结果仍然为我们理解CTCF在基因调控中的功能提供了新的线索。综上所述，该研究开发了一个灵活的测试平台，在天然染色质背景下测试不同增强子序列和位置，揭示了哺乳动物基因组中距离依赖的增强子协同作用的关键机制，以及基因组距离对其活性的影响。该研究为我们理解基因表达调控提供了新的视角。
[前沿资讯 ] 美国加州大学旧金山分校开发了基于PacBio测序平台的新预测模型 进入全文
BioArt
近日，来自美国加州大学旧金山分校的Vijay Ramani在Cell上发表了论文The single-molecule accessibility landscape of newly replicated mammalian chromatin。在本研究中，作者开发了一种新的基于PacBio测序平台的预测模型，能够在全基因组范围内观察新复制染色质上的蛋白-DNA相互作用，并提供单分子层面的信息。现有的一些计算方法可以在Oxford Nanopore Technologies（ONT）平台上检测BrdU标记的核苷酸，但在PacBio测序平台尚未有相关报道。相较于ONT测序平台，PacBio具有更高的保真性和更准确的碱基修饰检测优势，因此更适合用于分析新合成DNA的动态。在该研究中，作者希望开发一种基于PacBio测序平台的预测模型，通过检测聚合酶的动力学，建立一个能够识别含有BrdU的DNA分子模型。他们通过使用包含dTTP或BrdUTP的PCR生成样本、小鼠基因组和人类基因组DNA样本，作为训练数据来训练卷积神经网络（CNN）模型，将其命名为RASAM。RASAM模型基于PacBio的核苷酸掺入动力学数据以及DNA序列的one-hot编码，在500个碱基对尺度上预测BrdU的掺入。利用这种方法，作者成功在单分子水平上准确检测BrdU的掺入，并用于分析染色质结构的动态变化。在不同的BrdU标记时间下，研究人员观察了人类K562细胞和小鼠胚胎干细胞（mESCs）中BrdU标记的染色质分子与未标记染色质分子的可及性变化。他们发现，新复制的染色质比稳态染色质具有更高的可及性，且这种可及性在较长时间内逐渐恢复到稳态水平。同时，新生染色质中的核小体保护DNA的长度较短，可能是因为这些核小体尚未完全包裹DNA。作者还利用RASAM技术探究了新生染色质的单分子核小体间距模式对染色质高可及性的影响。通过分析新生染色质上单分子核小体重复长度和排列规律性，作者发现不同时间标记的染色质包含不同类型的核小体纤维，并且在新生染色质中出现了特定的核小体排列类型，而新生染色质纤维倾向于具有较长重复长度和不规则排列的核小体阵列。与成熟染色质相比，新生染色质中核小体位置受到DNA主序列的影响更大，尤其是在不规则阵列的核小体纤维中。这种现象可能与染色质尚未经过染色质重塑及成熟过程有关。这些结果说明，复制后染色质的初始结构和排列不仅高度可及，而且可能受到DNA序列和核小体间距模式的影响。CAF-1是一种在DNA复制后染色质的重组和调控中发挥重要作用的组蛋白伴侣，研究发现在CAF-1缺失的条件下，新生染色质在15分钟和1小时标记时间点表现出更高的可及性。这表明CAF-1在某种程度上限制了新生染色质的高可及性，通过在复制后的染色质纤维上沉积核小体来调控染色质的结构。CAF-1缺失不仅影响新生染色质，也在全基因组范围内增加了稳态染色质的可及性，包括在活性和非活性顺式调控元件附近。这可能是由于CAF-1的缺失导致去新生核小体（H3-H4四聚体）沉积的减少，从而使更多DNA区域暴露。同时，CAF-1缺失显著减少了新生染色质中具有短重复长度和规则排列的核小体纤维类型，增加了不规则排列的核小体纤维。这表明CAF-1通过促进规则的核小体阵列形成来限制新生染色质的高可及性，而CAF-1缺失后染色质中更容易出现间隔不均的核小体排列。这些结果从分子层面上揭示了CAF-1如何影响染色质结构，尤其是在细胞分裂后的新生染色质重塑中的作用。目前为止，对于新生染色质中特定的顺式调控区域如何在细胞类型特异性的环境中实现调控特异性仍然未知。因此，作者打算继续利用开发的RASAM技术对此进行探究。研究发现，不同的调控序列在新生染色质中具有不同的单分子染色质重组动态。其中，CTCF结合位点在新生染色质中因核小体竞争表现出较低的可及性，表明CTCF与核小体争夺位点，需要较长时间才能恢复到稳态。而转录起始位点（TSS）则在复制后迅速恢复开放状态，显示出无核小体区域的快速重建。这表明，不同调控序列在新生染色质中的重组速度和方式不同，由此实现了特定的调控特异性。进一步的结合CTCF化学诱导降解实验，发现在诱导CTCF降解后，新生染色质中的CTCF结合位点表现出显著的高可及性，特别是在15分钟和1小时标记时间点。相较于未降解的CTCF样本，降解后的样本中CTCF位点的可及性大幅增加，表明CTCF的结合限制了新生染色质的高可及性。在DNA复制后，CTCF结合位点通过CTCF和新生核小体之间的竞争来恢复结构，从而指导核小体在染色质纤维上的正确排列。而当CTCF被降解后，核小体更容易重新占据这些位点，导致新生染色质的高可及性增加。
[学术文献 ] 复旦大学等合作揭示p53促进肿瘤细胞铜死亡的现象及分子机理 进入全文
Molecular Cell
2024年12月4日，复旦大学周祥、郝茜、南昌大学熊建萍共同通讯在Molecular Cell（IF=14.5）在线发表题为“p53 induces circFRMD4A to suppress cancer development through glycolytic reprogramming and cuproptosis”的研究论文，该研究发现环状RNA circFRMD4A对p53介导的代谢重编程和铜死亡至关重要。CircFRMD4A起源于FRMD4A的转录本，FRMD4A被p53转录激活，CircFRMD4A的形成由RNA结合蛋白EWSR1促进。CircFRMD4A作为一种肿瘤抑制因子发挥作用，并增强癌细胞对elesclomol诱导的铜死亡的敏感性。机制分析表明，circFRMD4A与丙酮酸激酶PKM2相互作用并使其失活，导致乳酸生成减少，糖酵解通量向三羧酸循环方向转移。最后，在异种移植小鼠模型中，p53激动剂和elesclomol协同抑制肿瘤的生长。总之，该研究发现p53通过circFRMD4A促进糖酵解重编程和铜死亡，并提出了一种与野生型p53联合治疗癌症的潜在策略。
[学术文献 ] 湖南农科院等揭示病毒利用MAPK级联反应促进侵染机制 进入全文
Nature Communications
2024年12月4日，湖南大学生物学院隆平分院/湖南省农业科学院植物保护研究所刘勇研究员、张松柏研究员联合宁波大学植物病毒学研究所羊健研究员团队在Nature Communications在线发表题为“A viral protein activates the MAPK pathway to promote viral infection by downregulating callose deposition in plants”的研究论文。该研究揭示了病毒蛋白能够激活并利用植物MAPK级联反应，进而促进病毒侵染的致病机制。研究团队发现ToCV侵染激活本氏烟MAPK途径的MPK3/6激酶活性，并促进ToCV的侵染。ToCV主要通过其定位在质膜上的致病蛋白P7激活MPK3/6的激酶活性从而有利于病毒侵染。进一步研究发现，ToCV P7通过与NbMPK3/6相互作用，抑制NbMPK3/6进入细胞核，并且将NbMPK3招募至质膜。在此过程中，P7可能抑制由NbMPK3/6介导的免疫反应，并促进ToCV复制。另一方面，P7被NbMPK3/6磷酸化后，靶向NbREM1.1以抑制其在胞间连丝诱导胼胝质沉积的活性，从而促进病毒的扩散和积累。该研究结果揭示了病毒“以子之矛，攻子之盾”的致病新策略，有助于深入理解宿主与病毒长期“军备竞赛”中的防御与反防御关系。
