Cell, 2021-10-28, 绘制 DNA 双链断裂修复的遗传图谱

首席躺平官 2021-11-01 09:15:42 阅读: 686

本期研究

1. 以磷酸盐饥饿反应为中心的网络调节菌根共生

2. 小鼠特异性逆转录转座子驱动发育所必需的保守Cdk2ap1同种型

3. 糖原积累和相分离驱动肝肿瘤发生

4. 胰腺癌中空间受限的亚肿瘤微环境

5. 两种多功能人类抗体对泛埃博拉病毒的保护性治疗

6. 脑干中的机械感受器突触塑造了触觉的中央表征

7. Bombesin 样肽招募去抑制皮质回路并增强恐惧记忆

8. 通过操纵编辑结果的细胞决定因素来增强主要编辑系统

9. 绘制 DNA 双链断裂修复的遗传图谱

10. 基于肽暴露的生物传感器显示活细胞中的单分子构象

封面,Shi 等人探索这两种途径之间的相互作用,确定了菌根共生背后的基因调控网络,揭示了磷酸盐对菌根定植的调节。封面描绘了在不同磷酸盐条件下菌根共生的“自我调节”性质的超现实主义解释,即在低但不高磷酸盐水平下共生是有利的。植物根部的横截面图案改编自中国青花瓷设计。

1.  以磷酸盐饥饿反应为中心的网络调节菌根共生

A phosphate starvation response-centered network regulates mycorrhizal symbiosis

为了从土壤中获取磷 (P),大多数陆地植物使用通过根毛和表皮直接吸收磷酸盐的途径,以及通过菌根共生的间接吸收磷酸盐的途径。这两种途径之间的相互作用尚不清楚。在这里,我们使用 Y1H 绘制了转录因子和菌根共生相关基因之间的网络。有趣的是,该基因调控网络受保守的 P 传感途径控制,以磷酸盐饥饿反应 (PHR) 转录因子为中心。菌根共生需要 PHR,并通过 P1BS 基序调节共生相关基因。SPX 域蛋白抑制 OsPHR2 介导的共生相关基因的诱导并抑制菌根感染。相反,植物过表达OsPHR2显示出改善的菌根感染,并且对 P 介导的共生抑制具有部分抗性。网络节点的功能分析揭示了激素信号传导和菌根共生的共同调节。该网络破译了内源性和外源性信号对菌根共生的广泛调节,并突出了菌根共生的 P 传感途径的共同选择。

2. 小鼠特异性逆转录转座子驱动发育所必需的保守Cdk2ap1同种型

A mouse-specific retrotransposon drives a conserved Cdk2ap1 isoform essential for development

逆转录转座子在重要的发育和病理过程中介导基因调控。在这里,我们表征了八种哺乳动物胚胎植入前发育过程中的瞬时逆转录转座子诱导。诱导的逆转录转座子在物种间表现出相似的植入前特征,赋予基因调控活动,特别是通过长末端重复 (LTR) 逆转录转座子启动子。小鼠特异性 MT2B2 逆转录转座子启动子产生 N 端截短的Cdk2ap1 ΔN,在植入前胚胎中达到峰值并促进增殖。相比之下,典型的Cdk2ap1在妊娠中期达到峰值并抑制细胞增殖。这个 MT2B2 启动子,其删除消除Cdk2ap1 ΔN 的产生,减少细胞增殖并损害胚胎植入,对发育至关重要。有趣的是,Cdk2ap1 ΔN在序列和功能上在进化上是保守的,但在哺乳动物中由不同的启动子驱动。每个哺乳动物物种中不同的植入前Cdk2ap1 ΔN表达与其植入前发育的持续时间相关。因此,物种特异性转座子启动子可以产生进化上保守的替代蛋白质亚型,赋予它们新的功能和物种特异性表达,以控制基本的生物差异。

3. 糖原积累和相分离驱动肝肿瘤发生

Glycogen accumulation and phase separation drives liver tumor initiation

肿瘤细胞中的葡萄糖消耗通常会增加以支持肿瘤生长。有趣的是,我们报告糖原积累是肝脏恶性转化过程中启动致癌事件的关键。我们发现催化糖原分解最后一步的葡萄糖-6-磷酸酶 (G6PC) 经常被下调以增加癌前细胞中的葡萄糖储存。积累的糖原经历液-液相分离,导致 Laforin-Mst1/2 复合物的组装,因此将河马激酶 Mst1/2 隔离在糖原液滴中,以减轻它们对 Yap 的抑制。而且,G6PC 或另一种糖原分解酶-肝糖原磷酸化酶 (PYGL) 在人和小鼠中的缺乏导致糖原贮积病以及肝脏肿大和以 Yap 依赖性方式发生肿瘤。一致地,消除糖原积累会消除肝脏生长和癌症发病率,而增加糖原储存会加速肿瘤发生。因此,我们得出结论,癌症起始细胞采用糖原储存模式,通过糖原相分离阻断 Hippo 信号传导以增加肿瘤发生率。

4. 胰腺癌中空间受限的亚肿瘤微环境

Spatially confined sub-tumor microenvironments in pancreatic cancer

肿瘤内异质性是了解肿瘤微环境 (TME) 如何推动恶性进展的关键前沿。在这里,我们通过将组织学指导的区域 multiOMICs 与临床数据和患者衍生的临床前模型大规模整合,对人类胰腺 TME 进行解卷积。我们发现了“subTMEs”,即以成纤维细胞可塑性为基础的组织学上可定义的组织状态,与肿瘤免疫、亚型、分化和治疗反应的区域关系。富含复杂但功能协调的成纤维细胞群落的“反应性”亚 TME 具有免疫热性,并且存在侵袭性肿瘤细胞表型。富含基质的“废弃”subTMEs 含有较少的活化成纤维细胞和肿瘤抑制特征,但具有显着的化学保护作用,并且在化疗后富集。就地。subTMEs 的肿瘤内共存产生了与恶性生物学密切相关的患者特异性表型和计算可预测的异质性。因此,大量臭名昭著的胰腺 TME 内的异质性不是随机的,而是标志着基本的组织组织单位。

5. 两种多功能人类抗体对泛埃博拉病毒的保护性治疗

Pan-ebolavirus protective therapy by two multifunctional human antibodies

埃博拉病毒会导致严重且通常是致命的疾病,并有可能在全球传播。最近可用的基于单克隆抗体的治疗方法具有狭窄的治疗范围,并且对埃博拉病毒 (EBOV) 以外的埃博拉病毒无效,包括医学上重要的本迪布焦 (BDBV) 和苏丹 (SUDV) 病毒。在这里,我们报告了一种治疗性鸡尾酒的开发,它包含两种广泛中和的人类抗体,rEBOV-515 和 rEBOV-442,可识别埃博拉病毒糖蛋白 (GP) 上的非重叠位点。鸡尾酒中的抗体表现出协同中和活性,抵抗病毒逃逸,并且对其 Fc 区具有不同的要求,以实现体内最佳化活动。该鸡尾酒保护非人类灵长类动物免受由 EBOV、BDBV 或 SUDV 引起的埃博拉病毒病的侵害,具有很高的治疗效果。与 GP 复合的鸡尾酒抗体的高分辨率结构揭示了中和广度和效力的分子决定因素。这项研究提供了先进的临床前数据,以支持这种用于泛埃博拉病毒治疗的鸡尾酒的临床开发。

6. 脑干中的机械感受器突触塑造了触觉的中央表征

Mechanoreceptor synapses in the brainstem shape the central representation of touch

哺乳动物使用手和脚的无毛(无毛)皮肤来导航和操纵环境。跨物种的体表皮层图包含不成比例的大量神经元,这些神经元专用于无毛皮肤感觉,部分反映了支配这些皮肤区域的机械感受器密度更高。在这里,我们发现在外周机械感受器与其在脑干中的中央目标之间的第一个突触处,在出生后发育过程中出现了不成比例的无毛皮肤。机械感受器突触会经历发育完善,这取决于它们的末端与无毛皮肤的接近程度,这样那些支配无毛皮肤的神经会形成突触连接,从而扩大它们的中央代表。在无法感知轻柔触摸的小鼠中,支配无毛皮肤的机械感受器仍然在脑干中产生更强大的突触。我们建议机械感受器支配的皮肤区域控制其中央突触的发育完善,以塑造大脑中触觉的表现。

7. Bombesin 样肽招募去抑制皮质回路并增强恐惧记忆

Bombesin-like peptide recruits disinhibitory cortical circuits and enhances fear memories

整个哺乳动物皮层的去抑制神经元是电路兴奋性和可塑性的强大增强剂。神经肽受体在去抑制性、抑制性和兴奋性神经元中的差异表达表明每个回路基序可能由不同的神经肽能系统控制。在这里,我们揭示了铃蟾肽样神经肽、胃泌素释放肽 (GRP),通过选择性靶向和激活血管活性肠肽 (VIP) 表达细胞来招募去抑制皮质微电路。使用基因编码的 GRP 传感器、光遗传顺行刺激和反式-突触追踪,我们发现 GRP 最有可能通过来自几个局部和远程来源的突触外扩散来调节 VIP 细胞。体内光度测定和 CRISPR-Cas9 介导的听觉皮层 GRP 受体 (GRPR) 敲除表明 VIP 细胞被新的声音和厌恶性电击强烈募集,并且 GRP-GRPR 信号增强了听觉恐惧记忆。我们的数据建立了选择性抑制皮质微电路的肽能募集作为调节恐惧记忆的机制。

8. 通过操纵编辑结果的细胞决定因素来增强主要编辑系统

Enhanced prime editing systems by manipulating cellular determinants of editing outcomes

虽然引物编辑能够在 DNA 中实现精确的序列变化,但引物编辑的细胞决定因素仍然知之甚少。使用汇集的 CRISPRi 筛选,我们发现 DNA 错配修复 (MMR) 阻碍了主要编辑并促进了不需要的 indel 副产物。我们开发了 PE4 和 PE5 引物编辑系统,其中与 PE2 和 PE3 系统相比,工程化 MMR 抑制蛋白的瞬时表达将替换、小插入和小缺失引物编辑的效率平均提高了 7.7 倍和 2.0 倍,分别,同时在 MMR 熟练的细胞类型中将编辑/插入删除比率提高了 3.4 倍。在预期编辑附近战略性地安装沉默突变可以通过规避 MMR 来增强主要编辑结果。Prime 编辑器蛋白质优化产生了 PEmax 架构,将编辑效率提高了 2。在 HeLa 细胞中平均为 8 倍。这些发现丰富了我们对主要编辑的理解,并建立了主要编辑系统,该系统在 7 种哺乳动物细胞类型的 191 次编辑中显示出实质性改进。

9. 绘制 DNA 双链断裂修复的遗传图谱

Mapping the genetic landscape of DNA double-strand break repair

细胞通过一系列对维持基因组完整性至关重要的复杂途径修复 DNA 双链断裂 (DSB)。为了系统地绘制这些通路,我们开发了一种称为 Repair-seq 的高通量筛选方法,该方法可以测量数千种遗传扰动对在目标 DNA 损伤处引入的突变的影响。使用 Repair-seq,我们分析了在存在或不存在用于同源定向修复 (HDR) 的寡核苷酸的情况下,在敲除参与 DSB 修复或相关过程的 476 个基因后,由两种可编程核酸酶(Cas9 和 Cas12a)诱导的 DSB 修复产物。由此产生的数据支持对 DSB 末端连接和 HDR 路径进行有原则的、数据驱动的推理。对这些数据的系统询问揭示了 DSB 修复基因之间出乎意料的关系,并证明了具有表面相似序列结构的修复结果可能具有明显不同的遗传依赖性。这项工作为绘制 DNA 修复途径和优化跨不同模式的基因组编辑奠定了基础。

10. 基于肽暴露的生物传感器显示活细胞中的单分子构象

Biosensors based on peptide exposure show single molecule conformations in live cells

我们描述了一种在活细胞中单粒子跟踪 (SPT) 期间研究单个蛋白质构象的方法。“粘合剂/标签”基于将 7 聚体肽(标签)掺入蛋白质中,其中其溶剂暴露受蛋白质构象控制。只有在暴露后,肽才能与报告蛋白(结合剂)特异性相互作用。因此,简单的荧光定位反映了蛋白质构象。通过直接激发明亮染料,可以跟踪单个蛋白质的轨迹和构象。简单的蛋白质工程提供了适用于 SPT 和 FRET 的高度特异性的生物传感器。我们描述了 tagSrc、tagFyn、tagSyk、tagFAK 和正交绑定器/标签对。SPT 显示 Src 簇内激活 Src 的缓慢扩散岛和粘连中的激活动力学。体内Src 动力学。粘合剂/标签的简单性可以提供对不同蛋白质的访问。

https://www.cell.com/cell/issue?pii=S0092-8674(20)X0023-7#closeFullCover

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