《PNAS》六大熱點文章

　　《PNAS》（美國國家科學院院刊）是與Nature、Science齊名，被引用次數最多的綜合學科文獻之一，PNAS收錄的文獻涵蓋生物、物理和社 科學，主要內容包括具有高水平的前沿研究報告、學術評論、學科回顧及前瞻、學術論文以及美國國家科學學會學術動態的報道和出版。近期其最受關注的文章（生物類）如下：

　　Evidence that prenatal testosterone transfer from male twins reduces the fertility and socioeconomic success of their female co-twins

　　對于準媽媽而言，懷上龍鳳胎簡直就像中獎一樣。然而，美國和挪威的研究人員近日卻發現，龍鳳胎中男性的睪酮會對他的雙胞胎姐妹產生長期的影響。這項成果于本周發表在《美國科學院院刊》（PNAS）雜志上。

　　美國西北大學和挪威經濟學院的研究人員開展了一項大規模的雙胞胎研究。經過長期調查后發現，與雙胞胎女性相比，龍鳳胎中的女性學歷更低、收入更低，而且生育率和結婚率也更低。

　　文章的通訊作者、西北大學的經濟學家Krzysztof Karbownik表示：“這是第一項跟蹤人們三十多年的研究，從出生到上學再到成年，表明龍鳳胎的男性會對他們的雙胞胎姐妹產生重要影響，包括學歷、工資和生育率。”

　　研究人員使用了挪威1967年至1978年間出生的所有人（包括13,800對雙胞胎）的數據。他們發現，龍鳳胎中的女性完成高中學業（15.2%）、完成大學學業（3.9%）和結婚（11.7%）的可能性更低。同時，她們的生育率和收入水平也較低。

　　這項研究支持了“雙胞胎睪酮轉移假說”，該假說認為龍鳳胎中的女性通過羊水或其母親的血液接觸到更多的睪酮。他們認為這造成了行為的改變，導致長期影響。不過，龍鳳胎中的男性似乎并沒有受到影響。

　　在子宮內的敏感發育時期，卵巢和睪丸產生的類固醇（包括睪酮）有助于建立男性與女性之間的生物學差異。之前的研究表明，接觸到異性激素會導致行為及其他性狀的改變。不過從另一方面來說，與雙胞胎兄弟一起長大，這種社會化效應也許可以從部分程度上解釋行為的改變。龍鳳胎雖好，對女性不利

　　The Cryo-electron microscopy structure of the filamentous bacteriophage IKe

　　噬菌體IKe屬于絲狀噬菌體家族成員（Inoviridae），成熟病毒顆粒為無包膜纖維絲狀結構。絲狀噬菌體病毒纖維直徑約為65～70 ?，長度在800～2000 nm左右。該類病毒的DNA是由大小在5000～8000堿基左右的單鏈環狀DNA組成，其能夠編碼與病毒復制、成熟組裝過程相關的10個病毒蛋白。病毒環狀DNA在成熟病毒纖維中是由主要衣殼蛋白（major coated protein，protein 8，p8）螺旋排列所形成的衣殼所包裹，而參與宿主表面受體結合以及病毒釋放過程的相關蛋白位于絲狀纖維的兩極。目前對于該類噬菌體結構以及其內部環狀DNA的具體形態還沒有相關高分辨結構報道。

　　研究人員通過采用冷凍電鏡三維重構方法，成功解析高分辨噬菌體IKe螺旋病毒衣殼結構。

　　組成該病毒衣殼的主要衣殼蛋白p8以單根α螺旋的形式螺旋排列形成病毒衣殼。位于同一高度的5根主要衣殼蛋白共同構成了該病毒的衣殼蛋白層，相鄰衣殼層之間通過相應螺旋參數（twist為38.52o，rise為16.77 ?）排列堆積形成病毒衣殼。解析得到的主要衣殼蛋白p8根據結構可以劃分成兩個部分：靠近N端的螺旋HN、靠近C端的螺旋Hc。

　　Dopamine modulates the reward experiences elicited by music

　　在27名受試者聽音樂時，通過藥物控制他們的多巴胺傳遞，研究人員首次發現了多巴胺與音樂產生的快感和動機之間的因果關系。多巴胺前體左旋多巴增加了享樂體驗和動機反應（如購買歌曲的意愿），多巴胺拮抗劑Risperidone可導致二者減少。這些結果對支持獎勵反應的神經生物學和神經化學產生了新的認識，促成了關于人類快樂的公開辯論。

　　人類參與愉快的體驗，如聽音樂、唱歌或玩耍。了解大腦如何將一系列聲音（如音樂）轉化為令人愉快的有益體驗是一項挑戰。

　　在這項研究中，研究人員討論了作為神經遞質的多巴胺，它似乎在愉快經歷和以某種方式表現的動機調節中起主要作用，它是否對音樂誘發的積極體驗也起直接作用呢？為了回答這個問題，作者操縱了參與者神經元受體多巴胺能突觸的可用性。在至少間隔1個星期的三輪不同試驗中，專家讓每位參與者口服一種多巴胺前體（左旋多巴，增強多巴胺的可用性）、一種拮抗劑（Risperidone，減少多巴胺信號傳導）和安慰劑（乳糖，作為對照）。

　　研究人員預測，如果多巴胺在音樂誘發獎勵中起因果作用，左旋多巴和Risperidone會對音樂的快感和動機產生相反的影響。

　　Energetic regulation of coordinated leader-follower dynamics during collective invasion of breast cancer cells

　　近期的研究發現轉移性的癌細胞離開腫瘤時并不是一個個單個離開，而是成群結隊的離開，在此基礎上，來自美國范德堡大學的研究人員進一步發現這個過程其實是有領導者的，也就是說前部細胞消耗更多的能量，通過組織前進，建立一個新的腫瘤部位，如果它感覺累了，就會退后到細胞群的后方，后面的細胞再頂上，繼續前行。

　　文章作者，Cynthia Reinhart-King教授說，這一發現為癌癥代謝組學研究提出了新觀點 ，未來也許可以成為抗擊癌癥的下一個重要因素。這種方法可以補充免疫療法，即利用身體的天然防御來殺死癌細胞。到目前為止，研究人員已利用這種方法減緩腫瘤生長，但Reinhart-King研究組這一新發現的機制可以進一步將其對抗癌癥轉移。

　　“我們的研究首次提出癌細胞轉移，除了用于增殖以外，還在能源方面發揮了作用。這意味著我們也可以通過新陳代謝來控制癌細胞遷移。我們的實驗采用了乳腺癌細胞，但同樣的機制適用于肺癌，結腸直腸癌，皮膚癌和其他癌癥，因此這項研究對于學習如何對抗所有的這些癌癥至關重要。”

　　FDA于2017年批準了首批癌癥代謝藥物。

　　研究人員李詠乳腺癌細胞構建了三維組織。論文一作Jian Zhang研發了計算模型，證明了領導者細胞與追隨者細胞的能量需求。 他表示，領導者需要比其它細胞多出50％的能量，這主要取決于它所穿過的組織的密度，而且細胞每隔兩到八個小時切換一次領導者和追隨者的位置。

　　Reinhart-King表示，這項研究中的關鍵技術之一是熒光生物傳感器，利用這種技術，研究人員可以跟蹤細胞內的能量消耗和生產。

　　Triggering of a Dll4–Notch1 loop impairs wound healing in diabetes

　　卡羅琳斯卡研究所的研究人員發現了一種機制，可以解釋糖尿病患者傷口愈合受損，從而導致糖尿病足潰瘍這種疾病。在糖尿病小鼠中，當確定的信號通路被阻斷時，傷口愈合會得到改善。

　　被鑒定出來的信號通路稱為Notch，由Notch受體（Notch1-4）與其鄰近細胞上的靶分子之間的相互作用激活。這種信號通路以前已知參與細胞分化、細胞遷移和新血管的形成。

　　在這項研究中，研究人員發現糖尿病患者的皮膚以及1型和2型糖尿病小鼠模型的皮膚中都有一種過度激活的Notch1信號。他們通過對培養的皮膚細胞的實驗對其中的機制做了研究。研究人員指出，高血糖水平導致了信號通路持續的激活。

　　這項研究還檢測了當這個信號通路被阻斷時，傷口愈合是如何受到影響的。他們在糖尿病小鼠的皮膚傷口上局部應用阻斷物質，以及對糖尿病小鼠進行基因改造以阻斷其皮膚信號通路，并檢測這兩種方式抑制信號通路對傷口愈合的影響。

　　Testing the retroelement invasion hypothesis for the emergence of the ancestral eukaryotic cell

　　美國伊利諾伊大學香檳分校的科學家們實時觀察到了活細胞內的跳躍基因活動。這項研究的長期研究目標是在分子水平上深入了解進化是如何運作的。直接觀察細胞內的基因組如何重組自我，可讓我們精確測定適應率，并可能揭示了一系列重要的進化問題，包括從生命的出現到癌癥的傳播。

　　所謂“跳躍基因”也就是轉座子或轉座因子(TE)，這種基因無處不在，每個生命領域都攜帶這些DNA序列，它們沿著一條染色體從一個位置“跳”到另一個位置；事實上，有接近一半的人類基因組是由跳躍基因組成的。根據它們特定的切除和插入點，跳躍基因可能中斷或引發基因表達，從而驅動基因突變，并導致細胞的多樣化。

　　自從上個世紀40年代它們被發現以來，研究人員已經能夠研究這些跳躍基因的行為，科學家主要通過間接方法，從大部分結果推斷出單個跳躍基因的活動。然而，這樣的技術不夠敏感，不能準確地確定轉座子如何或為什么跳躍，以及什么因素引發了它們的活動。

　　在最新研究中，研究人員為了在活細胞中觀察這些獨特的細胞進化事件，Kuhlman的團隊設計了一個使用大腸桿菌的合成生物學系統。科學家們把編碼熒光蛋白（在這項研究中，是藍色和黃色熒光蛋白）的報告基因的表達，與轉座子的跳躍活動結合起來。然后，科學家們可以使用熒光顯微鏡直觀地記錄轉座子的活動。

　　文章作者，美國國家科學基金會物理前沿中心活細胞物理中心的物理學教授Thomas Kuhlman指出：“在這項研究中，較之以前的研究，我們看到了比預期更多的跳躍基因正在活動。更重要的是，我們發現這些基因跳躍的頻率，敏感地依賴于細胞如何生長——例如是否有可用的食物讓細胞生長。換句話說，跳躍基因激活并不是完全隨機的，它依賴于環境的反饋。”

　　“這些基因在一個細胞的基因組內跳躍和改變位置。這種活動相當于一個分子系統，這樣，當它們開始跳躍時，整個細胞會發出熒光。在我們的實驗中，細胞在它們不太高興的時候發出最多的熒光。一種學派表明，在這種不快樂的情況下，這樣一種增加的突變率，對多樣化的細胞來說可能是一個優勢。”

　　為了幫助設計實驗，并推斷“如果跳躍以一種純粹隨機的模式發生時會是什么情況”，Nigel Goldenfeld的研究團隊開發了細菌菌落生長的計算機模擬，并預測在隨機的情況下實驗信號會是什么樣子。這些計算表明，實驗不能僅僅被理解為隨機轉座子活動，甚至能提供非隨機性來源的線索，包括環境反饋和遺傳。

　　Goldenfeld說：“我們的工作涉及大量的計算圖像分析，其次是統計分析。為了從原始數據中提取信號和結論，模擬和理論計算對于實驗設計和解釋是很很重要的。只有利用活細胞物理學中心提供的獨特結構，才使得這類合作項目成為可能。”

　　Kuhlman補充說：“最首要的長期研究目標是，在分子水平上深入了解進化是如何運作的。直接觀察細胞內的基因組如何重組自我，可讓我們精確測定適應率，并可能揭示了一系列重要的進化問題——從生命的出現到癌癥的傳播，在這些過程中細胞經歷了快速突變，并轉換了它們的基因組。”