《科学》杂志——1月21日当周收录指南

【1】增强子-基因相互作用驱动分裂

性别二态性

在动物界的许多物种中，雄性和雌性的表型是不同的。比如雄性果蝇翅膀上有半点，雌性果蝇没有。加卢齐斯(Galouzis)和普鲁德霍姆(Prud'homme)研究了X连锁黄色基因及其增强子。通过对这种性状的遗传学研究，他们发现证据，这种表型是由增强子和基因之间的反式相互作用引起的，当增强子和基因在雄性中只存在1个拷贝(只有1个X染色体)而在雌性中存在2个拷贝时，这种基因就会沉默。因此，这个基因似乎是受雌雄果蝇中不同的基因组相互作用约束的，是基因转应作用现象的一个例子。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/396

【2】T细胞免疫中的代谢回路

免疫代谢

当幼稚T细胞分化为T效应细胞(Teff)时，它们会经历代谢重编程，从线粒体依赖氧化磷酸化转变为有氧糖酵解。徐科(音)等人发现，乳酸脱氢酶A(LDHA)——一种将丙酮酸转化为乳酸的糖酵解酶，在这一过程中起着关键作用。在感染单核细胞增生李斯特菌的小鼠中分化的Teff细胞，通过磷酸肌醇3激酶(PI3K)信号传导开启LDHA。LDHA通过促进三磷酸腺苷(ATP)的产生，进而促进Teff细胞有效应答所需的转录因子Foxo1的PI3K依赖性失活。因此，糖酵解ATP就像一个变阻器，同时测量和调节PI3K依赖的信号。这种类型的正反馈回路也可能为在癌细胞中观察到的瓦博格效应效应提供一种机制解释。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/405

【3】葡萄糖和半乳糖的酵母开关

代谢进化

有些生物可以根据环境的不同来改变代谢途径。其中一个例子是酵母，它可以在碳源是糖、葡萄糖和半乳糖时变幻。布科克(Boocock)等人表明，这种能力已经经历了自然选择，使得1个物种内的1组酵母菌株中能够维持2个不相容的代谢途径。系统发育分析表明，这些不同的途径是由3个基因介导的，这3个基因在酵母种内和种间的菌株之间存在差异，可能已经维持了1000万到2000万年。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/415

【4】太阳系的两部分组成

宇宙化学

对陨石的测量表明，太阳系内外是由2个不同的物质库组成的。现有的模型认为，这种划分是从木星形成开始的，给原行星星盘打开了一个缺口。不过，利希滕贝格(Lichtenberg)等人认为，雪线，即含有水蒸气和固体冰的区域之间的边界，先向外迁移，然后向内迁移，形成了两个独立的星子种群。然后，这些小行星通过碰撞成长，形成行星。他们使用模型进行的模拟，解释了陨石数据，并与其他恒星周围原行星盘的天文观测结果一致。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/365

【5】打开电荷的传输通道

太阳能电池

在钙钛矿太阳能电池中，提高开路电压需要钝化层，但是其绝缘特性也增加了电池的串联电阻并限制了填充因子。大多数功率转换效率的提高来自于更高的开路电压，而大多数填充因子的提高都是针对小面积电池的。彭军(音)等人使用纳米结构的氧化钛电子传输层，通过创建具有高导电性的局部区域，将大面积电池(1平方厘米)的填充因子提高到0.84。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/390

【6】从进攻到防守

趋同进化

蛇的毒液主要用于制服和/或杀死猎物，大多数毒液有明显的致死或致瘫作用。然而，在一些蛇中，毒液已经从捕食进化成具有保护作用。具体来说，在三种不同血统的“吐液”蛇中，毒液是用来阻吓掠食者的。卡赞丹(Kazandjian)等人的研究表明，类似的适应也发生在那些将细胞毒性成分转化为某种混合物，作用于哺乳动物的感觉神经元并引起疼痛的物种。作者认为，对这些谱系的捕食增加导致了毒液功能的类似变化。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/386

【7】对卵巢癌的先天反应

癌症

上皮性卵巢癌患者的良好预后与免疫细胞浸润肿瘤有关。福特(Foord)等人研究了免疫细胞亚群γδT细胞对相关患者临床结局的影响。作者证明，从卵巢癌患者中分离的肿瘤浸润性γδT细胞具有不同的T细胞受体，与血液或腹水来源的γδT细胞相比，它们具有更多的天然免疫细胞样功能。此外，γδT细胞浸润肿瘤与卵巢癌患者生存率增加有关。这些发现提示促进γδT细胞反应可能是治疗卵巢癌的一种选择。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/358.7?rss=1

【8】脉冲共振

动物机器人

水母和鱿鱼在水中穿行，靠的是脉冲喷射推动自己。脉冲喷射是一个循环过程，它们体内存在一个空腔，空腔的扩张和收缩驱动液体的吸入和排出。受这些生物的启发，比雅尔(Bujard)等人开发了一种类似鱿鱼的机器人，模仿它们的推进行为。这种灵活的自行式机器人可以通过共振来增强喷射推进力，从而达到与生物机器人相当的游泳效率。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/358.8

【9】抗病毒反应因性别而异

冠状病毒

对男性的死亡风险高于女性，是否有生物学因素可以解释这种差异?高桥和岩崎探讨了男性和女性抗病毒免疫反应的差异，尤其是考虑年龄因素的情况下。他们还探讨了COVID-19患者免疫反应谱的性别差异，以及这是否会影响死亡率、再感染和疫苗反应等。这些因素可能对激素变化(如激素治疗和绝经妇女)、性发育障碍和变性人的抗病毒反应有影响。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/347

【10】从发育到得病

神经发育

当大脑发育出现问题时，无论是在基因、细胞或回路中，神经发育障碍就会接踵而至。克林勒(Klingler)等人综述了发育障碍是如何导致临床症状的，特别关注了皮质畸形和神经精神疾病之间的联系。发育过程的复杂性可能是症状变异的基础。

原因：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/eaba4517

【11】Cryo-EM揭示多梳蛋白相互作用

染色质

多梳家族酶包括染色质修饰剂PRC1和PRC2，它们会参与基因抑制。虽然这些配合物的催化功能是众所周知的，但相互之间的功能关系还不清楚。卡西纳特(Kasinath)等人利用低温电子显微镜(cryo EM)观察了含有泛素化组蛋白H2A(PRC1的产物)的核小体与PRC2激活辅因子JARID2和AEBP2之间的相互作用，为PRC2依赖PRC1的募集提供了分子基础。他们还表明，JARID2和AEBP2通过组蛋白上的2个三甲基赖氨酸转录标记部分克服了PRC2的抑制作用。这项工作表明，PRC2调控涉及PRC2辅因子和组蛋白翻译后修饰之间复杂的相互作用。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/eabc3393

【12】组蛋白修饰之间的串扰

染色质

组蛋白修饰在真核生物基因组转录和沉默的复杂蛋白质网络中起着关键作用。沉积它们的酶的催化活性会经历时空微调;一个例子是反组蛋白串扰，其中一个组蛋白修饰激活负责另一个组蛋白修饰的酶。瓦伦西亚(Valencia)-桑切斯(Sánchez)等人表明，组蛋白H4赖氨酸16乙酰化(H4K16ac)是去浓缩、转录允许染色质的标志，直接刺激Dot1组蛋白H3赖氨酸79甲基转移酶。数据解释了H4K16ac对Dot1的调控，并显示了它与Dot1的第2个正调控因子组蛋白H2B泛素化相协调的机制。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/eabc6663

【13】细胞美是浅层的

单细胞基因组学

皮肤除了起着屏障作用，防止病原体进入人体以外，还有其他功能。雷诺兹(Reynolds)等人利用单细胞测序技术，结合未成年/成年数据生成了一个人类皮肤图谱，确定了不同皮肤细胞群之间的差异和相似之处。在该图谱中，被研究的2种疾病状态——过敏性皮肤炎和牛皮癣的基因表达与健康成人不同，胎儿皮肤特征在成人炎症皮肤中得到了表达。此外，健康胎儿和成人皮肤的免疫细胞组成与患病个体之间的差异也被观察到。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/eaba6500

【14】观察一个相变的展开

超快显微束

层状材料1t-多型二硫化钽具有多个复杂的电荷有序相。用目前的技术很难直接观察到一个相到底是如何转变成另一个相的。但兹(Danz)等人使用泵浦探针超快暗场电子显微镜以精细的空间和时间分辨率跟踪了这种转变(见第2篇文章)。为了达到这个目的，他们设计出以电子束作为探针的方式，以展示出这种转变所特有的特征。

原文：

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/371

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/341

【15】单原子反应性模型

表面化学

在氧还原等高要求反应中，贵金属通常表现最好，这一结果通常由其d带的位置来解释。降低贵金属成本的一种方法是将它们分散成单个原子。为了模拟负载单原子的反应性，胡瓦(Hulva)等人在Fe3O4(001)载体上蒸发了不同的过渡金属，如镍、银和铱。单个原子吸附在2排表面铁原子之间的同一个双重位置。在CO吸附作为反应性的替代物的研究中，d带会受到载体电荷转移和CO诱导的结构变化的强烈影响。与仅基于电子结构的预期值相比，这些效应会削弱吸附能。

原文：https://science.sciencemag.org/content/371/6527/375

【16】用铱保持Z-烯烃的完整性

有机化学

过渡金属催化提供了一种修饰碳-碳双键附近的碳中心的通用方法。然而，在这些反应过程中，双键往往会被削弱，使其取代基来回旋转。因此，如果两个大的基团开始在键轴的同一侧(一种称为Z-烯烃的几何结构)，它们最终会出现在产物的相反一侧。蒋茹(音)等人报道了一种手性铱催化剂，它可以阻止这种旋转，其时间刚好足以选择性地取代相邻的碳对映体(参见第2篇文章)。

原文：

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/380

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/345

【17】沙门氏菌会从免疫代谢中受益

宿主防御

在感染过程中，各种免疫细胞发生广泛的代谢重组。细胞内病原体是否能利用这些变化，仍然是一个悬而未决的问题。罗森博格(Rosenberg)等人报告说，感染沙门氏菌血清型鼠伤寒(S.Tm)可诱导巨噬细胞内代谢物琥珀酸盐的积聚(见第2篇文章)。柠檬酸循环中的这一关键中间产物激活了S.Tm中的毒力基因，从而导致微生物的抗性。此外，S.Tm毒力和在巨噬细胞内存活，必须依靠琥珀酸通过C4二羧酸转运蛋白DcuB的主动转运。对柠檬酸循环中间产物的感知，可能可以作为启动细胞内病原体抗性程序更普遍的线索。

原文：

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/400

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/344

【18】表皮信息素的昼夜调节

蚊子生物学

几种按蚊是非洲重要的疟疾媒介。雄性蚊子在一天中的某些时间表现出特定物种的群集行为，以吸引雌性蚊子交配。王冠东(音)等人发现，代谢和免疫功能基因的转录模式，明显表现出与蚊群生理需求相关的昼夜节律(见第2篇文章)。通过改变温度和光照条件，敲除昼夜节律时钟调控的主基因周期和时间，结合笼子实验和封闭的野外条件，作者破坏了蚊子的交配行为。敲除节律表达的去饱和酶，减少了角质层碳氢化合物信息素的生产，限制了交配成功率。蚊子交配行为昼夜调节的这些关键相互作用的组成部分，是替代疟疾控制策略的潜在目标。

原文：

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/411

https://science.sciencemag.org/content/371/6527/340

【19】氘基化错误会致病

发育生物学

许多蛋白质的正常功能需要泛素化的可逆修饰，而泛素化的失败会导致疾病。贝克(Beck)等人发现了X连锁OTUD5基因的一个缺陷，并收集了一组具有相似表型的男性患者。所有患者的OTUD5都有错义变异。通过对患者组织和动物模型的分析，他们发现了一种常见的氘基化缺陷，并证明这种错误损害了神经外胚层分化，他们称之为连锁综合征(连锁特异性氘基化缺陷诱导的胚胎缺陷)。这项工作证明了连锁特异性泛素切割对染色质重塑过程和发育的关键重要性。

原文：https://advances.sciencemag.org/content/7/4/eabe2116

【20】PD-1封锁带来危险

免疫疗法

抑制程序性死亡-1(PD-1)检查点通路，可以使多种癌症中T细胞介导的抗肿瘤反应增强，这表明抗PD-1治疗也可能增强慢性感染(包括结核病)中的T细胞免疫。考夫曼(Kauffman)等人研究了抗PD-1抗体治疗对恒河猴结核分枝杆菌(Mtb)感染临床进程的影响。在接受抗PD-1输注的猴子中，CD8 T细胞反应增强，但更强的CD8 T细胞反应与促炎细胞因子增加、CD4 T细胞功能受损以及肺部肉芽肿中的细菌负荷增加相关。在非人灵长类动物模型中的这些发现表明，有Mtb暴露史的癌症患者需要谨慎使用抗PD-1治疗。

原文：https://immunology.sciencemag.org/content/6/55/eabf3861