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2015“中國生命科學領域十大進展”

  • 發佈時間:2016-01-25 02:31:36  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  為推動生命科學領域的創新性發展,充分展示和宣傳我國生命科學領域的重大科研成果,近日,中國科協生命科學學會聯合體組織18個成員學會推薦,經生命科學領域同行專家評審及聯合體主席團評選和審核,向社會公佈了2015年度“中國生命科學領域十大進展”(排名不分先後)。

  入選的十大進展為:;磁受體蛋白MagR的發現;細胞內膽固醇運輸的新機制;細胞炎性壞當機制研究;發育過程中人類原始生殖細胞基因表達網路的表觀遺傳調控;昆蟲長、短翅可塑性發育的分子“開關”;高等植物光系統I光合膜蛋白超分子複合物晶體結構解析;口服重組幽門螺桿菌疫苗研究;剪接體的三維結構以及RNA剪接的分子結構基礎研究;化學重編程中間狀態的鑒定和化學重編程新體系的建立。

  水稻感受和抵禦低溫的機制研究

  水稻起源於熱帶和亞熱帶,對環境低溫非常敏感,限制了其種植區域。人工馴化選擇使粳稻種植能延伸到低積溫帶區域。近年來全球氣候變化導致的異常氣溫頻發,直接威脅水稻的生産,而植物感知低溫機理知之甚少。中國科學院植物研究所種康研究組與中國水稻所錢前研究員等合作發現水稻感受低溫的數量性狀位點基因COLD1賦予了粳稻的耐寒性。該基因編碼一個九次跨膜的G-蛋白信號調節因子,定位於質膜和內質網。遇冷時COLD1與G-蛋白α亞基RGA1互作,激活Ca2+通道、觸發下游耐寒防禦反應;COLD1jap基因起源於中國野生稻而賦予粳稻耐寒性。這是國際上首次報道的植物低溫感受器,揭示了人工馴化賦予粳稻耐寒性的分子細胞學機制。該成果對於水稻耐寒性的分子設計改良有重要的指導意義和潛在的應用前景。本研究成果在2015年7月《Cell》雜誌上以封面論文發表。

  細胞內膽固醇運輸的新機制

  膽固醇是細胞不可或缺的脂類物質,其代謝異常會引起動脈粥樣硬化和神經系統病變。細胞內膽固醇運輸的機制並不清楚。武漢大學宋保亮團隊研究發現,過氧化物酶體與溶酶體之間可産生動態接觸,該過程由溶酶體上的SytVII蛋白結合到過氧化物酶體上的脂質分子PI(4,5)P2來介導。膽固醇正是通過這一新型的細胞器的膜接觸,由溶酶體運輸至過氧化物酶體。許多過氧化物酶體基因突變會導致發育和神經系統功能障礙,該工作第一次揭示了膽固醇堆積是過氧化物酶體紊亂疾病的發病原因之一。這項研究不僅發現了細胞內膽固醇運輸的新機制,揭示了過氧化物酶體細胞器的新功能,更重要的是為治療膽固醇代謝異常相關疾病提供了新的線索和思路。研究成果在2015年4月《Cell》上發表,同期配發了評述文章。

  細胞炎性壞當機制研究

  細胞炎性壞死(細胞焦亡,pyroptosis)是機體的重要免疫防禦反應,在清除病原感染和內源危險信號中均發揮重要作用。細胞焦亡由炎性蛋白酶caspase(caspase-1和caspase-4/5/11)介導,但具體機制完全不清楚。北京生命科學研究所邵峰團隊和廈門大學韓家淮團隊分別獨立鑒定出全新的GSDMD蛋白,並證明GSDMD是所有炎性caspase的共有底物,其切割對於caspase激活細胞焦亡既是必要的也是充分的。這些工作揭示細胞焦亡的關鍵分子機制,為多種自身炎症性疾病和內毒素誘導的敗血症提供了全新的藥物靶點。邵峰和韓家淮論文分佈在《Nature》(2015年10月)和《Cell Research》(2015年12月)上發表。

  口服重組幽門螺桿菌疫苗研究

  幽門螺桿菌(Hp)是慢性胃炎、胃及十二指腸潰瘍的致病菌,是胃癌的主要致病因子。我國胃病患者超過1億,每年因胃癌死亡者達20萬人。第三軍醫大學鄒全明、中國食品藥品檢定研究院曾明和江蘇省疾病預防控制中心朱鳳才三位教授聯合研究,發明瞭“Hp分子內佐劑粘膜疫苗”設計原理和安全高效的首個人用分子內粘膜免疫佐劑;設計與製造出全新的Hp疫苗組份;研究出國際上首個Hp疫苗生産與檢定品質標準。歷時15年,完成了Hp疫苗5000余人參加的臨床試驗,成功研發了具有完全自主智慧財産權的世界首個Hp疫苗,並安全、有效,保護率達71.8%,獲國家1.1 類新藥證書。

  剪接體的三維結構以及RNA剪接的分子結構基礎研究

  “中心法則”是分子生物學中的關鍵定理,描述了細胞最基礎的生命活動。在真核細胞中,蘊藏在基因組DNA序列中的遺傳資訊先傳遞給信使RNA。轉錄的RNA需經剪接體(Spliceosome)成熟之後再翻譯成蛋白質,執行生物學功能。剪接體(Spliceosome)是一個巨大而又複雜的動態分子機器,清華大學施一公課題組創新性地利用酵母細胞內源性蛋白提取獲得了性質良好的樣品,並利用前沿的單顆粒冷凍電子顯微鏡技術,首次解析了酵母剪接體近原子水準的高解析度三維結構,並在此基礎上進行了詳細分析,闡述了剪接體對前體信使RNA執行剪接的工作機理。這一研究成果2015年9月在《Science》雜誌以兩篇“背靠背”的長文發表。

  磁受體蛋白MagR的發現

  生物能否感知及如何感受地球磁場的存在是生命科學中的未解之謎。北京大學生命科學學院謝燦實驗室及合作者發現普遍存在於動物中的磁受體基因,其編碼的磁受體蛋白MagR具備內源磁性,能識別外界磁場並順應磁場方向排列,據此提出一個新的“生物指南針”分子模型。這項發現有助於分析動物遷徙和生物導航之謎,同時也為未來發展基於磁場進行大分子分離純化,操縱細胞活性和動物行為包括磁遺傳學,以及新型磁性生物材料的開發提供了可能。本研究成果在2015年11月《Nature Materials》雜誌上發表。

  昆蟲長、短翅可塑性發育的分子“開關”

  昆蟲長、短翅可變發育是生物發育可塑性的典型例子,是昆蟲進化成功的重要特性。稻飛虱是水稻的最重要害蟲,若蟲可以根據環境條件變化,選擇性地發育為能飛行的長翅型成蟲,或發育為不能飛行但繁殖更強的短翅型,這種可塑性發育是該蟲成為毀滅性大害蟲的重要原因。浙江大學張傳溪教授帶領的團隊研究發現,稻飛虱翅芽的兩個胰島素受體在長、短翅分化中作用相反,起著分子“開關”作用。抑制胰島素受體I基因和胰島素通路會導致轉錄因子FOXO進入細胞核,若蟲就發育為短翅型成蟲;而抑制在翅芽組織中特異表達的胰島素受體II基因就會導致FOXO滯留于翅芽的細胞質,若蟲就發育為長翅型成蟲。本研究成果在2015年3月《Nature》雜誌上發表,被認為“是多型現象分子機理研究的一個里程碑”,在稻飛虱防治上具有重要價值。

  高等植物光系統I 光合膜蛋白超分子複合物晶體結構解析

  光系統I(PSI)光合膜蛋白超分子複合物是光合作用中高效吸能、傳能和轉能的系統,其量子轉化效率幾乎為100%。中國科學院植物研究所匡廷雲、沈建仁研究團隊在原子水準解析度的高等植物光系統I-捕光天線(PSI-LHCI)晶體結構,解析了高等植物PSI-LHCI的精細結構,其中包括16個蛋白亞基和205個輔因子,總分子量約600kDa;揭示光系統I的4個捕光色素蛋白複合體(Lhca1-4)在天然狀態下的結構及相互關係,LHCI全新的色素網路系統和LHCI紅葉綠素的結構,明確提出LHCI向核心能量傳遞可能的4條途徑。該研究成果對於闡明光合作用機理及提高作物光能利用效率和開闢太陽能利用的新途徑都具有重要的理論和實踐意義。該研究成果在2015年5月《Science》期刊以長文的形式並作為封面文章發表。

  發育過程中 人類原始生殖細胞基因表達網路的表觀遺傳調控

  生殖細胞(精子和卵細胞)是人類生命繁衍、維持物種穩定和延續的種子和紐帶,在胚胎發育過程中來自原始生殖細胞。人類原始生殖細胞基因表達網路的特徵及其表觀遺傳學調控一直是亟待解決的重大發育生物學問題。北京大學湯富酬研究團隊與北京大學第三附屬醫院喬傑研究團隊緊密合作,採用單細胞轉錄組高通量測序等一系列關鍵技術,深入、系統地解析了人類原始生殖細胞多個發育階段的轉錄組和DNA甲基化組的動態變化,揭示了人類原始生殖細胞基因表達調控的一系列關鍵獨特特徵,這為人們提供了一個深度解析人類原始生殖細胞中基因表達網路表觀遺傳調控的精準坐標系統,有助於更好地理解人類生殖細胞和早期胚胎發育的根本規律。該項研究未來對輔助生殖技術安全性評估、以及臨床上生殖細胞發育異常相關疾病機理的解析等可能具有重要意義。該研究成果2015年6月在《Cell》期刊發表。

  化學重編程中間狀態的鑒定和化學重編程新體系的建立

  “體細胞重編程”技術可以將已經分化和特化的體細胞誘導逆轉成為“生命之初”的多潛能幹細胞。北京大學鄧宏魁的研究團隊在2013年報道小分子化合物誘導的體細胞重編程技術(化學重編程)的基礎上,發現了化學重編程的一個中間狀態,其基因表達譜、體內發育能力和重編程能力均類似于胚外內胚層(XEN)細胞。這一發現表明化學重編程是一個分子路徑上完全不同於轉基因誘導體細胞重編程的全新途徑,為進一步改進化學重編程體系提供了一個關鍵的分子路標;並將大幅提升了化學誘導的多潛能幹細胞(CiPS細胞)的誘導效率。這一成果體現了小分子化合物調控細胞命運的特點和優勢,有望在再生醫療中為獲得病人自體的組織和器官提供理想的細胞來源。該研究成果2015年12月在《Cell》雜誌發表。

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