4.16 丁香实验科研资讯早报（每日更新）

4月16日 丁香实验科研早报

① Nature，Science同时撤稿，第一作者负全部责任

能同时在Science和Nature两大顶级杂志上发表论文，无论国内外都肯定不容易，而4月11日这两大杂志宣布，撤销剑桥大学Steve Jackson和布里斯托大学Abderrahmane Kaidi（此前是前者的博士后）的两篇论文，原因是数据造假，剑桥大学和布里斯托大学对此展开了调查，认为责任应由Kaidi一人承担。

这两篇文章分别为“KAT5 tyrosine phosphorylation couples chromatin sensing to ATM signalling”（Nature，2013）；“Human SIRT6 promotes DNA end resection through CtIP deacetylation”（Science，2010）。

第一篇文章已被引用119次，研究发现在DNA损伤后，c-Abl激酶磷酸化“酪氨酸44”上的KAT5，增强其与H3K9me3的相互作用，并允许由ATM介导的信号作用来启动DNA损伤检查点。

当DNA发生双链断裂时，ATM激酶便被激发。“乙酰转移酶” KAT5向被修饰的组蛋白标记物H3K9me3上的结合通过使该激酶乙酰化来促进ATM激发。这些发现也许可帮助解释“赖氨酸脱乙酰基酶”（它们作为治疗药物正在研发中）的作用机制，因此也许还能为应该怎样最好地将这类药物用于癌症和神经退化疾病的治疗提供线索。

第二篇文章被引用了240次，认为人源SIRT6能通过CtIP去乙酰化促进DNA末端切除。去年8月，文章通讯作者Jackson和剑桥大学展开调查，证明报告中使用的研究数据被伪造。Science撤稿声明表示，“经过调查，剑桥大学得出结论认为报告中使用的研究数据是伪造的。”Nature的撤销声明则指出“由于图形和基础数据的问题，作者撤回本文，纠正相关的错误。作者无法确定受影响的结果，因此希望撤回该文章。两位作者Abderrahmane Kaidi和Stephen P. Jackson都赞同撤退。”

目前Kaidi已经因学术不端从其任职的英国布里斯托大学辞职（2018年9月）。

布里斯托尔大学发言人表示，“Kaidi博士已经承认其编造了研究数据，并向其它研究机构的合作者谎称已经完成了实验。此外，在他辞职期间，他将接受有关他在实验室中对其研究小组其他成员的欺凌行为的调查。”

声明中同时表示， Kaidi博士对他的造假行为负有全部责任，并不涉及其研究小组的其它研究成员。

② Nature：“一箭双雕”解决心脏病学中最大的问题

目前住院治疗心力衰竭的患者中有一半缺乏合适的治疗方案，来自德州大学西南医学中心的心脏病学研究人员提出了一种“一箭双雕”的新方法，帮助解决这一问题，这一研究成果公布在Nature杂志上。

“有两种类型的心力衰竭。一种称为HFrEF，可以利用包括药物，装置和移植的方法进行治疗，另外一种——HFpEF则完全没有可以选择的治疗方法，”UT西南大学心脏病学科主任Joseph Hill博士解释说。

“HFpEF是心脏病学中最大的挑战。如果能找到一种方法检测它，这将是一个重大的进步。”

据美国CDC统计，美国有570万人患有心力衰竭。

HFpEF即Heart failure with preserved ejection fraction，也就是射血分数保留的心力衰竭是一种致死性疾病，目前尚没有有效的临床疗法。患有这种疾病的患者心肌变得太僵硬，不能有效地抽血。大多数HFpEF患者肥胖，患有糖尿病，并患有代谢综合征。

射血分数下降的心衰（Heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）则不同，这种患者心肌不能充分收缩，因此能将较少的富氧血液排出体内。

之前HFpEF心力衰竭模型侧重于提高一种叫做 NO-synthesize enzyme（一氧化氮合成酶）的水平。

然而，对于HFpEF来说，实际上存在太多的NO合成酶。Hill博士指出，已有FDA批准的药物可以抑制这种NO合成酶，这有助于迅速开发新的治疗方法。

一箭双雕

Hill博士的团队研究了当前无效的HFpEF模型，并得出结论指出这些模型无法正确反映他们在人类患者临床上看到的实际情况。他们发现，将高脂肪饮食与提高血压的药物结合起来，可以带来了“一箭双雕”的模型。

之后，研究人员在细胞水平上检查了模型结果，并将其与人类细胞进行了比较。他们发现这个模型能复制人体状况，从而为科学家提供了一个准确的生物图像，极大地促进新疗法的发展。

“HFpEF领域公认的研究差距是缺乏充分代表这种复杂疾病进展的相关实验模型。我们的研究是促进了HFpEF模型的发展，有助于更好地理解疾病病理生理学”。

Hill博士说：“心力衰竭是患者众多，而且数量正在不断增加。通过这个模型，我们将能够找到根本原因，以便挖出问题的根源。”

目前研究人员目前进入人体临床试验。希望能帮助所有心力衰竭患者制定治疗方案。

③ 普林斯顿大学发现了一种可以帮助癌症扩散到骨骼的相互作用

普林斯顿大学的研究人员发现了一个促进癌症向骨骼扩散的因素，这为治疗癌症开辟了道路，未来人们可以借此减少癌症在骨骼中的定植能力。

这一研究成果公布在4月15日的《Nature Cell Biology》杂志上，文章的通讯作者是普林斯顿分子生物学系康毅滨教授，他表示：“大多数人类癌症都是上皮细胞癌”, 癌从一个单一的突变细胞发展成一个肿瘤。原位肿瘤可能直接破坏宿主器官的功能，并间接影响身体的其他部分。然而，最危险的是当癌症发生转移，也就是说，扩散到其它遥远的组织或器官。例如，乳腺癌通常转移到肺、肝、脑和骨。肿瘤发生转移的患者遭受更大的系统性破坏，并且不太可能成功治愈。大多数癌症死亡发生在转移之后，所以了解什么信号控制或促进这个过程是很重要的。

“上皮细胞通常不能运动，但癌细胞会经历一个叫做上皮间充质转变（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的过程，从而变得更具迁移性并逃离原发肿瘤，”康教授解释说。一旦它们到达远处的器官，它们就必须经过相反的过程，即间充质-上皮转变（MET），以恢复到上皮状态，开始增殖并形成转移群落。

虽然关于EMT已经有了深入系统的研究，但是驱动MET的信号仍然基本未知。一些科学家认为，MET是由癌细胞表面蛋白质与相应配体或受体之间的相互作用触发的，这些配体或受体也存在于被转移癌细胞侵袭的正常组织原有的细胞上。普林斯顿大学的研究人员在研究导致癌症转移和骨骼MET信号时，注意到了一种叫做E-选择素（E-selectin）的粘附分子。

E-选择素存在于遍布全身的毛细血管的细胞上，通过给予免疫细胞一些依附物，它有助于在炎症期间从血液中招募免疫细胞。长期以来，人们一直怀疑，在转移过程中，E-选择素可能以类似的方式促进癌细胞向二级器官的“移民”，然而，还没有发现这方面的证据。事实上，缺失E-选择素的小鼠发生肺转移的几率并没有减少。这可能部分由于E-选择素的分布；这项新研究发现E-选择素在骨血管中的表达比其他组织包括肺和肝高很多，他们观察到缺失E-选择素的小鼠比正常动物更不容易发生骨转移。重要的是，骨骼血管中的E-选择素已被证实是支持造血干细胞的骨骼血管微环境中起作用的一个重要分子。

“我们的研究表明，这种干细胞微环境被转移癌细胞所劫持，因此E-选择素可以在癌细胞生长的早期阶段培育癌细胞，”康教授实验室的博士后研究员、论文一作Mark Esposito说。

康教授补充道：“我们在这项研究中发现，当肿瘤细胞与骨血管E-选择素结合时，它们会经历MET，同时通过提高Wnt信号通路以增强其癌干细胞特性并促进新的肿瘤生长。”

骨E-选择素如何刺激癌细胞的这些反应？“E-选择素结合需要通过一个酶蛋白家族催化的独特的糖修饰对其配体进行特殊的修饰。”E-选择素与这种特殊修饰的癌细胞蛋白的结合是刺激MET并支持癌细胞生长的原因。这种配体的性质目前还不清楚，需要进一步研究。

不管其身份如何，已经很清楚的是这种配体会强烈影响癌症的结局。对人类乳腺癌患者人群的分析表明，糖修饰蛋白的高表达与转移性复发的可能性更大。此外，研究人员还发现了作为骨转移的预后标志的Glg1蛋白，他们认为Glg1可能有助于配体的成熟或表面表达。这些发现提出了一个诱人的可能性：干扰配体与E-选择素相互作用的能力也许能减少骨转移。

为了研究这个问题，课题组使用了一种叫做Uproleselan的药物，该药物是糖的类似化合物，可以阻止E-选择素的结合。用Uproleselan进行的实验表明，它能显著减少骨转移，并且对注射的小鼠提供生存优势。

康教授说：“尽管在临床上还没有进行试验，但在小鼠实验表明，这种拟糖化合物有助于减少骨转移。”

原文检索：Bone Vascular Niche E-selectin Induces Mesenchymal-Epithelial Transition and Wnt Activation in Cancer Cells to Promote Bone Metastasis. Nature Cell Biology.

④ 生长激素居然有个隐藏功能——阻止你减肥！

西圣保罗大学（USP）的研究人员发现，刺激骨骼成熟和线性骨骼生长，并在整个生命过程中帮助维持组织和器官的生长激素（GH）在身体减重时也直接作用于大脑，让身体进入“节能模式”。这一发现刚刚发表在《Nature Communications》杂志上。

“生长激素已为人所知几十年了，但我们的发现表明它的作用远远超出我们的想象，”José Donato Junior说，他是圣保罗大学生物医学科学研究所（ICB-USP）的教授，也是这篇论文的作者之一。

“生长激素受体大量存在于肌肉和组织、肝脏和直接参与生长代谢的器官中，但我们发现大脑中也充满生长激素受体。这是全新的，”Donato说。

“我们还发现，大脑的生长激素不仅与生长代谢有关，而且最重要的是，它会影响我们在饥饿或节食时保存能量的代谢反应。这一新发现对科学来说也是新的，对于理解为什么减肥如此困难具有重要意义。”

作为“生长激素在大脑中的作用：神经功能和疾病的相关性”课题的一部分，该参与项目的成员除了ICB-USP相关的研究人员外，还包括圣保罗大学Ribeirão Preto医学院（FMRP-USP）、阿根廷拉普拉塔国立大学（UNLP）和美国俄亥俄大学的科学家们。

“几十年来，科学家们一直在努力理解，为什么在成功节食后，要维持体重还是如此困难，为什么减掉的肥肉重新长回来如此容易！迄今为止，瘦素一直被认为是最主要的激素，当我们饿的时候，它可以起到节能的作用，”Donato说。

他解释说，众所周知，血液中的瘦素水平会随着体重的减轻而降低，但这一知识从未导致过成功的减肥饮食或瘦素疗法，即不会很快打回原形的减肥策略。

“除瘦素外，减肥过程显然还涉及几种代谢过程和几种激素。我们发现，作为对体重出现减轻的反应，GH以类似瘦素的方式作用于大脑。区别在于，瘦素水平下降，GH恰恰相反，体重减轻会导致血液中GH水平升高，”Donato说。

“在最近发表的文章中，我们发现中枢生长激素信号也能促进食物缺乏时的神经内分泌适应。”

大脑中的GH受体位于下丘脑，这里是自主神经系统的最高中心。下丘脑的脉冲影响神经营养系统的细胞，调节肠道和血管、心肌、所有腺体和肾脏等器官的平滑肌组织。

研究人员发现，下丘脑中的GH受体特异性地激活了一小部分被称为AgRP的神经元，AgRP是agouti相关蛋白的缩写。AgRP神经元反过来增加AgRP的产生，从而增加食欲，减少能量代谢和消耗。

AgRP是最有效的食欲刺激剂之一。Donato说：“我们很好奇，在下丘脑数十亿个神经元中，只有几千个AgRP神经元竟能发挥如此重要的作用。”

节能

为了详细研究生长激素信号传导对AgRP神经元的影响，AgRP的科学家和同事用AgRP特异性生长激素受体消融术培育了转基因小鼠（AgRP GHR敲除小鼠）。他们的实验还使用了由未经基因修饰的野生型小鼠组成的对照组。

在各种实验中，研究人员测量了两组受60%食物限制饮食的小鼠的全身能量消耗。他们的目的是确定对由此产生的能源短缺缺乏适应性反应是否会对能源平衡产生重大影响。

他们发现对照组小鼠在食物限制期间减少了能量消耗，这与在这种情况下保存能量的适应性反应一致。但是，AgRP GHR KO小鼠在食物限制期间的能量消耗显著减少，这表明他们没有像对照组小鼠那样有效地节约能量。

由于脂肪量（能量储备）减少，以及瘦体重含量（重要器官、骨骼、肌肉、韧带、肌腱和体液）减少，AgRP GHR KO小鼠的体重减轻率较高。

“换句话说，我们发现体重减轻会引起下丘脑GH水平的增加，从而激活AgRP神经元，使我们的体重增加，增强饥饿感，使体重减轻变得更困难。这与瘦素的作用完全相同，”Donato说。

他补充说，能量守恒对生物体非常重要，进化赋予人类两种能量守恒机制，一种是瘦素激活的，另一种是GH激活的。

“一个作为另一个的备份。这就是为什么单纯以瘦素为基础的减肥疗法不起作用。GH机制必须同时处理，”Donato说。

原文检索：Growth hormone regulates neuroendocrine responses to weight loss via AgRP neurons

⑤ 新工具：人工智能比人类更快地识别出神经元

深度学习算法能在很短的时间内准确地映射出活跃的神经元。

Duke大学生物医学工程开发了一种可以像人类研究员一样精确追踪活动神经元形状的自动化工具，而且用时很短。

这项技术基于人工智能来解释视频图像，解决了神经元分析中的一个关键障碍，使研究人员能够快速收集和处理神经元信号，进行实时行为研究。

文章发表在本周的《PNAS》杂志。

为了测量神经活动，研究人员通常使用一种被称为双光子钙成像的程序，允许他们记录活动物大脑中单个神经元的活动。这些记录使研究人员能够跟踪哪些神经元在放电，以及它们如何潜在地对应不同的行为。

虽然这些测量方法对行为研究很有用，但在记录中识别单个神经元却是一个艰苦的过程。目前，最精确的方法需要一名人类分析师圈出他们在视频中看到的每一个“火花”，重复停止-倒带，直到识别并保存目标神经元。更加复杂的是，研究者们通常感兴趣的一小部分活动神经元藏匿于在不同层次上重叠的数千个被成像的神经元之中。

这个过程称为分割（segmentation），既繁琐又缓慢。研究人员不得不花4到24小时在30分钟的视频记录中分割神经元，前提是他们在整个过程中都是全神贯注的，不能休息睡觉、吃饭或上厕所。

相比之下，Duke大学生物医学工程系的图像处理和神经科学研究人员开发的一种新的开源自动算法可以在几分钟内准确识别和分割神经元。

“作为完成大脑活动绘图的关键一步，我们面临着一项艰巨的挑战，即开发一种与人类一样精确的快速自动算法，在不同的实验环境下对各种活动神经元进行图像分割，”生物工程系神经生物学研究员Sina Farsiu副教授说。

助理教授Yiyang Gong说：“在神经科学中数据分析瓶颈已经存在了很长一段时间——数据分析师花了数小时/数天处理数分钟的数据，我们开发的新算法却可以在20到30分钟内处理30分钟的视频。我们还能归纳它的性能，因此，如果我们需要从另一层大脑中分割出不同大小或密度的神经元，它也能同样良好地工作。”

BME博士生、论文第一作者Somayyeh Soltanian-Zadeh说：“我们的基于深度学习的算法速度很快，而且被证明在从双光子显微镜记录中分割活跃和重叠的神经元方面与（如果不是更胜于的话）人类专家同样准确。”

深度学习算法允许研究人员通过多层非线性处理单元快速处理大量数据，这些非线性处理单元可以被训练识别复杂图像的不同部分。在他们的框架中，这个团队创建了一个算法，可以处理输入视频中的空间和时间信息。然后，他们对算法进行“训练”，在提高准确性的同时模仿人类分析师的分割。

这一进展是神经科学家实现实时跟踪神经活动的关键一步。该工具具有广泛的实用性，团队已经将他们的软件和注释数据集放到网上，提供在线使用服务。

Gong已经开始用新方法更密切地研究与小鼠不同行为相关的神经活动了。他希望通过更好地了解哪些神经元因不同的活动而激发，从而了解研究人员如何通过操纵大脑活动来改变行为。

Soltanian-Zadeh说：“活动神经元检测的技术改进可以提供更多关于神经网络和行为状态的信息，并为神经科学实验的加速进展打开大门。”

原文检索：Fast and Robust Active Neuron Segmentation in Two-Photon Calcium Imaging Using Spatio-Temporal Deep-Learning

⑥ Nature Biotechnology小小改动，让CRISPR的精确度提高50倍！

一种添加的RNA“发夹”结构能了CRISPR准确度提供50倍

杜克大学生物医学工程科学家研发出一种新方法，可以将CRISPR基因组编辑技术的准确性平均提高50倍，他们相信这种技术将能很快应用到多种编辑技术上。

具体来说，这种方法就是在导向RNA上添加一段短“尾巴”，这种“尾巴”会向后折叠，与其自身结合，形成一个“发夹”结构，只有靶向DNA序列能解开。

这一研究成果公布在4月15日的Nature Biotechnology杂志上。

多个CRISPR系统都会产生不必要的遗传编辑

“一般来说，CRISPR准确性高，但已经有了一些例子出现了脱靶效应，因此这个研究领域对于提高特异性普遍关注。但到目前为止提出的解决方案都不能在不同的CRISPR系统之间轻松转换”，文章作者，杜克大学生物医学工程副教授Charles Gersbach说。

CRISPR-Cas9是一种防御系统，细菌用它来靶向和切割入侵病毒的DNA。虽然第一个被设计用于人体细胞的CRISPR技术源自Streptococcus pyogenes这种细菌，但其它细菌也具有其它的形式。

一直以来，科学家们花费了大量时间，找到了特殊的新CRISPR系统，不断添加到CRISPR库中。例如，一些系统较小，适合病毒载体递送至人体细胞用于基因治疗。但无论这些系统的功能如何，都会产生不必要的遗传编辑。

CRISPR系统的一个共同特性是利用RNA分子作为指导，一旦导向RNA找到其互补的基因序列，Cas9酶就像剪刀一样在DNA中切割，促进基因组序列的改变。但是因为每个序列只有20个核苷酸长，而人类基因组含有大约30亿个碱基对，所以搜寻过程漫长，而且CRISPR有时会出现错误，对上了错误的碱基对。

提高CRISPR准确性的一种方法是两个Cas9分子结合到相同DNA序列的相对链上，完成完全切割。虽然这种方法有效，但它会给系统增加更多部件，增加复杂性，难以实现。

另一种方法是对Cas9蛋白进行基因工程改造，使其功效降低，从而更少的犯错误，但是要构建这样的蛋白并不容易，同时对于不同的CRISPR系统，需要不同的蛋白工程设计。

导向RNA的设计

“现在似乎每周都会发现一种新的CRISPR系统，它们具有独特的性质，在特定的应用中非常有效，”Gersbach说，“每当我们发现新的CRISPR蛋白，进行广泛的重新设计并不是一个容易实现的解决方法。”

“我们希望能研发出对于任何类型的CRISPR系统都是通用的方法，”博士生Dewran Kocak说，“所有CRISPR系统的共同点是都需要导向RNA，这些短RNA更易于设计。”

研究人员提出了新的解决方案：将导向RNA延伸多20个核苷酸，让其自身折叠，变成原始导向RNA的“尾巴”，形成发夹形状。如果DNA序列中有一个碱基不正确，这就会形成一种无法解开的锁定，而由于导向RNA更倾向于与DNA结合，因此碰到正确组合的DNA，就能打开，靶向结合。

“我们能够对这种‘锁定’的强度进行微调，方便导向RNA在达到正确匹配时仍能正常工作，”Kocak说。

研究人员表示，这种方法可以将四种不同细菌菌株的五种不同CRISPR系统的编辑准确率（人体细胞切割的准确性）平均提高50倍。在其中一个案例中，甚至提高了200多倍。

“这是一个非常简单的想法，Dewran多年来的工作表明它的工作方式与我们认为的相符，这是一个很好的解决方案，可以摆脱脱靶效应。”

下一步，研究人员希望能够看到这种方法应用于多少种不同的CRISPR变体，并且深入探索锁定机制的工作原理，CRISPR变体之间是否存在差异等。由于这些实验是在培养的细胞中进行的，研究人员也迫切希望看到这种方法在实际动物疾病模型中是否能提高CRISPR的准确性。

原文标题：

Increasing the Specificity of CRISPR Systems with Engineered RNA Secondary Structures

⑦ 难溶性蛋白不再是问题 华人学者提出革新性新方法

新方法有望解决难溶于水的蛋白质难以研究的问题。

我们知道，DNA和基因组是生命的蓝图。但生命功能的具体执行者是根据基因组指令制造的蛋白质，这是生物体的基本要素，为所有细胞提供分子构建模块，也是治疗的关键靶标。

构成人体的蛋白质有许多不同种类，科学家们也一直在进行广泛研究。但由于一些蛋白质难溶于水，因此研究受限，重要的是存在于细胞膜中并作为极大潜力新药靶标的蛋白大多都是难溶于水的蛋白。

为此，来自威斯康星大学麦迪逊分校的一组研究人员展开了深入探索，他们报告了一种能将这些蛋白转化为水溶性蛋白，以便进行质谱分析的新方法。

这一研究成果公布在4月15日的Nature Methods杂志上，由威斯康星大学麦迪逊分校的葛瑛（Ying Ge）领导完成。

“生物体中大约三分之一的蛋白质是膜蛋白，它们在许多生物过程中发挥着重要作用，占细胞中‘可药用’靶标高达三分之二的比率”，葛瑛表示。

而且蛋白质会由于衰老，疾病甚至治疗发生变化，如果能了解这些蛋白，就能帮助我们掌握疾病或病症的过程，深入了解分子水平上发生的变化。

科学家开发了多种研究蛋白质的方法，例如质谱技术，目前的质谱技术已经可以帮助研究人员准确测量蛋白质分子的分子量，揭示蛋白质序列和修饰的细节。

但在研究过程中，大家还是必须首先加入表面活性剂，洗涤剂，将蛋白质从细胞或组织样品中提取出来。然而，传统的表面活性剂会干扰蛋白质的质谱分析。葛瑛研究组希望能找到符合三个关键标准的试剂：水溶性和快速降解、强有力的表面活性剂、与全蛋白质谱相兼容。

为了能从细胞和组织中提取膜蛋白进行分析，他们设计并筛选了大量化合物，从中找到了一种“可光裂解（photocleavable）”的表面活性剂——Azo。

Azo的功能与常规表面活性剂非常相似，只是在表面活性剂分子的中间加入了可以通过简单紫外线照射被破坏的化学键。在进行质谱分析之前，可以通过暴露于光来裂解键，这样Azo就会分裂，仅留下蛋白质分子。

葛瑛说：“Azo能够对整个蛋白质进行有效的质谱分析，开辟了研究膜蛋白质的新道路”，这在以前来说简直就是天方夜谭。这种方法改善了整个蛋白质‘自上而下'的质谱研究方式，从而能够对来自同一基因的多种蛋白质形式进行鸟瞰！这些信息对于理解生物系统和破译疾病机制具有重要意义。

这是具有光可切割键的工程化分子首次用于全蛋白质分析。值得注意的是，Azo合成很方法，可以用作取代最常用的表面活性剂。

威斯康星州校友研究基金会已就这一新技术提交了专利申请。

⑧ 邓兴旺教授Plant Cell发文 合作发现植物器官特异性光响应的新机制

在拟南芥幼苗时期，一类TCP家族转录因子特异性地在子叶中表达，激活SAUR16/50基因的转录，从而促进子叶的打开。TCP4可以直接结合这些SAUR基因的启动子并且激活其表达，但是暗中高表达的PIFs蛋白结合在这些SAUR基因的启动子上，抑制了TCP4蛋白的结合。

北京大学生命科学学院、现代农学院邓兴旺/陈浩东团队与耶鲁大学魏宁研究组合作在国际著名植物学期刊 The Plant Cell上发表题为“The Transcription Factors TCP4 and PIF3 Antagonistically Regulate Organ-specific Light Induction of SAUR Genes to Modulate Cotyledon Opening During De-etiolation in Arabidopsis”的研究论文，揭示了光信号促进植物幼苗子叶打开的分子机制。

光不仅为植物的生长发育提供能量，而且光信号可以调控植物的生长形态和发育过程。暗中生长的双子叶植物幼苗子叶闭合、胚轴快速延伸，利于其快速钻出土壤；见光之后幼苗的子叶快速打开延展，胚轴的快速伸长却受到抑制，可见不同器官的细胞对光信号发生不同的响应。多年来植物光受体及信号传递因子已被深入研究，但未能解释光响应的器官特异性是如何造成的，为什么光对某些基因的调控在不同器官里存在显著差异。

这一研究组之前的工作发现，光能够差异性地调控一类SAUR基因的表达从而形成对子叶和胚轴的不同调控[Sun et al., PNAS, 2016]。比如，光信号激发SAUR16/50基因在子叶中的表达，但同时抑制这些基因在胚轴中的表达。这些SAUR基因可以被光信号核心转录因子PIFs直接结合，然而PIFs蛋白调控SAUR基因表达的分子机制并不清楚。

北京大学生命科学学院、现代农学院邓兴旺/陈浩东团队与耶鲁大学魏宁研究组近期的合作研究发现，在拟南芥幼苗时期，一类TCP家族转录因子特异性地在子叶中表达，激活SAUR16/50基因的转录，从而促进子叶的打开。TCP4可以直接结合这些SAUR基因的启动子并且激活其表达，但是暗中高表达的PIFs蛋白结合在这些SAUR基因的启动子上，抑制了TCP4蛋白的结合。

光信号引起PIFs蛋白的降解，解除其抑制功能，使TCP4蛋白得以结合并且激活这些SAUR基因的表达。综合起来，子叶发育调控因子TCP4负责在子叶中特异性激发SAUR16/50基因的表达，而光信号转录因子PIF3决定了光信号对TCP4-SAUR16/50转录装置的调控，以实现子叶特异性光诱导，从而促进了脱黄化过程中子叶的打开。

北大生命科学学院已毕业博士生、现耶鲁大学博士后董杰为本论文第一作者，生命科学学院、现代农学院陈浩东副研究员与耶鲁大学魏宁课题主持人为本论文共同通讯作者。其他作者包括北京大学现代农学院邓兴旺教授，耶鲁大学Vivian F. Irish教授，北大生命科学学院秦跟基教授、何航副研究员，生命科学学院已毕业博士生现耶鲁大学博士后孙宁，生命科学学院博士生杨晶、邓兆国、兰婧秋。该研究得到了科技部国家重点研发计划、美国国立卫生研究院、国家自然科学基金、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心等的资助。

原文标题：

The Transcription Factors TCP4 and PIF3 Antagonistically Regulate Organ-specific Light Induction of SAUR Genes to Modulate Cotyledon Opening During De-etiolation in Arabidopsis

⑨ EMBO reports揭示线粒体外膜蛋白质量控制的新机制

实验室通过in vivo site specific photocrosslinking等生化手段分析了Msp1和多个底物的互作及降解，发现错误定位的尾锚定蛋白因失去正确互作蛋白等原因，会在细胞质暴露疏水区域。

北京生命科学研究所蒋辉实验室在《EMBO reports》杂志在线发表了题为“Mitochondrial AAA‐ATPase Msp1 detects mislocalized tail‐anchored proteins through a dual‐recognition mechanism”的研究论文。该文章揭示了线粒体外膜AAA –ATPase Msp1识别错误定位到线粒体的尾锚定蛋白(tail-anchored protein)的分子机理。

尾锚定蛋白是一类跨膜区在C端的膜蛋白，定位于特定的细胞器膜上。它们的定位信号包括C端跨膜区及其旁侧序列，被各种分拣机器识别。例如Pex19和GET通路分别分拣定位于过氧化物酶体和内质网的尾锚定蛋白。当分拣机器GET3缺失时，部分尾锚定蛋白会错误定位到线粒体外膜，并被线粒体AAA－ATPase Msp1特异识别并清除。线粒体外膜本身具有多个尾锚定蛋白，Msp1识别底物，区分错误和正确定位的尾锚定蛋白的分子机理尚不清楚。

蒋辉实验室通过in vivo site specific photocrosslinking等生化手段分析了Msp1和多个底物的互作及降解，发现错误定位的尾锚定蛋白因失去正确互作蛋白等原因，会在细胞质暴露疏水区域。这些疏水区域会被Msp1 N端高度保守的疏水氨基酸识别。将Msp1底物疏水区域移植到线粒体自身尾锚定蛋白上可以导致它们被Msp1识别和降解。同时，多个错误定位的尾锚定蛋白在跨膜区膜间隙一侧含有多个带正电的氨基酸。这些序列模拟了线粒体自身尾锚定蛋白的定位序列特征，导致错误定位的发生。相应地，Msp1通过膜间隙一个高度保守的带负电的天冬氨酸识别这这些正电荷，增强蛋白互作。

这种在细胞质和线粒体膜间隙进行双重识别的分子机制帮助Msp1高效识别底物，从而维护线粒体蛋白质组稳定性和保护线粒体功能。

蒋辉实验室李兰兰和郑静为共同第一作者，吴溪博士和蒋辉博士为共同通讯作者。该研究由国家科技部，自然科学基金，北京市科委，中国博士后科学基金及北京博士后研究基金资助，在北京生命科学研究所完成。

原文标题：

Mitochondrial AAA‐ATPase Msp1 detects mislocalized tail‐anchored proteins through a dual‐recognition mechanism