SCIER Author Services

从2021年5月24日到2021年5月27日，中国学者在Nature 及Cell 发表了6项研究成果，iNature系统盘点这些研究成果：

【1】需要清除受损的线粒体以维持线粒体池的质量。2021年5月27日，清华大学俞立团队在Cell 在线发表题为“Mitocytosis, a migrasome-mediated mitochondrial quality-control process”的研究论文，该研究报道了Mitocytosis（线粒体胞吐），这是一种由粒体介导的线粒体质量控制过程。该研究发现，暴露于轻度的线粒体胁迫后，受损的线粒体被转运至迁移体（ migrasomes ），随后从迁移细胞中清除。从机制上讲，线粒体细胞分裂需要将受损的线粒体定位在细胞周围，这是因为受损的线粒体避免与内向运动蛋白结合。在功能上，线粒体胞吐在维持线粒体质量中起重要作用。增强的线粒体胞吐作用可保护细胞免受线粒体应激源诱导的线粒体膜电位（MMP）损失和线粒体呼吸的影响；相反，在正常情况下，阻断细胞分裂会导致MMP丧失和线粒体呼吸。生理上，该研究证明了在体内嗜中性粒细胞中维持MMP和活力需要细胞线粒化作用。总之，线粒体胞吐是细胞迁移过程中重要的线粒体质量控制过程，它将线粒体稳态与细胞迁移耦合在一起。

【2】2021年5月27日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹及云南大学张虎才共同通讯在Cell 在线发表题为“The deep population history of northern East Asia from the Late Pleistocene to the Holocene”的研究论文，该研究使用从阿穆尔地区25.36-3.4 ka的25个个体获得的全基因组数据，该研究显示与田园洞相关的祖先在最后一次冰河期（Last Glacial Maximum，LGM）之前已在东亚北部广泛分布。 在LGM结束时，最早的东亚北部出现在阿穆尔河地区，这一人口是古代东亚北部的基础。阿穆尔州地区的人口从14 ka开始保持遗传连续性，这些早期居民代表了以古西伯利亚人闻名的最接近的东亚血统。该研究还观察到，在LGM之后，EDAR V370A可能已经升高到高频，这表明选择它的可能时机。这项研究深入探讨了东亚北部的人口动态。总之，该研究是首次在东亚地区开展跨度为4万年的大规模人类古基因组研究，且首次利用古基因组在适应性方面探究东亚人群重要表性特征的演化来源，揭示东亚北部距今3,3000-3,400年的人群动态遗传历史，为进一步探索东亚人群与环境的关系提供了重要遗传学证据。

【3】2021年5月25日，清华大学戴琼海，俞立及范静涛共同通讯在Cell 在线发表题为”Iterative tomography with digital adaptive optics permits hour-long intravital observation of 3D subcellular dynamics at millisecond scale“的研究论文，该研究提出了一种计算成像框架，称为数字自适应光学扫描光场相互迭代层析成像（DAOSLIMIT），它具有高速，高分辨率3D成像，平铺波前校正和紧凑型系统的低光毒性。通过同时对整个体积进行层析成像，该研究获得了在225×225×16μm3范围内的体积成像，在数十万个时间点上，毫秒级的横向分辨率高达220 nm，轴向分辨率高达400 nm。为了建立功能，该研究探索了中性粒细胞迁移和肿瘤细胞循环过程中不同物种的大规模细胞迁移和神经活动，并观察了哺乳动物的各种亚细胞动力学（点击阅读）。

【4】2021年5月24日，中国科学院微生物研究所，安徽大学，山西农业大学等多单位合作，王奇慧，高福及齐建勋共同通讯在Cell 在线发表题为“Binding and molecular basis of the bat coronavirus RaTG13 virus to ACE-2 in humans and other species”的研究论文，该研究获得了RaTG13受体结合域（RBD）与人ACE2（hACE2）的复杂结构，并进一步评估了RaTG13 RBD与另外24个ACE2直系同源物的结合。通过将RaTG13 RBD中的残基替换为SARS-CoV-2 RBD中的残基，该研究发现残基501（在VOC 501Y.V1 / V2 / V3中发现的主要位置）在确定RaTG13的潜在宿主范围中起关键作用。该研究还发现SARS-CoV-2可以诱导针对RaTG13的强交叉反应抗体，并确定了SARS-CoV-2 MAb CB6，可以交叉中和RaTG13假病毒。这些结果阐明了RaTG13的受体结合和宿主适应机制，并强调了对动物病毒库携带的冠状病毒（CoV）进行连续监视以防止CoV再次溢出的重要性。

【5】mRNA的加帽和校对在SARS-CoV-2复制和转录中起着至关重要的作用。 2021年5月24日，清华大学，上海科技大学等多单位合作，饶子和，娄智勇及Gao Yan共同通讯在Cell 在线发表题为“Coupling of N7-methyltransferase and 3'-5' exoribonuclease with SARS-CoV-2 polymerase reveals mechanisms for capping and proofreading”的研究论文，该研究以识别为Cap（0）-RTC的形式展示SARS-CoV-2复制转录复合体（RTC）偶联共转录加帽复合体（CCC）的冷冻EM结构，该结构包括nsp12 NiRAN，nsp9，nsp14，以及nsp10蛋白。Nsp9和nsp12 NiRAN将nsp10 / nsp14募集到Cap（0）-RTC中，形成N7-CCC，以在pre-mRNA的5'末端产生cap（0）（7MeGpppA）。通过cryo-EM观察到的Cap（0）-RTC的二聚体形式表明，nsp14 ExoN具有反演回溯机制，有助于与聚合酶nsp12一起对RNA进行校对。这些结果不仅为理解SARS-CoV-2 mRNA的共转录修饰提供了结构基础，而且还阐明了如何维持SARS-CoV-2中的复制保真度。

【6】被子植物（有花植物）是植物界最进化、种类最丰富的植物大类群，在现今陆地生态系统中占据主导地位。被子植物的起源和早期演化一直都是演化生物学中最重要的科学问题之一。而被子植物化石在1亿多年前的白垩纪地层中突然大量出现，似乎与进化论的观点“生物演化是渐进的”相悖，达尔文对此感到困惑不解，称之为“讨厌之谜”。2021年5月6日，中国科学院南京地质古生物研究所史恭乐团队在Nature 在线发表题为“Mesozoic cupules and the origin of the angiosperm second integument”的研究论文，该研究在我国内蒙古发现了一个特异埋藏的早白垩世植物化石群，通过对其中保存精美的硅化植物标本的研究并结合谱系发育分析，发现被子植物的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现。该研究为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据，部分程度上回答了达尔文的“讨厌之谜”。

活体器官中的细胞构成了一个精妙的微观世界，在该世界中，细胞和细胞器的可塑性，相互作用和迁移长期以高时空分辨率在多种生理现象中起着至关重要的作用。大量信号和组织成分的参与提供了一个自然的环境，以反映生物过程的自然动力学，这些生物学过程不仅难以在体外或离体重建，而且在观察生物过程中也面临着巨大挑战：例如，心跳和呼吸会引入运动模糊和伪影，而不会产生很高的成像帧速率。组织中折射率的不均匀分布会导致严重的光学像差，从而降低图像分辨率和信噪比。强光剂量会干扰正常的细胞行为和细胞器功能，导致体内成像的光子分别不均。

为了解决这些问题，在过去的十年中，为发展亚细胞活体显微镜（IVM）进行了各种努力，例如旋转盘共聚焦显微镜（SDCM），自适应光学显微镜（AO），高速双光子显微镜和光片显微镜（LSM），促进了动物的神经科学领域，发育生物学，免疫学和癌症生物学的各种研究，但是，在分辨率，速度，SNR和样品健康之间存在不可避免的权衡。在通常需要对多个平面进行轴向扫描的三维（3D）生物中，情况变得更糟。

文章模式图（图源自Cell ）

因此，一个实验的时间窗口只能支持数百个体积，以避免总光剂量低于〜300 J / cm2的光损伤。LSM通过仅激发对焦区域来避免不必要的曝光来缓解该问题。带有AO的Lattice LSM（LLSM）进一步提高了透明生物体的时空分辨率，但是小视场（FOV）和平铺AO校正都限制了其在大体积下的速度。此外，由于组织的不透明性和空间限制，很难在亚细胞分辨率下将LSM应用于哺乳动物组织。在哺乳动物中以亚细胞分辨率和低光子剂量进行长期，高速成像仍然是一个挑战。

在各种形式的平行体积成像中，光场显微镜（LFM）通过同时对整个体积进行成像提供了最有效的光子解决方案。受益于高速3D成像和紧凑型系统，LFM在大规模神经记录中取得了巨大成功。但是，即使使用高级算法和方案，其空间分辨率和角分辨率之间的内在折衷通常将其分辨率保持在1μm左右，这对于亚细胞结构来说还远远不够，并且限制了细胞生物学的广泛应用。

在这里，该研究提出了一个框架，称为数字AO扫描LF互斥层析成像（DAOSLIMIT），通过利用超大规模时空分辨率和数十万个时间点，以超高的时空分辨率和低光毒性实现像差校正的3D荧光成像。该研究开发了一种紧凑型扫描LFM（sLFM）系统，该系统具有图像平面的周期性漂移，以接近衍射极限的分辨率和全光子效率收集四维（4D）空间角光分布。除了进行各种定量评估和比较外，该研究还展示了其在多种物种（包括果蝇幼虫，斑马鱼和小鼠）中对细胞生物学和神经科学的效用。

版权声明：本文转自“iNature”，文章转载只为学术传播，不代表本号观点，无商业用途，版权归原作者所有，如涉及侵权问题，请联系我们，我们将及时修改或删除。