2019年10月Cell期刊不得不看的亮點研究

　　2019年10月份Cell期刊又有哪些亮點研究值得學習呢？小編對此進行了整理，與各位分享。

　　1.Cell：開發出光學混合篩選技術，可在幾天內篩選人細胞中的數千個基因

　　doi:10.1016/j.cell.2019.09.016

　　如今，在一項新的研究中，來自美國麻省理工學院和布羅德研究所的研究人員開發出一種方法，該方法將大規模混合篩選與基于圖像的細胞行為分析相結合。這種稱為光學混合篩選（optical pooled screen）的方法允許人們在空間和時間分辨率下研究基因如何影響細胞過程，而其他的混合篩選方法則無法做到這一點。相關研究結果發表在2019年10月17日的Cell期刊上，論文標題為“Optical Pooled Screens in Human Cells”。論文通訊作者為布羅德研究所核心研究所成員、麻省理工學院生物工程系副教授Paul Blainey博士。論文第一作者為Blainey 實驗室博士后研究員Avtar Singh和Blainey 實驗室物前理學博士生David Feldman。基因編輯大牛張鋒（Feng Zhang）也是這篇論文的共同作者。

圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.09.016。

　　Singh說，“通過這種新方法，任何人都可以在無需專門設備的情況下使用顯微鏡在幾天內篩查數千個基因。”

　　這些研究人員通過對數百萬個細胞中一種稱為p65的蛋白的細胞位置進行成像，研究了952個基因對一種稱為NF-kB的免疫調節復合物的信號轉導活性的影響。他們發現了兩個基因---MED12和MED24---在NFkB信號弛豫過程中的新作用。

　　2.Cell：從拓撲學角度揭示DNA復制之謎

　　doi:10.1016/j.cell.2019.09.034

　　生命分子存在纏繞的現象。但是，DNA雙螺旋中那兩條熟悉的鏈是如何在沒有纏繞的情況下成功復制的，這就很難解釋了。在一項新的研究中，來自美國康奈爾大學的研究人員從拓撲學角度解決了這個問題。他們研究了這種雙螺旋形狀對DNA復制的影響。通過使用真核生物作為模型系統，他們發現染色質（由DNA、組蛋白和非組蛋白等成分組成）的內在機械性能決定著染色質纖維如何纏繞。相關研究結果發表在2019年10月17日的Cell期刊上，論文標題為“Synergistic Coordination of Chromatin Torsional Mechanics and Topoisomerase Activity”。

　　在DNA復制過程--復制體（replisome）將兩條DNA鏈分開并向前移動---中，DNA也必須繞雙螺旋軸纏繞。這會讓DNA承受很大的扭轉應力（torsional stress），從而導致DNA發生額外的扭曲。問題在于：額外的扭曲在哪里發生？如果額外的扭曲僅發生在復制體的正面，那么兩個子DNA分子將不會纏繞在一起，因此它們可以分開。但是，如果額外的扭曲發生在復制體的背面，那么兩個子DNA分子將纏繞在一起，無法分開。這將為細胞分裂過程中的染色體分離創造一個主要問題，這可能導致DNA損傷并導致細胞死亡或癌癥。

　　這些研究人員發現，纏繞單條染色質纖維比纏繞雙條染色質纖維要容易得多。這意味著額外的扭曲將優先發生在復制體的正面，從而讓兩個子DNA分子之間的纏繞最小化。在一個單獨的實驗中，他們發現，一種能解開雙螺旋DNA的酶（拓撲異構酶II）強烈偏愛正面的單條染色質纖維。染色質機械性能和拓撲異構酶活性似乎以協同方式協調，以減少子DNA分子之間的纏繞。

　　3.Cell：重大進展！開發出比CAR-T細胞更安全、用途更廣的cCAR-T細胞技術

　　doi:10.1016/j.cell.2019.10.002

　　在一項新的研究中，來自美國格拉斯通研究所和Xyphos生物科學公司（Xyphos Biosciences, Inc.）的研究人員描述了一種攻擊被HIV感染的細胞的新技術。這種新技術是CAR-T細胞免疫療法的一種新的改進版本。近年來，這種療法因在抵抗血癌上取得的成功而聞名于世。通過改進使得它具有更大的覆蓋范圍和多功能性，這種稱為convertibleCAR T細胞（cCAR-T）的新技術在多個治療領域顯示出了巨大的前景，特別是在抗擊HIV方面，這是因為它可以用來縮小在接受抗逆轉錄病毒療法（ART）期間HIV感染者體內持續存在的受感染細胞的庫存量。相關研究結果于2019年10月24日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Attacking Latent HIV with convertibleCAR-T Cells, a Highly Adaptable Killing Platform”。論文通訊作者為格拉斯通研究所HIV治愈研究中心主任Warner C. Greene博士。

圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.10.002。

　　人們已證實傳統的CAR-T細胞在誘導血癌（比如淋巴瘤和兒童白血病）緩解方面非常成功。但是作為抵抗HIV感染的療法，傳統的CAR-T細胞并不完美。論文第一作者、Greene實驗室科學家Eytan Herzig說，“傳統的CAR-T細胞的一些缺點是它們經過基因改造后靶向癌細胞表面上的單個分子，而且一旦被注射到患者體內，無法對它們進行控制。”

　　Xyphos生物科學公司通過從細胞毒殺傷細胞中分離出靶向抗體克服了這些缺陷。該公司首席科學家David W. Martin博士解釋說：“我們對cCAR-T細胞進行了基因改造，使得這些T細胞可以在其表面上表達受到少量修飾的人類受體蛋白NKG2D。”這種受到修飾的NKG2D受體當與它的搭檔結合時，可以將這些T細胞變成有效的殺手。它的搭檔是一種叫做MIC-A的蛋白質，Xyphos生物科學公司的科學家對它進行了裁剪和修飾，使得它可以與cCAR-T細胞表面上這種經過修飾的NKG2D受體特異性結合。這些科學家隨后將它與靶向抗體的底部融合在一起，從而構建出他們稱為MicAbody的產物。因此，這種靶向性MicAbody緊密地和唯一地結合cCAR-T細胞。

　　為了清除潛伏性HIV病毒庫，Herzig和Greene一直在實驗室中測試稱為廣泛中和抗體（bNAb）的抗HIV抗體。他們與Xyphos生物科學公司的科學家合作，基于bNAb構建出MicAbody（稱為Mic-bNAb），并在各種實驗室分析中測試了cCAR-T細胞和Mic-bNAb的組合使用。

　　在實驗室中，Herzig以感染了各種HIV毒株的多種CD4 T細胞（HIV的天然靶標）為研究對象測試了這些組合。特別是，他使用了源自人類扁桃體的細胞制劑；已知在HIV感染者中，扁桃體T細胞是潛伏性HIV病毒庫。他想確保cCAR-T/Mic-bNAb組合使用能殺死代表潛伏性HIV病毒庫的T細胞類型。

　　結果是顯著的：cCAR-T細胞與Mic-bNAb的組合使用特異性地殺死了受到感染的CD4 T細胞，但未殺死未感染的細胞。它們僅與Mic-bNAb組合使用時才殺死受感染的細胞，然而，不論是單獨使用還是與不靶向HIV的MicAbody組合使用都沒有這種效果。他們殺死了在實驗室中感染了多種HIV毒株的CD4 T細胞。當與靶向HIV的Mic-bNAb和靶向癌細胞的MicAbody組合使用時，cCAR-T細胞可以有效殺死在相同細胞培養物中混合在一起的癌細胞和受到HIV感染的細胞。換句話說，cCAR-T細胞精確地證明了它旨在實現的多功能性和特異性。

　　最后，Herzig和Greene測試了cCAR-T/Mic-bNAb平臺是否可以攻擊接受ART治療的HIV感染者血液中存在的潛伏性HIV病毒庫。為了讓這些細胞對cCAR-T細胞可見，他們首先用強效的稱為“潛伏逆轉劑（latency-reversing agent）”的化合物活化這些細胞培養物。在接觸后48小時內，一半以上活化的表達HIV靶抗原的細胞被清除。Greene總結道，“這個平臺前景廣闊。”

　　4.Cell：開發出BARseq技術，構建出更好的大腦圖譜

　　doi:10.1016/j.cell.2019.09.023

　　美國冷泉港實驗室Anthony Zador教授及其團隊一直在研究大腦回路如何介導和控制復雜的行為，在10年前就著手繪制大腦功能的三個支柱：連接性、基因表達和生理活性。由于尚無有效地做到這一點的技術，他的團隊開發出MAPseq，即一種用來繪制不同腦細胞之間的連接圖譜并更好地了解它們彼此之間如何相互作用的技術。多年來，Zador和他的實驗室持續地改進這種技術。

　　在一項新的研究中，在博士后研究員Xiaoyin Chen的領導中，Zador實驗室介紹了下一代的MAPseq技術：BARseq。這種新技術可用于通過精確地指出神經元所在的位置來擴展大腦圖譜。這使得BARseq不僅可以確定神經元的連接，還可以確定其基因表達模式和生理活性，這是MAPseq不能解決的兩個難題。相關研究結果發表在2019年10月17日的Cell期刊上，論文標題為“High-Throughput Mapping of Long-Range Neuronal Projection Using In Situ Sequencing”。

　　這些研究人員使用BARseq繪制了小鼠大腦聽覺皮層中3579個神經元的連接圖譜。將連接性模式與基因表達相匹配，可使科學家們表征不同的細胞類型并確定其在大腦中的特定功能。這將被證明是研究神經回路如何形成的一種有價值的工具。

　　5.Cell：有趣！雄性和雌性小鼠大腦中或存在不同類型的腦細胞！

　　doi:10.1016/j.cell.2019.09.020

　　近日，一項刊登在國際雜志Cell上的研究報告中，來自加州理工學院等機構的科學家們通過在雄性小鼠中發現了罕見的大腦細胞類型，同時在雌性小鼠中也發現了另外一種特殊類型的大腦細胞，這些存在于大腦特殊區域的性別特異性細胞在控制攻擊性和交配行為上扮演著非常關鍵的角色。

圖片來源：CC0 Public Domain。

　　下丘腦是包括人類在內所有脊椎動物大腦中的一個特殊區域，此前研究表明，下丘腦中特殊的解剖區域（VMHvl，腹內側下丘腦腹外側區域）含有能控制機體攻擊性和交配行為的細胞；在這些研究中，對雄性和雌性小鼠大腦中的神經元進行強烈刺激或能促進小鼠變得更具攻擊性（即使沒有任何威脅），然而，微弱的刺激則會促進小鼠開始交配行為。

　　這項研究中，研究人員通過研究分析了VMHvl區域中單個細胞中的基因表達情況，利用先進的轉錄組學技術，研究人員就能識別出細胞中含有的RNA轉錄物，他們能利用這些信息來識別不同的細胞類型。此前研究中，研究人員分析了每個細胞中10%的轉錄物，而本文研究中，研究者則對大部分RNA轉錄組進行了分析，他們發現，這一小塊區域中含有17種不同類型的大腦細胞，更重要的是，黨對基因表達模式進行分析后，研究者發現，相比雌性小鼠而言，雄性小鼠機體中的這17種細胞類型更為豐富，而其它細胞類型則在雌性小鼠機體中更為豐富。

　　6.Cell：科學家闡明受精卵早期發育的分子機制 有望理解生命起源的奧秘

　　doi:10.1016/j.cell.2019.09.029

　　盡管從學校畢業、找到人生第一份工作和結婚可能是人生中重要的事情，但一些最重要的事情往往發生地更早，即在精子與卵子結合、細胞開始分裂的最初幾天里。受精卵前100個細胞（囊胚）的組織方式對于妊娠是否成功、器官形成甚至以后對個體疾病（比如阿爾茲海默病等）的發生都有著非常深遠的影響；然而，截止到目前為止，研究人員并沒有找到一個好的方法來模擬囊胚形成的方式。

　　近日，一項刊登在國際雜志Cell上的研究報告中，來自索爾克研究所等機構的科學家們通過研究首次從單個培養的細胞創造出了小鼠囊胚樣結構，這一過程繞過了研究者對自然胚胎的需求。這些囊胚樣結構擁有和天然胚泡相同的結構，其甚至能植入到子宮中，這或許就有望幫助研究人員研究人類機體發育、懷孕及不孕等健康問題。

　　本文研究或有望幫助研究者深入探索早期發育缺陷的分子機制；這項研究中，研究人員利用胚胎樣和成體小鼠細胞培育出了囊胚樣結構，將成體細胞置于化學溶液中就能刺激其轉變成為誘導多能干細胞（iPSCs），隨后其就能分化稱為幾乎機體任何一種類型的組織。為了促進ips細胞轉化稱為囊胚樣結構，研究人員將其置于特殊的培養物中，他們希望能夠觀察到在受精卵轉變成囊胚前，細胞是如何開始形成與發育階段類似的結構的。

　　隨著時間延續，連接細胞會開始在內外兩層形成球狀結構，這些細胞面對著內部積累的蛋白質，這就使其與外部細胞變得不同，而向外的細胞也會開始激活一種名為YAP的蛋白，該蛋白能進入到細胞核中開始誘導多種蛋白質進行表達，最終形成胎盤。這種特殊的囊胚樣結構能夠模擬胚胎天然的發育過程，其中含有在原始囊胚中相同的三種原始細胞類型，其能夠表現出類似的基因表達特征，進一步研究表明，這些囊培養結構最終會進一步發育稱為類似于植入后早期胚胎的結構。

　　7.Cell：新發現！科學家揭示癌癥藥物紫杉醇的作用機制！

　　doi:10.1016/j.cell.2019.05.035

　　當化療手段剛剛被開發時，它的前體似乎相對簡單，即通過阻斷腫瘤細胞的增殖來抑制癌癥進展，如今很多藥物能通過不同的機制來發揮這樣的作用，而且已經被證明僅能針對某些腫瘤患者有用；就以藥物紫杉醇為例，其是一種用來治療一系列癌癥的化療藥物，該藥物能干擾細胞分裂，但卻無法在每一位患者機體中產生想要的效應，這表明，該藥物的作用機制要比我們想象之中更為復雜。

　　近日，一項刊登在國際雜志Cell上的研究報告中，來自洛克菲勒大學的科學家們通過研究揭示了藥物紫杉醇的工作機制，同時研究者還闡明了為何紫杉醇對某些癌細胞并沒有作用；相關研究結果或能幫助開發新方法來預測哪些患者能因紫杉醇而獲益，同時還有望幫助開發更多癌癥新型個體化療法。

　　暴露于紫杉醇的細胞會有兩種選擇，其會通過一種稱為“滑脫”（slippage）的過程產生異常的子代細胞，或者直接死亡；研究者發現，當暴露于紫杉醇后，高水平cGAS的細胞往往更易于通過細胞凋亡過程而死亡，相比之下，缺乏cGAS的細胞則會通過進入滑脫過程而在療法中存活下來，這種對化學物質反應的差異性或許具有重要的醫學研究意義。

　　研究者分析了紫杉醇在治療小鼠腫瘤中的有效性，當攜帶cGAS分子時，腫瘤就會減緩生長速度，但在遺傳修飾并不攜帶cGAS的腫瘤中，紫杉醇似乎并不會對腫瘤產生任何效應。隨后研究者在接受紫杉醇或其它類似化合物治療的非小細胞肺癌患者中分析了cGAS的活性水平，結果發現，相比低水平cGAS的患者而言，高水平cGAS的患者對藥物的反應更好一些，而且研究者也并未在接受紫杉醇治療的患者中觀察到cGAS的水平與生存率之間的關聯。

　　8.Cell：新方法純化出高純度的細胞類型

　　doi:10.1016/j.cell.2019.08.006

　　在一項新的研究中，荷蘭胡布勒支研究所的Alexander van Oudenaarden及其團隊開發出一種稱為GateID的方法，該方法能夠在不使用抗體或報告基因的情形下從組織中純化出感興趣的細胞類型。GateID允許科學家們分離出多種細胞類型，比如干細胞，以便對它們進行更詳細的研究。相關研究結果發表在2019年10月3日的Cell期刊上，論文標題為“Cell Type Purification by Single-Cell Transcriptome-Trained Sorting”。

圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.08.006。

　　這些研究人員開發了一種新工具GateID，該工具可以僅根據細胞的天然特征（比如形狀，大小和粒度）純化細胞類型，這些天然特征可以通過流式細胞儀進行測量。這種新方法可以純化感興趣的細胞類型，而不必選擇基因改造生物或市場上銷售的抗體。

　　來自細胞內部和外部的GateID信息。首先，研究人員通過從所選擇的器官或組織中收集單個細胞來產生數據集。對于每個細胞，對這些細胞的天然特征（它們從外面看起來的樣子）和它們的特定基因表達譜（它們在內部的特征）都進行測量。然后，這些研究人員通過它們的基因表達譜來鑒定每個細胞所屬的細胞類型。接著，他們將這些天然特征與鑒定出的細胞類型相偶聯在一起。接下來，GateID能夠選擇最佳的天然特征，以在許多后續實驗中純化所需的細胞類型。他們發現GateID可以將幾種細胞類型分離到較高的純度。

　　9.Cell：首次發現針對III型CRISPR-Cas系統的蛋白抑制劑

　　doi:10.1016/j.cell.2019.09.003

　　在一項新的研究中，來自丹麥哥本哈根大學的研究人員發現一種針對III型CRISPR/Cas系統的抑制劑 ---AcrIIIB1，它是由硫化葉菌病毒（Sulfolobus virus）SIRV2編碼的。AcrIIIB1僅抑制由輔助蛋白Csx1的RNase活性介導的III-B CRISPR/Cas免疫反應。相關研究結果發表在2019年10月3日的Cell期刊上，論文標題為“Inhibition of Type III CRISPR-Cas Immunity by an Archaeal Virus-Encoded Anti-CRISPR Protein”。

　　這些研究人員發現AcrIIIB1似乎并不結合Csx1，但是與兩種不同的III-B效應復合物 ---Cmr-α和Cmr-γ相互作用。當結合前間隔序列轉錄本時，這兩種III-B效應復合物合成環化寡腺苷酸（cyclic oligoadenylate, cOA），所產生的cOA激活Csx1的RNase活性。

　　綜上所述，這些研究人員推斷AcrIIIB1通過干擾一種Csx1 RNase相關過程來抑制III-B CRISPR/Cas免疫反應。

　　10.Cell：黑色素瘤的異質性阻礙了有效的免疫反應

　　doi:10.1016/j.cell.2019.08.032

　　至少癌細胞之間的多樣性不是一件好事。在一項新的研究中，來自以色列魏茨曼科學研究所和美國國家癌癥研究所等研究機構的研究人員發現在黑色素瘤中，如果腫瘤中的細胞能夠分化為更加多樣化的亞型，那么它就不太可能受到免疫系統的影響，這就降低了免疫療法發揮療效的機會。這些研究結果可能為設計針對癌癥患者的個性化治療方案提供了更好的工具，并且為研發抗癌疫苗指明了新的途徑。相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為“UVB-Induced Tumor Heterogeneity Diminishes Immune Response in Melanoma”。

　　根據腫瘤細胞的異質性，繪制出它們的系統發育樹，這能夠讓研究人員開展進一步的實驗，圖片Weizmann Institute of Science。

　　論文共同作者Osnat Bartok說，“我們展示了兩個極端---高度同質性腫瘤和高度異質性腫瘤---之間的差異，但大多數癌癥介于這兩者之間。為了系統地產生具有中等水平遺傳異質性的腫瘤，我們構建出親本異種系的系統發育樹，并繪制出隨時間推移不同的細胞亞型是如何出現的。然后，我們基于這種系統發育樹構建出同質性細胞系的‘混合物’，在體外培養過程中或多或少地會出現異質性，并將它們注射到小鼠體內。”如預料的那樣，細胞混合物形成的腫瘤具有更高的同質性，小鼠的免疫系統就更容易根除癌癥，然而，所形成的腫瘤具有更高的異質性，它們就變得更具侵襲性。

　　論文共同通訊作者、魏茨曼科學研究所分子細胞生物學系的Yardena Samuels說：“我們發現，測試細胞亞型的數量及其在系統發育樹中的位置要比突變負擔更好地預測免疫療法是否取得成功。我們還分析了接受過免疫治療的黑色素瘤患者的數據，發現這些因素與這種治療的成功之間存在高度相關性。最終，我們打算使用我們構建的這種實驗性系統來開發出適用于癌癥患者的個性化治療方案。”