Science一周论文导读 | 2021年1月1日
审校 紫苏 棒冰 邓卓 小勺 咖喱 书牧
制版 阿金
生物学
Biology
Steps toward translocation-independent RNA polymerase inactivation by terminator ATPase ρ
通过终止子ATP酶ρ展开非转运依赖的RNA聚合酶失活步骤
（导读 阿金）因子依赖的转录终止机制尚不完全清楚。本研究解析出一系列冷冻电镜结构，描述了六聚体环状ATP酶ρ在生物通路上终止NusA/NusG修饰的延伸复合物。打开的ρ环会接触转录因子NusA，NusG和RNA聚合酶的数个区域，经过一系列构像变化后， RNA聚合酶失去了对RNA：DNA杂合体的控制并失活。该结果提出ρ和其他终止因子采用类似策略来捕获近乎失活状态的转录复合物。[相关报道：颠覆教科书，冷冻电镜捕获RNA聚合酶转位的图像，揭示转录的真相]
Structural basis of antagonizing the vitamin K catalytic cycle for anticoagulation
拮抗维生素K催化循环抗凝的结构基础
（导读 郭怿暄）维生素K拮抗剂广泛用于靶定维生素K环氧还原酶（VKOR）。本研究解析了人类和河豚VKOR样蛋白与底物和拮抗剂处于不同氧化还原状态的11种晶体结构。底物进入部分氧化状态的活性位点形成半胱氨酸加合物诱导开放-关闭的构象转变，诱发还原。疏水口袋内的氢键相互作用促进结合和催化。拮抗剂特异性结合在相同的氢键残基，诱导形成相似关闭构象。[论文详细信息]
QRICH1 dictates the outcome of ER stress through transcriptional control of proteostasis
QRICH1通过对蛋白稳定性的转录调控决定内质网应激的结局
（导读 王思菲）内质网（ER）应激引起未折叠蛋白反应（UPR），促进ER蛋白质稳态的恢复及细胞存活，或启动细胞程序性死亡。本研究利用单细胞RNA测序确定小鼠肠上皮的UPR转录动态，并结合CRISPR全基因组筛选，对UPR通路功能进行剖析。发现QRICH1是UPR中PERK-eIF2α轴的关键效应因子。QRICH1具有转录调控功能，作用于在病理性炎症及ERUPR中特异性上调的翻译及分泌网络，从而决定ER应激下的细胞命运。[论文详细信息]
Airway stem cells sense hypoxia and differentiate into protective solitary neuroendocrine cells
气道干细胞感受缺氧并分化成保护性的孤立型神经内分泌细胞
（导读 郭怿暄）神经内分泌（NE）细胞是具有神经元特点的上皮细胞，孤立型气道NE细胞的正常生理功能尚不明确。本研究发现小鼠和人的气道基底干细胞可感受缺氧，缺氧诱导干细胞分化为孤立型NE细胞。缺氧时去除这些孤立型NE细胞导致上皮损伤增加，给予NE细胞肽CGRP可挽救过度损伤。该结果表明干细胞可直接感受缺氧，通过分化为孤立型NE细胞分泌保护肽减轻缺氧损伤。[论文详细信息]
Interactions between nascent proteins translated by adjacent ribosomes drive homomer assembly
相邻核糖体翻译的新生蛋白质之间的相互作用驱动同源异构体组装
（导读 阿金）新合成的蛋白质精准组装成功能性低聚物是细胞活性的关键。本研究调查了两种在核糖体附近出现的新生蛋白质的直接相互作用是否是形成低聚物的主要机制。研究人员使用全蛋白质组筛查技术监测新生的链连接核糖体对，识别出上百种同聚体亚基在人类细胞中相互组装。结果表明这种组装机制是限制蛋白质聚积的有效方法，保证了异构特异性同聚体的形成。[论文详细信息]
A tripartite mechanism catalyzes Mad2-Cdc20 assembly at unattached kinetochores
三元机制催化Mad2-Cdc20在未连接的动粒组装
（导读 阿金）在细胞分裂过程中动粒将染色体和纺锤体微管偶联起来。本研究阐明了动粒催化的Mad2-Cdc20组装机制，研究人员通过特异性监测活体细胞中动粒的组装反应过程，发现催化过程展现出一种三元机制，包括Mad2和Cdc20底物的局部递送，以及两种磷酸化依赖的相互作用。研究结果解释了未连接的动粒制造信号保证基因组完整性的具体机制。[论文详细信息]
CDC20 assists its catalytic incorporation in the mitotic checkpoint complex
CDC20协助自身催化渗入有丝分裂检查点复合体
（导读 阿金）HORMA结构域蛋白的开放和封闭拓扑结构分别与细胞通路的失活和激活状态相关联。本研究使用重构的SAC系统，发现CDC20是不可渗透的底物，需要同时连接在几个催化复合体位点上才能接触到MAD2。研究分析表明，检查点催化剂是协助性底物，在MAD2和CDC20空间、时间配合的构象变化中促进MCC组装。该结果定义了其他HORMA控制系统范式。[论文详细信息]
Seroprevalence of anti–SARS-CoV-2 IgG antibodies in Kenyan blood donors
肯尼亚献血者中抗SARS-CoV-2 IgG抗体的血清阳性率
（导读 郭怿暄）SARS-CoV-2在非洲的传播鲜有研究，社区中SARS-CoV-2的暴露状况尚不明确。本研究对2020年4-6月肯尼亚献血者中抗-SARS-CoV-2 IgG抗体的阳性率进行调查，发现粗血清阳性率为5.6%，人口加权、检测结果调整后全国血清阳性率为4.3%，在城市地区蒙巴萨、内罗毕和基苏木最高。SARS-CoV-2的暴露情况比基于病例的监测更为广泛，该结果有助于指导肯尼亚及整个非洲的疫情应答。[论文详细信息]
Evolution of fold switching in a metamorphic protein
变形蛋白中折叠转换的演化
（导读 王思菲）变形蛋白可切换不同折叠方式，但其演化历史仍不明。本研究通过祖先蛋白重建及核磁共振技术，研究了具有两种不同折叠态的人变形蛋白XCL1的演化。结果显示，XCL1从保守且单一的趋化因子结构出发，首先演化为更倾向于另一种非经典折叠的状态，然后达到今天两种折叠态近乎平等的状态。该研究阐明了XCL1蛋白的多种结构的演变过程，并为蛋白质工程设计提供理论帮助。[论文详细信息]
材料科学
Materials Science
A rechargeable zinc-air battery based on zinc peroxide chemistry
基于过氧化锌反应的可充电锌空气电池
（导读 阿金）可充电锌空气电池具有很高的能量密度和安全性，但其电解液存在一些问题。本研究报告一种基于过氧化锌（ZnO2）的可逆生成反应机制，使用三氟甲磺酸锌(Zn(OTf)2)为电解液，在空气正极表面形成疏水性锌离子富集的亥姆赫兹内层，实现过氧化锌化学反应。得到的锌空气电池不仅在空气环境中能够稳定的运行，还展现出持续的可逆性。[相关报道：能源领域里程碑突破——新型非碱性可充电锌空气电池]
Nanoscale control of internal inhomogeneity enhances water transport in desalination membranes
纳米尺度上调控内部不均匀性增强脱盐膜的水传输
（导读 阿金）生物膜具有高渗透性和选择性。本研究用该策略设计脱盐膜。一系列聚酰胺脱盐膜展现出增强的水渗透性和活性层厚度，并保持同样的氯化钠选择性。通过透射电子显微镜测量，确定了纳米尺度下的三维聚酰胺密度图谱，预测水渗透性，密度波动是水传输的决定性因素，可系统性调控聚酰胺不均匀性，在保持盐选择性情况下最大化水渗透性。[相关报道：在纳米尺度，理解反渗透膜的构效关系]
Achieving large uniform tensile elasticity in microfabricated diamond
在微纳金刚石中实现超大均匀拉伸弹性
（导读 阿金）金刚石拥有超宽带隙、超高载流子迁移率和导热性能。本研究在室温沿[100]，[101]和[111]三个方向，对长约1微米，宽约100-300纳米的高质量单晶金刚石桥结构进行了精细微加工，实现了金刚石微桥阵列的深度弹性应变。得到的超大型、高度可控的弹性应变能从基本上改变金刚石的块体能带结构。证明深度弹性应变有望用于声子学、电子学、量子信息技术等领域。[相关报道：改良金刚石的半导体性能]
其他
【Geoscience-地球科学】Aerosol invigoration of atmospheric convection through increases in humidity
增加湿度活化大气对流气溶胶
（导读 紫苏）云-气溶胶相互作用仍然是理解气候和恶劣天气的主要障碍。观测结果表明气溶胶增强了热带雷暴活动，此前的研究已经提出了几种机制来解释这种作用。本研究利用高分辨率大气模拟再现观测到的气溶胶和对流之间的联系，发现此前提出的机制无法解释这种增强作用。而潜在过程显示高气溶胶浓度将更多冷凝水混合到周围空气中的云，导致环境湿度增加。高湿度增强上升气流和对流，这在物理上解释了热带高气溶胶地区会的活跃雷暴。[论文详细信息]
【Physics-物理】Low rattling: A predictive principle for self-organization in active collectives
活跃集体自我组织的预测原则
（导读 阿金）活跃集体中经常能观察到自组织现象，但寻找可以描述远离平衡态的自组织现象的通用原理仍具有挑战。本研究提供一套统一的框架对复杂系统行为进行建模，同时捕捉它们受到外力后的构型依赖响应。研究人员使用能够变形的机器人活性物质，通过实验进行预测，并概括了调控集体行为的方法。研究结果能为设计并控制活性粒子混合物和超材料提供新策略。[相关报道：复杂系统下的个体，如何自发变得有序？]