2023年6月份Cell期刊

2023年6月份即將結束，6月份Cell期刊又有哪些亮點研究值得學習呢？

1.Cell：重大進展！我國科學家基于人工智能的蛋白結構聚類分析，發現一系列新的堿基編輯器
doi:10.1016/j.cell.2023.05.041
在一項新的研究中，中國科學院遺傳與發育生物學研究所的高彩霞（Gao Caixia）課題組使用人工智能（AI）輔助的方法，通過結構預測和分類發現具有功能的新型脫氨酶蛋白。這種方法為發現和構建理想的植物遺傳性狀開辟了一系列的應用。相關研究結果于2023年6月27日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Discovery of deaminase functions by structure-based protein clustering"。

圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.041。

僅僅基于蛋白工程和定向進化的傳統努力有助于使堿基編輯特性多樣化，但挑戰仍然存在。在這項新的研究中，通過使用AlphaFold2預測脫氨酶蛋白家族中蛋白的結構，高彩霞課題組根據結構相似性對脫氨酶進行了聚類和分析。他們在DNA堿基編輯器的背景下鑒定了五種新的具有胞苷脫氨活性的脫氨酶集群。
利用這種方法，他們進一步對一組稱為SCP1.201的以前被認為作用于dsDNA的胞苷脫氨酶進行重新分類：它們主要在ssDNA上進行脫氨。通過隨后的蛋白分析和工程化努力，他們開發了一套具有顯著特征的新的DNA堿基編輯器。這些脫氨酶表現出更高的效率、更低的脫靶編輯事件產生、在不同的序列基序上進行編輯，以及更小的尺寸等特性。

2.Cell：新研究有助于確定使我們成為人類的基因變化
doi:10.1016/j.cell.2023.05.043
大約700萬年前，人類從我們的動物親戚黑猩猩那里分離出來，在進化樹上形成了我們自己的分支。在此后的時間里---從進化的角度看是短暫的---我們的祖*化出了使我們成為人類的性狀，包括比黑猩猩大得多的大腦和更適合用雙腳行走的身體。這些身體上的差異是由我們的DNA水平上的微妙變化所支撐的。然而，在我們和黑猩猩之間的許多微小的基因差異中，很難說哪些對我們的進化有意義。
在一項新的研究中，美國懷特黑德研究所成員Jonathan Weissman、加州大學舊金山分校助理教授Alex Pollen、Weissman實驗室博士后Richard She、Pollen實驗室研究生Tyler Fair及其同事們利用Weissman實驗室開發的前沿工具，將人類和黑猩猩如何依賴某些基因的關鍵差異的范圍縮小了。這一發現可能為人類和黑猩猩如何進化---包括人類如何能夠長出相對較大的大腦---提供的線索。相關研究結果于2023年6月20日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Comparative landscape of genetic dependencies in human and chimpanzee stem cells"。

圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.043。

人類和黑猩猩之間只有少數幾個基因有根本性的不同；這兩個物種的其他基因通常幾乎是相同的。這兩個物種之間的差異往往歸結于細胞何時以及如何使用這些幾乎相同的基因。然而，這兩個物種在基因使用方面的許多差異中，僅其中的一些差異導致了身體性狀上的巨大變化。這些作者開發了一種方法來縮小這些有影響的差異的范圍。
他們的方法使用由人類和黑猩猩皮膚樣本衍生而來的干細胞，依賴于Weissman實驗室開發的一種名為CRISPR干擾（CRISPRi）的工具。CRISPRi使用CRISPR/Cas9基因編輯系統的改進版本，有效地關閉單個基因。他們使用CRISPRi在一組人類干細胞和一組黑猩猩干細胞中一次關閉每個基因。
接著，這些作者研究了這些干細胞是否以正常速度增殖。如果這些干細胞不再快速增殖或停止，那么被關閉的基因就被認為是細胞茁壯生長所必需的。他們尋找一個基因在一個物種中是的而在另一個物種中不是的例子，以此來探索人類和黑猩猩干細胞發揮功能的基本方式是否存在根本差異，以及如何存在根本差異。
通過尋找特定基因失效后細胞功能的差異，而不是尋找DNA序列或基因表達的差異，這種方法忽略了那些似乎不會影響細胞的差異。如果物種之間的基因使用差異在細胞水平上有很大的、可測量的影響，這很可能反映了不同物種之間在更大的物理尺度上的有意義的差異，因此以這種方式確定的基因可能與人類和黑猩猩進化過程中出現的區別性特征有關。

3.Cell：發現一種啟動細胞內有缺陷的蛋白靶向降解的新機制
doi:10.1016/j.cell.2023.05.035
我們細胞中的所有生物過程都被不斷監測，以防止缺陷蛋白的積累。在最壞的情況下，這樣的蛋白團塊會引發疾病。新蛋白的合成特別容易出現錯誤。隨后出現差錯的蛋白必須被我們的細胞清除。在此之前，人們還不清楚這一過程究竟是如何運作的。
在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克生物化學研究所的研究人員如今發現了一種能夠啟動有缺陷的蛋白的靶向降解的新機制。蛋白GCN1在這一過程中是至關重要的。相關研究結果于2023年6月19日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Mechanisms of readthrough mitigation reveal principles of GCN1-mediated translational quality control"。

2023年6月份Cell期刊