本文内容转载自“科学论文导读”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/6HhV87WdSJ2EkjcxY6_sWA

2023年11月17日，哥伦比亚大学等机构的研究人员在 Science期刊发表了题为Mechanism of target site selection by type V-K CRISPR-associated transposases的研究论文。

CRISPR相关转座酶 (CASTs) 重新利用核酸酶缺陷的CRISPR效应子来催化RNA引导的大遗传有效载荷的转座。V-k型铸造具有潜在的技术优势，但缺乏准确性，并且该缺点的分子基础仍然难以捉摸。

该研究揭示了v-k型CASTs在TnsC丝的局部可用性的驱动下，与RNA依赖性整合一起维持了RNA非依赖性，“非靶向” 转座途径。使用冷冻电子显微镜，单分子实验和高通量测序，研究人员发现最小，无CRISPR的转座体优先引导非靶向整合在富含at的位点，并具有TnsB赋予的额外局部特异性。通过利用这一知识，研究人员在细胞中抑制了非靶向转座并将v-k型CAST特异性增加至98.1%，而不损害中靶整合效率。这些发现将为CAST系统的进一步工程设计提供信息，以实现精确的千碱基规模的基因组工程应用。

本文内容转载自“BioArt”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/EdyA0GtnGz3hhaSUroxr_w

2023年11月15日，亥姆霍兹慕尼黑研究中心再生生物医学研究所Yuval Rinkevich团队在Nature上发表了题为CD201+ fascia progenitors choreograph injury repair的文章。在这篇文章中，通过对组织炎症、收缩和疤痕形成的时空调整，可实现最佳的组织恢复和生物存活。

伤口愈合是一个保守的过程，需要对连续阶段进行严格的时空调整。在炎症阶段，局部信号会触发伤口周围的先天免疫系统。及时的伤口愈合需要将炎症阶段转变为增殖阶段，其中称为肌成纤维细胞的特殊成纤维细胞产生伤口细胞外基质 (ECM)。伤口愈合的最后重塑阶段的特点是肌成纤维细胞在修复组织中的持久作用，其中进一步产生 ECM 形成疤痕组织。

研究人员在皮肤最深的结缔组织层——筋膜中发现了一种以 CD201 表达为标志的多能成纤维细胞祖细胞。利用小鼠皮肤损伤模型、单细胞转录组学和遗传系谱追踪、消融和基因缺失模型，证明了 CD201+ 祖细胞通过生成多种特化细胞类型（从促炎成纤维细胞到肌成纤维细胞），以时空调整的顺序控制伤口愈合的速度。然后发现视黄酸和缺氧信号是进入促炎和肌成纤维细胞状态的检查点。调节 CD201+ 祖细胞分化会损害成纤维细胞的时空显现，并长期延缓伤口愈合。促炎和肌成纤维细胞祖细胞及其分化途径的发现为了解和临床治疗受损的伤口愈合提供了新的路线图。

本文内容转载自“ CNS推送BioMed”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/h2bfRORefRZYwtO9svZ6fA

2023年11月15日，Generate Biomedicines的研究人员在 Nature 期刊发表了题为Illuminating protein space with a programmable generative model的研究论文。

30亿年的进化产生了极其多样的蛋白质分子，但蛋白质的全部潜力可能要大得多。利用这种潜力对计算和实验来说都是一个挑战，因为可能的蛋白质分子的空间比那些可能具有功能的分子的空间要大得多。

该研究介绍了Chroma，这是一种蛋白质和蛋白质复合物的生成模型，可以直接对新的蛋白质结构和序列进行采样，并且可以调节以引导生成过程向所需的性质和功能方向发展。为了实现这一点，研究人员引入了一种尊重聚合物整体构象统计的扩散过程，一种有效的分子系统神经结构，可以通过亚二次尺度进行远程推理，通过预测残基间几何形状有效合成蛋白质三维结构的层，以及一种用于扩散模型的通用低温采样算法。

Chroma通过外部约束下的贝叶斯推理来实现蛋白质设计，这些约束可以涉及对称性、子结构、形状、语义甚至自然语言提示。310种蛋白质的实验表征表明，从Chroma取样得到的蛋白质高度表达、折叠并具有良好的生物物理特性。设计的两种蛋白质的晶体结构与Chroma样品表现出原子一致性(主干均方根偏差约为1.0 a)。通过这种统一的蛋白质设计方法，研究人员希望加速蛋白质物质的编程，以造福人类健康，材料科学和合成生物学。

本文内容转载自“ CNS推送BioMed”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/h2bfRORefRZYwtO9svZ6fA

2023年11月15日，华盛顿大学等机构的研究人员在 Nature 期刊发表了题为Single-cell, whole-embryo phenotyping of mammalian developmental disorders的研究论文。

小鼠模型是研究人类疾病，特别是发育障碍的重要工具。然而，传统的表型分析方法可能无法检测到整个发育中的小鼠的细微缺陷。

该研究着手建立整个胚胎的单细胞RNA测序，作为小鼠遗传模型系统表型的可扩展平台。研究人员应用基于组合索引的单细胞RNA测序分析了胚胎第13.5天的101个胚胎，其中22个基因型为突变型，4个基因型为野生型，共分析了160多万个细胞核。这22个突变体代表了一系列预期的表型严重程度，从已建立的多系统疾病到单个调控区域的缺失。研究人员开发并应用了几个分析框架来检测52种细胞类型或轨迹中成分和/或基因表达的差异。一些突变体表现出几十种轨迹的变化，而另一些突变体只表现出几种细胞类型的变化。

研究人员还确定了广泛使用的野生型菌株之间的差异，比较了增益与功能丧失突变体的表型，并表征了拓扑相关结构域边界的缺失。值得注意的是，一些变化在突变体之间是共享的，这表明通过进一步扩大这种方法，发育多效性可能是“可分解的”。总的来说，该研究结果表明，整个胚胎的单细胞分析如何能够以前所未有的广度和分辨率实现小鼠突变体的系统分子和细胞表型表征。

本文内容转载自“ CNS推送BioMed”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/h2bfRORefRZYwtO9svZ6fA

2023年11月15日，普林斯顿大学等机构的研究人员在 Nature 期刊发表了题为Trait-based sensitivity of large mammals to a catastrophic tropical cyclone的研究论文。

极端天气事件扰乱生态系统并日益威胁生物多样性。生态学家强调需要预测和减轻这些事件的影响，这需要了解风险是如何在物种和环境之间分布的。然而，极端事件的规模和不可预测性使风险评估复杂化，特别是对大型动物(巨型动物)，它们在生态上很重要，受到的威胁不成比例，但分布广泛，难以监测。假设体型、扩散能力和栖息地归属等特征决定了动物对自然灾害的脆弱性。然而，很少有可能检验这些假设，或者更一般地说，将与天气有关的干扰的短期和长期生态影响联系起来。

该研究展示了莫桑比克的大型食草动物和食肉动物是如何应对强烈热带气旋伊代的，这是非洲有记录以来最致命的风暴，从登陆后数小时内的个体决定到近2年后群落组成的变化。动物对不断上涨的洪水的行为反应是向上坡移动并改变饮食。体型和栖息地关联独立地预测了种群水平的影响:在登陆后的20个月内，5种最小和最低地的食草动物物种平均下降了28%，而4种最大和最高地的食草动物物种平均增加了26%。研究人员将小体物种的敏感性归因于它们有限的流动性和生理限制，这限制了它们躲避洪水和忍受随后食物数量和质量减少的能力。该研究结果确定了控制动物对恶劣天气反应的一般特征，这可能有助于在不稳定的气候下保护野生动物。

本文内容转载自“BioArt”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/FN4AQoP2qf_m_-7J3_8AxA

2023年11月15日，范德堡大学Eric Skaar课题组皮花亮博士及其合作者们在Nature上发表了文章Clostridioides difficile ferrosome organelles combat nutritional immunity。该研究发现，艰难梭菌在细菌内进行铁的生物矿物化，将铁储存于膜结合的铁质体细胞器中（简称铁质体）。研究同时证明铁质体的化学组成为非结晶磷酸铁生物矿物质。这一发现不仅为深入了解艰难梭菌的铁代谢机制提供了突破，同时也揭示了这一致命病原体如何在宿主体内对于铁的限制。这突破性的研究成果也为全新的抗菌策略的开发提供了可能性。

解析铁质体系统的生理功能并非易事。在铁稀缺条件下，编码铁质体系统的基因高度表达；然而，在铁过量或稀缺条件下，铁质体并未显著促进生长。研究人员进行了多种生长条件的尝试，发现铁质体在从铁稀缺向铁过量转变的过程中发挥了关键作用。研究结果表明，在准备从低铁环境中转变到富铁环境时，艰难梭菌通过诱导铁质体系统的基因表达来有效储存铁，从而防御瞬时的铁毒性。同时，这使得艰难梭菌能够在铁供应不足时使用铁质体的铁来支持其生长。

艰难梭菌的致病性依赖于其获取必需的金属营养元素，尤其是铁，以支持其在宿主中的定植和复制。为了深入研究铁质体对艰难梭菌感染的重要性，研究人员采用了多个老鼠模型，研究了感染期间铁质体系统的体内表达动态，并检测了人类等哺乳动物宿主肠道（包括患有CDI的小鼠和患者）中的金属浓度。此外，研究人员检查了宿主的铁限制响应；这种响应被称为营养免疫，是一种防御机制，通过去除可用的金属营养元素来防止病原体感染。研究数据表明，艰难梭菌的铁质体系统在体内被激活，以与宿主的铁限制竞争，并且在感染期间对细菌的定植和存活至关重要。

本文内容转载自“BioArt”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/_gDpiUaOoCJFdGgo9Sba9Q

2023年11月17日，北京大学李毓龙实验室在Science杂志在线发表了题为A tool kit of highly selective and sensitive genetically encoded neuropeptide sensors的研究论文。该研究报道了一种利用包含荧光报告模块的第三胞内环（Intracellular loop 3， ICL3）嫁接的策略，高效可通用地开发了一系列神经肽荧光探针工具包。

研究人员发现，基于去甲肾上腺素（NE）探针GRABNE的ICL3具有较好的移植适配性，并将GRABNE的ICL3替换移植到神经肽GPCR中，通过少量优化后开发了对应的神经肽GRAB探针。这些神经肽探针能够以纳摩尔级灵敏度检测特定的神经肽；并且在表达这些探针后都没有观测到对神经元活动、细胞转录组和动物行为的显著性影响。

此研究进一步详细展示了SST和CRF探针的应用价值。具体而言，作者使用SST1.0探针检测培养的大鼠皮层神经元和小鼠胰岛中内源的SST释放，并揭示了小鼠在条件学习过程中基底外侧杏仁核（basal lateral amygdala, BLA）脑区的SST动态变化。此外，作者将CRF1.0探针表达在小鼠的中央杏仁核（central amygdala, CeA）脑区，CRF1.0探针可靠地报告了小鼠急性脑切片中电刺激引发的CRF释放。运用光纤记录技术，作者使用CRF1.0探针在活体小鼠的下丘脑室旁核（paraventricular nucleus of hypothalamus，PVN）中监测到脑室灌注CRF和应激刺激时CRF水平的变化。进一步运用双光子成像的方式，作者在应激刺激下观测到小鼠运动皮层和前额叶皮质中CRF的时空动态变化。

综上所述，此研究报道了一种利用ICL3嫁接的方法，实现神经肽荧光探针的快速和可扩展开发。利用此策略，论文中开发了一系列GRAB探针用于实时监测常见研究的神经肽的动态变化（包括CRF、SST、CCK、NTS、NPY和VIP），并展示了GRAB SST1.0和CRF1.0探针能够以优良的灵敏度、选择性和时空分辨率在体外和体内监测神经肽的动态变化。这种灵活的工程策略和经过优化的神经肽探针工具包为研究多种神经肽在生理和病理状态下的释放、调控和功能铺平了道路。

本文内容转载自“ 生物世界”微信公众号。原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/rcbab3tUlFH_b9VcrXg1QA

2023年11月16日，颜宁教授联合武汉大学药学院高帅教授、北京大学宋晨研究员，在 Cell 期刊发表了题为Structural basis for human Cav1.2 inhibition by multiple drugs and the neurotoxin calciseptine 的研究论文。该研究揭示了自由状态、多种药物结合、多肽毒素结合的钙离子通道Cav1.2的高分辨结构。

无论是自由形式，还是与眼镜蛇毒素calciseptine、氨氯地平，胺碘酮与索非布韦结合，Cav1.2通道都呈现出一致的失活构象。在解析多种药物调控Cav1.2的作用机制的过程中，该研究获得三个重要的非预期发现：

第一，尽管Cav1.2 与Cav1.3同属于L型钙离子通道，在功能及序列上高度同源，但Cav1.2在部分结构特性上更接近于神经钙离子通道Cav2.2/Cav2.3。具体而言，Cav1.2，Cav2.2，Cav2.3的电压感受结构域II （VSDII）处于down构象；Cav1.1，Cav1.3的VSDII则处于up构象；

第二，该研究解析了眼镜蛇毒素calciseptine致死的分子机制，颠覆了以往对动物毒素调控离子通道功能的认知。经典的动物毒素结合模式一般是通过结合在离子孔结构域阻碍离子运输，或者结合在电压感受结构域变构调控离子通道功能。在本工作中，Calciseptine结合在Cav1.2离子孔外周的肩膀区域，这种崭新的结合模式稳定了Cav1.2通道失活状态的构象，导致蛋白功能抑制。毒素及蛋白定点突变电生理研究进一步验证了该结合模式；

第三，该研究在解析胃肠道解痉剂匹维溴铵调控机制时，发现了Cav1.2通道的全新失活构象。在该构象中，VSDII呈现up状态，离子孔扩大，选择性滤器（SF）构象改变。与此同时，重复单元III的S4-S5与S5两个α螺旋元件融合成单个螺旋，导致细胞内孔（Intracellular gate）变宽。除匹维溴铵外，氨氯地平等其他药物分子不能结合该构象。通过分子动力学模拟证实，这个孔道结构域变大的构象仍不能通透钙离子，通道蛋白处于失活状态。

本文内容转载自“ 科学论文导读”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/__GH5nFfmC8kCKbSF5yDJw

2023年11月13日，布兰迪斯大学和霍华德·休斯医学研究所的研究人员在Nature发表题为Predicting multiple conformations via sequence clustering and AlphaFold2的文章。

AlphaFold2 (AF2) 通过准确预测蛋白质的单一结构，彻底改变了结构生物学。然而，蛋白质的生物学功能通常取决于多种构象子，而致病点突变通常会导致这些子体内的种群变化。

该研究证明了通过序列相似性对多序列比对 (MSA) 进行聚类使AF2能够以高置信度对已知变质蛋白的交替状态进行采样。使用这种方法AF-Cluster，研究了变质蛋白KaiB5的预测结构的进化分布，发现两种构象的预测都分布在整个KaiB家族的簇中。研究人员使用核磁共振 (NMR) 光谱来确认令人惊讶的AF簇预测: 蓝细菌KaiB变体在与更广泛研究的变体相反的状态下稳定。为了测试AF-Cluster对点突变的敏感性，研究人员设计并通过实验验证了一组3个突变，这些突变预计会将球形红细菌的KaiB从地面翻转到折叠转换状态。最后，在没有已知的折叠转换的情况下筛选蛋白质家族中的替代状态，鉴定了结核分枝杆菌中氧化还原酶Mpt53的推定替代状态。

这种生物信息学方法与实验的进一步发展可能会对预测蛋白质能量景观产生深远的影响，这对于阐明生物功能至关重要。

本文内容转载自“ iNature”微信公众号。原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/IdgbbodmszYs_Ih2E8oATA

2023年11月17日，福建农林大学徐通达及杨贞标共同通讯在Cell 在线发表题为ABLs and TMKs are co-receptors for extracellular auxin的研究论文。该研究发现了两个新的生长素结合蛋白ABL1和ABL2，它们定位于外质体，并以生长素依赖的方式直接与TMKs的细胞外结构域相互作用。

生长素是一种重要的植物激素，其细胞外感知已经争论了几十年。生长素结合蛋白1 (ABP1)与典型跨膜激酶(TMKs)相互作用，并被认为是细胞外生长素受体，但由于ABP1敲除突变体缺乏明显的形态表型，其作用存在争议。

功能冗余的ABL1和ABL2在遗传上与TMK相互作用，并表现出与ABP1重叠的功能，同时独立于ABP1。重要的是，TMK1本身的胞外结构域与生长素结合，并在生长素结合中与ABP1或ABL1协同作用。因此，该研究发现生长素受体ABL1和ABL2与ABP1具有重叠但不同的功能，并与TMKs一起作为细胞外生长素的共受体。