Science, 2021-07-23, 通过高通量微流体酶动力学揭示酶功能结构

后来 2021-07-28 11:02:07 阅读: 1312

本期研究

1. 视网膜波通过模拟未来的光流来启动视觉运动检测

2. 肠源性高密度脂蛋白通过门静脉抑制肝损伤

3. 颅骨和椎骨骨髓是脑膜和中枢神经系统实质的髓样细胞库

4. 通过高通量微流体酶动力学揭示酶功能结构

5. 脑膜 B 细胞的异质性揭示了中枢神经系统边界的淋巴细胞生成生态位

6. 处于非活性、ATP 结合状态的 AMPK 复合物的结构

7. 植物“辅助”免疫受体是 Ca 2+可渗透的非选择性阳离子通道

8. 来自蟹状星云的 Peta 电子伏特伽马射线发射

封面：一颗行星的地质历史的重要线索包含在它的内部。“洞察”号着陆器在火星上运行了两年，记录了地震数据，以约束火星内部结构。这些数据揭示了一个层状地壳、一个具有厚岩石圈的地幔和一个富含轻元素的液态铁镍核，表明火星的形成和演化与地球不同。

1. 视网膜波通过模拟未来的光流来启动视觉运动检测

Retinal waves prime visual motion detection by simulating future optic flow

在没有感官经验的情况下出现感知和响应环境刺激的能力。睁眼前的自发性视网膜活动指导哺乳动物视网膜色素沉着和眼睛特异性分离的细化，但其在高级视觉反应特性发展中的作用仍不清楚。在这里，我们描述了新生小鼠发育中的一个短暂窗口，在此期间自发视网膜波的空间传播类似于由前向自运动产生的光流模式。我们表明，波的方向性需要形成成人方向选择性视网膜电路相同的电路组件，并且波的方向性的慢性破坏改变了上丘神经元的方向选择性响应的发展。这些数据表明，发展中的视觉系统如何模式自发活动，以模拟外部世界的行为相关特征，从而指导自我组织。

2. 肠源性高密度脂蛋白通过门静脉抑制肝损伤

Enterically derived high-density lipoprotein restrains liver injury through the portal vein

高密度脂蛋白（HDL）的生物发生需要apoA1和胆固醇转运蛋白ABCA1。尽管肝脏在血液中产生大部分HDL，但HDL合成也发生在小肠中。在这里，我们显示肠源性HDL穿过HDL3亚种形式的门静脉，与脂多糖（LPS）结合蛋白（LBP）复合。HDL3，但不是HDL2或低密度脂蛋白，阻止LPS与肝巨噬细胞的结合和炎症活化，而是支持LPS的细胞外失活。在涉及手术，饮食或酒精性肠损伤的小鼠模型中，肠源性HDL的丧失加重了肝损伤，而结果通过升高并依赖于升高肠HDL的治疗剂而得到改善。因此，保护肝脏免受肠源性LPS的损伤是肠合成HDL的主要功能。

3. 颅骨和椎骨骨髓是脑膜和中枢神经系统实质的髓样细胞库

Skull and vertebral bone marrow are myeloid cell reservoirs for the meninges and CNS parenchyma

脑膜是包围中枢神经系统（CNS）的膜结构，其具有介导CNS免疫监视的丰富的免疫细胞库。在这里，我们报告说，小鼠脑膜含有一个单核细胞和中性粒细胞池，不是从血液供应，而是由相邻的颅骨和椎骨骨髓供应。在包括脊髓损伤和神经炎症在内的病理条件下，CNS浸润性髓样细胞可以起源于脑边界并显示与其血液来源的对应物不同的转录特征。因此，CNS边界由来自相邻骨髓壁龛的骨髓细胞填充，策略性地放置以在稳态和病理条件下提供先天免疫细胞。这些发现要求在损伤和自身免疫期间重新解释免疫细胞浸润到CNS中，并且可以告知利用脑膜免疫细胞的未来治疗方法。

4. 通过高通量微流体酶动力学揭示酶功能结构

Revealing enzyme functional architecture via high-throughput microfluidic enzyme kinetics

需要对酶进行系统和广泛的研究，以了解其非凡的效率并应对当前医学和工程领域的挑战。我们介绍了HT-MEK（高通量微流体酶动力学），这是一个微流体平台，用于高通量表达，纯化和表征每个实验1500多种酶变体。对于1036个碱性磷酸酶PafA（黄杆菌的磷酸盐不可抑制的碱性磷酸酶）突变体，我们进行了超过670000次反应，并确定了多种底物和抑制剂的5000多个动力学和物理常数。我们发现了广泛的动力学分配到错误折叠的状态和孤立的催化作用，揭示了与功能的特定方面相关的残基的空间连续区域。区域包括活性位点近端残基，但延伸至酶表面，提供了无法从现有方法衍生的基础结构图。HT-MEK的应用范围从了解分子机制到医学，工程和设计。

5. 脑膜 B 细胞的异质性揭示了中枢神经系统边界的淋巴细胞生成生态位

Heterogeneity of meningeal B cells reveals a lymphopoietic niche at the CNS borders

脑膜含有适应性免疫细胞，其提供对中枢神经系统（CNS）的免疫监视。这些细胞被认为来源于体循环。通过单细胞分析，共聚焦成像，骨髓嵌合体和共生实验，我们显示脑膜B细胞局部来自颅盖，颅盖骨具有骨髓龛造血功能。B细胞通过专门的血管连接从颅盖到达脑膜。这种B细胞发育的颅骨-脑膜途径可以为CNS提供由CNS抗原培养的B细胞的持续供应。相反，我们显示在衰老小鼠的脑膜中存在抗原经历的B细胞的子集是血源性的。这些结果确定了脑膜B细胞的私人来源，这可能有助于维持CNS内的免疫特权。

6. 处于非活性、ATP 结合状态的 AMPK 复合物的结构

Structure of an AMPK complex in an inactive, ATP-bound state

腺苷一磷酸（AMP）激活的蛋白激酶（AMPK）响应细胞能量状态调节代谢。在能量胁迫下，AMP稳定活性AMPK构象，其中激酶活化环（AL）免受蛋白磷酸酶的影响，从而使AL保持其活性磷酸化状态。在低AMP:ATP（三磷酸腺苷）比率下，ATP通过增加AL动力学和可及性来抑制AMPK。我们开发了构象特异性抗体，可将ATP结合的AMPK捕获在完全无活性的动态状态，并使用冷冻电子显微镜以3.5埃的分辨率确定其结构。激酶结构域的180°旋转和100埃位移完全暴露了AL。在结构和支持生物物理数据的基础上，我们提出了一个多步骤机制，解释腺嘌呤核苷酸和药理激动剂如何通过改变AL磷酸化和可及性来调节AMPK活性。