本期研究

1.漫射 γ 射线背景以恒星形成星系为主

2. 扭曲过渡金属二硫属化物中的量子临界性

3. 半导体莫尔超晶格中的连续莫特跃迁

4. 层状钙钛矿异质结构定向组装为单晶

5. 蓝色食品的环保性能

6. 受卫星限制，2019-2020 年澳大利亚火灾释放的 大量 CO2

7. 2019-2020 年澳大利亚野火引发广泛的浮游植物大量繁殖

8. 过去 400,000 年间多次人类迁徙到西南亚

9. 人类体细胞和生殖细胞的突变景观

10. 从体细胞突变推断出人类发展的广泛系统发育

11. 从体细胞突变推断早期人类胚胎发生的克隆动力学

12. 形态正常人体组织中体细胞诱变的身体图谱

13. 行为推动增加了 COVID-19 疫苗接种

14. 神经间充质单元通过脑 - 脂肪回路控制 ILC2 和肥胖

15. AIM2 与 pyrin 和 ZBP1 形成复合物以驱动 PANoptosis 和宿主防御

16. 极性氧代谢组揭示了 4-羟基扁桃酸 CoQ10 合成途径

17. RecA 通过降维搜索找到同源 DNA

18. 地杆菌菌毛的结构揭示了分泌行为而不是纳米线行为

蓝色食物

封面展示了 TRY 牡蛎妇女协会的一名妇女在冈比亚河边卸下牡蛎。鱼类、贝类和海藻等水生食品统称为蓝色食品，具有减少全球食品生产对环境的不利影响的潜力。在本周的问题中，Jessica Gephart 和她的同事为各种蓝色食品的一系列环境压力提供标准化估计，约占全球产量的四分之三。研究人员研究了温室气体排放、氮和磷污染以及淡水和土地利用。他们发现养殖双壳类动物和海藻产生的排放量最低，使用的土地和水资源最少，他们确定了许多排放和资源使用量低的有鳍鱼类选择，包括养殖和野生捕捞。该团队还模拟了改善蓝色食品环境绩效的方法，在某些情况下将排放量减少了一半。

9. 人类体细胞和生殖细胞的突变景观

The mutational landscape of human somatic and germline cells

在一个人的一生中，正常的人体细胞会积累突变。在这里，我们使用来自同一个体的多个样本比较了来自体细胞和生殖系的 29 种细胞类型的突变情况。两种普遍存在的突变特征，SBS1 和 SBS5/40，占大多数细胞类型中获得性突变的大部分，但它们的绝对和相对贡献差异很大。SBS18可能反映氧化损伤，以及归因于外源性和内源性暴露的几个附加特征导致细胞类型子集的突变。精原细胞中的突变率最低，精原细胞是产生精子的干细胞，据认为人类群体中的大多数遗传变异都源于该干细胞。这是由于普遍存在的突变过程发生率低，部分原因可能是基础精原细胞的细胞分裂率低。这些结果突出了生殖系和体细胞维持的异同。

10. 从体细胞突变推断出人类发展的广泛系统发育

Extensive phylogenies of human development inferred from somatic mutations

从受精卵开始，人体内的所有细胞都在不断地获得突变。不同细胞之间共享的突变意味着一个共同的祖细胞，因此是谱系追踪的天然标记。 在这里，我们使用 511 激光捕获显微切割的全基因组测序重建了来自三个成年个体的正常组织的广泛系统发育。同一代系统发育中重建的胚胎祖细胞通常对成人身体有不同程度的贡献。这种不对称的程度因人而异，受精卵的两个重建子细胞之间的比率范围从 60:40 到 93:7。不对称性遍及后代，并且在同一个体的组织之间可能不同。系统发育解决了组织的空间胚胎模式，揭示了来自最新胚胎细胞的成人结肠上皮中平均 301 个隐窝的连续斑块，以及大脑发育的空间效应。使用另外十个人的数据，我们研究了体细胞和生殖细胞之间的发育分裂，结果表明胚胎外对原始生殖细胞的贡献。这项研究表明，尽管达到了相同的最终组织模式，但早期瓶颈和谱系承诺会导致个体内部和个体之间的胚胎模式发生重大变化。

11. 从体细胞突变推断早期人类胚胎发生的克隆动力学

Clonal dynamics in early human embryogenesis inferred from somatic mutation

由于在人类胚胎中进行研究的挑战，早期人类胚胎发生中的细胞动力学和命运决定在很大程度上仍然未知。在这里，我们探索了 334 个单细胞集落的全基因组，并针对 379 个大块组织的深度序列，这些组织从 7 个最近去世的成人捐赠者的不同解剖位置获得。使用体细胞突变作为内在条形码，我们重建了早期细胞系统发育，证明 (1) 内源性突变率在第一次细胞分裂时较高，但在生命后期每个细胞分裂时降低到大约一个；(2) 早期细胞对胚胎本身的贡献普遍不平等，这是由于早期细胞瓶颈导致胚胎内随机留出外胚层细胞；(3) 身体左右两侧组织、不同胚层和特定解剖部位和器官之间不同程度的早期克隆失衡实例；(4) 出现了一些祖先细胞，这些细胞将大大有助于血液和肝脏中的成体细胞库；(5) 受精卵中存在线粒体 DNA 异质性。我们的方法还提供了对正常体细胞中与年龄相关的突变过程和性染色体丢失的见解。总之，这项研究为未来研究完成人类胚胎发生中的细胞系统发育奠定了基础。

12. 形态正常人体组织中体细胞诱变的身体图谱

A body map of somatic mutagenesis in morphologically normal human tissues

在正常组织中积累的体细胞突变与衰老和疾病有关。在这里，我们对来自 5 个供体的 9 个器官的 1,737 个形态正常的组织活检进行了全面的基因组分析。我们发现体细胞突变积累和克隆扩增在形态正常的人体组织中很普遍，尽管程度不同。除了来自食道和贲门的组织外，很少检测到体细胞拷贝数改变。具有 SBS1 和 SBS5 突变特征的内源性突变过程在正常组织中普遍存在，尽管它们表现出不同的相对活性。外源性突变过程在来自同一供体的多个组织中起作用。我们以亚毫米分辨率重建了空间体细胞克隆结构。在食道和贲门中，经常看到扩大到数百微米的宏观体细胞克隆，而在结肠、直肠和十二指肠等组织中，体细胞克隆的大小是微观的，并且独立进化，可能受局部组织微观结构的限制。我们的研究描绘了来自同一个体的体细胞突变和克隆扩增的身体图谱。

14. 神经间充质单元通过脑 - 脂肪回路控制 ILC2 和肥胖

Neuro-mesenchymal units control ILC2 and obesity via a brain–adipose circuit

来自交感神经元和免疫细胞的信号调节脂肪细胞，从而有助于脂肪组织生物学。神经系统和免疫系统之间的相互作用最近已成为宿主防御和炎症的重要调节因子。然而，尚不清楚神经元和免疫细胞是否在脑-体轴上协同协调新陈代谢和肥胖。在这里，我们描述了一个神经间充质单元，它通过脑 - 脂肪回路控制第 2 组先天淋巴细胞 (ILC2)、脂肪组织生理、代谢和肥胖。我们发现交感神经末梢通过β2-肾上腺素能受体作用于邻近的脂肪间充质细胞，以控制神经胶质衍生神经营养因子（GDNF）的表达和性腺脂肪中ILC2s的活性。因此，ILC2 对 GDNF 受体机制的自主操作导致了 ILC2 功能、能量消耗、胰岛素抵抗和肥胖倾向的改变。逆行示踪和化学，外科手术和化学遗传学操作确定了一个交感神经主动脉肾回路，该回路调节性腺脂肪中的 ILC2，并连接到更高阶的大脑区域，包括下丘脑的室旁核。我们的结果确定了一个神经间充质单元，它将来自远程神经元回路的线索转化为脂肪驻留的 ILC2 功能，从而塑造宿主代谢和肥胖。

15. AIM2 与 pyrin 和 ZBP1 形成复合物以驱动 PANoptosis 和宿主防御

AIM2 forms a complex with pyrin and ZBP1 to drive PANoptosis and host defence

Inflammasomes 是先天免疫防御的重要哨兵，感知病原体并诱导感染细胞1 中的细胞死亡。有几个炎性体传感器，每个传感器检测和响应特定的病原体或损伤相关的分子模式（分别为 PAMP 或 DAMP）。在感染过程中，活病原体能诱导多种PAMP和DAMP的释放，其可以同时接合多个炎性传感器。在这里，我们发现 AIM2 调节先天免疫传感器 pyrin 和 ZBP1 以驱动炎症信号传导和一种称为 PANoptosis 的炎症细胞死亡形式，并在单纯疱疹病毒 1 和弗朗西斯新星。我们还观察到 AIM2、pyrin 和 ZBP1 与 ASC、caspase-1、caspase-8、RIPK3、RIPK1 和 FADD 一起是一个大型多蛋白复合物的成员，它们会导致炎症细胞死亡（PANoptosis）。总的来说，我们的研究结果定义了 AIM2、pyrin 和 ZBP1 之间以前未知的调节和分子相互作用，该相互作用驱动 AIM2 介导的多蛋白复合物的组装，我们将其称为 AIM2 PAN 视体，并包含多个炎性体传感器和细胞死亡调节剂。这些结果促进了对这些分子在先天免疫和炎症细胞死亡中的功能的理解，为 AIM2-、ZBP1-和 pyrin 介导的疾病提出了新的治疗靶点。

16. 极性氧代谢组揭示了 4-羟基扁桃酸 CoQ10 合成途径

The polar oxy-metabolome reveals the 4-hydroxymandelate CoQ10 synthesis pathway

氧气对于人类生命必不可少的多种代谢过程至关重要。可以通过用18 O 2或其他同位素标记气体处理细胞并系统地识别结合标记原子的生物分子来识别生物过程。在这里，我们用18 O 2标记了不同组织来源的细胞系，以识别极性氧代谢组，定义为在不同生理 O 2张力下用18 O标记的极性代谢物。最高18O 标记的特征是 4-羟基扁桃酸 (4-HMA)。我们证明 4-HMA 是由羟苯基丙酮酸双加氧酶样 (HPDL) 产生的，HPDL 是一种在人类细胞中具有以前未知功能的蛋白质。我们将 4-HMA 鉴定为参与人体细胞中辅酶 Q10 (CoQ10) 头部基团生物合成的中间体。HPDL的辅酶Q10生物合成的连接提供了关键见解的机制基础有关HPDL最近描述的神经系统疾病未尽与HPDL过表达与癌症5。

17. RecA 通过降维搜索找到同源 DNA

RecA finds homologous DNA by reduced dimensionality search

同源重组对于双链 DNA 断裂 (DSB) 的准确修复至关重要。最初，RecBCD 复合物将 DSB 的末端切除为 3' 单链 DNA，在该 DNA 上组装有 RecA 细丝。接下来，细丝将同源修复模板定位在姐妹染色体上。在这里，我们使用高通量微流体和荧光显微镜直接可视化单细胞中 DSB 的修复。我们发现，在大肠杆菌中, 分离姐妹位点之间 DSB 的修复在 15 ± 5 分钟（平均值 ± sd）内完成，且适应性损失最小。我们进一步表明，搜索所需的时间不到 9 ± 3 分钟（平均值 ± sd），并且由一条细长的、高度动态的 RecA 细丝介导，该细丝在整个细胞中伸展。我们建议 RecA 灯丝的架构有效地降低了搜索维度。该模型预测的搜索时间与我们的测量结果一致，并得到了搜索时间不依赖于细胞长度或 DNA 量的观察结果的证实。鉴于 RecA 同系物5的丰富性，我们相信该模型在生物体中广泛保守。

https://www.nature.com/nature/volumes/597/issues/7876