2014年07月31日《自然》杂志精选

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封面故事：量子与经典——殊途同归
Mapping the optimal route between two quantum states
本期封面所示为对在量子空间里将两个点连接起来的各个量子轨迹的一个表述。当进行测量时，经典系统不会被移动。但量子系统却不是这样的——在量子系统中，连续监测会沿一个随机路径引导量子态。Steve Weber等人对一个量子位中的量子轨迹进行了跟踪，后者由被沉积在硅上的一个可调约瑟夫森结连接起来的两个铝桨叶组成。作者试图确定一个初始量子态与一个最终量子态之间的可能路径中哪个是最可能的，发现这些“最佳路径”与理论预测的路径相一致，这相当于经典力学中关于最小作用(least action)决定连接两个点之间正确路径的原理在量子力学中的翻版。除了帮助认识测量动态与一个系统之演变之间的互动外，这项研究还为对复杂量子系统及信息处理中的控制序列进行“第一原理”综合提供了新的机会。（doi: 10.1038/nature13559 & doi: 10.1038/511538a）
肺癌基因组的分析结果
Comprehensive molecular profiling of lung adenocarcinoma
来自“癌症基因组图谱研究网络”的这篇报告发布了230个切除的、未处理过的肺腺癌样本的分子特征。对转录组、基因组、甲基化组和蛋白质组所做的综合分析识别出了高速度的体细胞突变、包括RIT1 和MGA在内的显著突变的基因以及由体细胞基因组变化驱动的剪接改变，并且说明存在使MAPK 和PI(3)K通道活性发生改变的尚未被识别出的病变。这些数据为对全世界因癌症而造成死亡的主要原因进行分类和进一步研究奠定了基础。（doi: 10.1038/nature13385）
一个C类GPCR的结构
Structure of class C GPCR metabotropic glutamate receptor 5 transmembrane domain
这篇论文发布了在mavoglurant (一个负变构调制因子)存在时“metabotropic glutamate receptor 5 (mGlu5)”(一个C类“G-蛋白耦合受体”(GPCR))的X-射线晶体结构。mGlu5的负变构调制因子正在进行治疗“脆性X染色体综合症”、抑郁症、焦虑症、偏头痛和运动障碍的临床试验；mGlu5的正变构调制因子对精神分裂症和认知障碍的治疗也许会有用。在这一结构中，mavoglurant被发现存在于距细胞外受体表面大约8 Å的一个袋中。（doi: 10.1038/nature13396）
减数分裂中的交叉抑制机制
Topoisomerase II mediates meiotic crossover interference
减数分裂(产生单倍体配子的细胞分裂程序)要求被复制的染色体通过交叉点(同源DNA链在双链之间被交换的点)被物理连接起来。这些事件由于“交叉干涉”(指一个交叉点一旦形成就不大可能与附近交叉点相邻这样一个现象)往往会沿染色体均匀相间。Nancy Kleckner及同事为在干涉过程中涉及的机制提供了新见解。他们以前曾发现，减数分裂染色体积累可能会影响交叉点形成的机械应力；而在这篇文章中他们则发现“SUMO化的”(SUMOylated)“拓扑异构酶II” 和Red1参与了这种应力的释放和重新分布。（doi: 10.1038/nature13442）
CDK7激酶是一个抗癌目标
Targeting transcription regulation in cancer with a covalent CDK7 inhibitor
转录的药理阻断是定位癌细胞的一个可能手段。转录因子的直接药理抑制已被证明有问题，所以“依赖于细胞周期蛋白的激酶”(CDK)家族成员如 CDK7 (它们通过磷酸化“RNA聚合酶II”的羧基端域来调控转录)有可能提供更多的药物作用目标。在这项研究中，Nathanael Gray及同事利用一个基于细胞的筛选方法识别出一个新的转录抑制因子，即THZ1，后者以共价键方式将CDK7作为目标，在人类T-细胞急性淋巴细胞性白血病细胞系中以及在一个异种移植小鼠模型中具有抗增殖活性。THZ1是一种苯胺嘧啶，采用一个将ATP点和“变构共价结合”综合起来的机制，将其作为让CDK7获得效能和选择性的手段。（doi: 10.1038/nature13393）
早期胚胎中的DNA甲基化
The DNA methylation landscape of human early embryos
DNA methylation dynamics of the human preimplantation embryo
DNA甲基化的普遍模式在原始生殖细胞中和哺乳动物早期胚胎发育过程中被大举重新编程。这种重新编程在小鼠胚胎中已被很好表征，但我们对人类胚胎中的DNA甲基化动态还缺乏详细的认识。本期Nature上发表的两篇论文显示，在受精之后，人类基因组的绝大部分都会立即发生DNA甲基化的大量丧失，从而证实这种表观遗传重新编程在演化上是一个保守的发育特征。Hongshan Guo等人生成了碱基分辨率的、胚胎形成过程几个发育阶段的人类配子DNA甲基化图。Zachary Smith等人获得了人类胚胎形成过程几个发育阶段以及在人类胚胎干细胞系衍生过程中的类似的DNA甲基化图。这两项研究让我们对小鼠与人类甲基化动态之间的差别以及DNA甲基化与基因表达和转座元素之间的功能关系有所认识。（doi: 10.1038/nature13544 & doi: 10.1038/nature13581 & doi: 10.1038/nature13648）
干扰素在SIV感染中的双重效应
Type I interferon responses in rhesus macaques prevent SIV infection and slow disease progression
I-型干扰素(IFN-I)在这项研究中被发现在接触“猿免疫缺陷病毒”(SIV)的恒河猴中有双重效应：在感染开始时它是有益的，但随感染进程的发展它会变得有害。IFN信号传导是以两种方式被操控的。IFN-I受体的阻断导致血浆病毒血症加重、CD4 T-细胞损失加快和向艾滋病的进展加速。相比之下，在通过直肠内释放高剂量SIV之前施用IFN-α2a，则会增强对系统感染的抵抗力。然而， 继续用IFN-α2a处理会诱导IFN-I脱敏和促进 SIV感染。总的来说，早期抗病毒活性的好处似乎要超过在急性SIV感染期间免疫系统被激活所产生的害处。（doi: 10.1038/nature13554 & doi: 10.1038/nature13517）
PTEX驱动疟疾蛋白输出
PTEX is an essential nexus for protein export in malaria parasites
PTEX component HSP101 mediates export of diverse malaria effectors into host erythrocytes
镰刀形疟原虫感染和重塑宿主的红血球，该过程是要求向细胞溶质内输出数百种蛋白的一个过程。这是一个相当拓扑化的过程，因为疟原虫最初呆在一个被称为“ 寄生泡”的腔室中。名为PTEX (被输出的蛋白的镰刀形疟原虫易位子)的一个蛋白复合物过去被认为参与了这一过程，但功能证据是佐证性的和间接的。本期Nature 上的两篇报告采用对比性方法显示，PTEX是疟原虫蛋白向被感染细胞的胞质内的输出所必需的，同时这种输出又是疟原虫的生命周期所必需的。Brendan Elsworth等人生成了PTEX的成分HSP101和PTEX150的条件突变体，发现当PTEX的功能被扰动时，包括主要毒性因子PfEMP1 在内的蛋白的输出被大大减少。Josh Beck等人采用一种基于“二氢叶酸还原酶”的创新的“去稳定化域”方法来使HSP101失活，发现它是所有类别的被输出疟疾蛋白的分泌所需的。（doi: 10.1038/nature13555 & doi: 10.1038/nature13574 & doi: 10.1038/nature13646）
南极冰层的生长发生在海洋环流变化之前
Antarctic glaciation caused ocean circulation changes at the Eocene–Oligocene transition
南极在距今大约3400万年前形成一个冰层，而在此之前则经历了一段被称为“超级温室”气候的无冰时期。以前的研究表明，该冰层的生长是由因海洋门户的打开而造成的南极热隔离驱动的，或是由逐渐降低的大气CO2 含量驱动的。现在，Matt Huber及同事利用一个气候模型显示，该冰层的生长(受CO2 的变化所驱动)驱动了海洋环流的变化。相比之下，海洋门户的打开相对来说对海洋环流几乎没有影响。（doi: 10.1038/nature13597 & doi: 10.1038/511536a）
卫星星系同转平面可能普遍存在
Velocity anti-correlation of diametrically opposed galaxy satellites in the low-redshift Universe
银河系和仙女座这两个星系都与明显在同一平面内一起转动的若干矮卫星星系相关。这篇论文表明，卫星星系的这种一起转动的平面也许是普遍性的。Rodrigo Ibata及同事测量了本宇宙中成对的截然相反的卫星星系的速度，发现在相距150千秒差距时它们倾向于反关联(anti-correlated)；在更大尺度的、相距大约2兆秒差距的环境中，星系主要沿连接“内卫星星系对”(inner satellite pair)的轴心成团分布。（doi: 10.1038/nature13481）

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