CCP110

炎症细胞应激期间的线粒体功能障碍已被确定为一些未满足临床需求的疾病的重要驱动因素，例如败血症、神经退行性疾病和缺血性损伤等，不可控的细胞应激和炎症可能导致广泛的代谢崩溃和器官衰竭。因此，病理性线粒体裂变的药理学抑制是一种有希望的策略，可以平息过度活跃的炎症并预防多种细胞类型和疾病的线粒体功能障碍。线粒体分裂的主要驱动源是动力蛋白相关蛋白 1（dynamin-related protein 1，Drp1），它是一种大型的胞质GTP酶，可以从胞质转移到线粒体外膜，通过收缩环介导线粒体分裂。Drp1通过蛋白Fis1、Mff、MiD49和MiD51被招募到线粒体上。Drp1-Mff介导的裂变对于维持线粒体质量极为重要，而Drp1-Fis1则介导病理性线粒体裂变。目前虽已有一种Drp1-Fis1互作的选择性七肽抑制剂——P110，其展现出了良好的体外活性且无明显的体内毒性，但却受制于稳定性和难以口服而无法转化临床应用。最近，来自斯坦福大学医学院的研究团队发现P110结合在Drp1上的一个开关I相邻的凹槽（switch I-adjacent grove，SWAG），并筛选得到结合SWAG的小分子SC9，并在细胞和内毒素血症小鼠模型中模拟了P110的益处。首先，研究人员探究了P110的作用机制。P110的同源序列来自Drp1上开关1(switch I)的前半部分，而开关I是许多GTP酶中参与GTP水解的一段非结构化环，他们比对GTP结合前后的Drp1结构发现，GTP的结合会使switch I向GTP位点摆动从而打开一个凹槽，即SWAG。计算分析发现SWAG口袋成药潜力大，因此可针对该口袋设计小分子来调节Drp1的GTP酶活性和功能。为了评估SWAG作为潜在P110结合位点的作用，他们将Drp1上开关I上的两个残基D49和R53突变，发现会导致Drp1对cP110不再敏感，证明P110 结合依赖于 SWAG 残基 D49 和 R53 来调节 Drp1 GTP 酶活性。此外，体外环化的P110（cP110）能够减小Drp1 的GTP酶酶活的Vmax和Km值，并且GMPPCP（GTP类似物）能增强P110和Drp1的亲和力，说明P110作为Drp1的反竞争性抑制剂能稳固结合GTP形式的Drp1。接下来，他们在商业化合物集合文库虚拟筛选可能结合SWAG的小分子，并依据预测的亲和力排序命名，最终挑选出3个化合物SC1、SC3和SC9进行生化评估。与P110一样，SC1，SC3和SC9也是Drp1 WT的非竞争性抑制剂，在1μM 时，它们都降低了Drp1的Km和Vmax。D49A Drp1突变体被cP110，SC1和SC3抑制，但不受SC9抑制。与cP110一样，SC1和SC9对D49A/R53A双Drp1突变体的抑制活性显著降低。竞争性结合实验显示，SC1、SC3和SC9会与P110竞争结合Drp1寡聚体。另外，他们为了探究这些化合物的靶标选择性，对比检测了与Drp1有最高同源性的SWAG动力蛋白2（dynamin2, Dnm2）的GTPase酶活影响，发现cP110、SC3和SC9仅抑制Drp1的GTP酶活性。进而，研究人员研究了这些化合物是否拥有类似P110的细胞活性。他们使用细菌内毒素脂多糖（LPS）处理H9c2心肌细胞产生病理性的线粒体裂解表型，再用这些化合物处理，发现只有SC9能与P110一样维持线粒体的正常大小，SC1有微弱的恢复完整线粒体的作用，而SC3甚至会加剧线粒体的片段化，表现出细胞毒性。另外，LPS导致的线粒体膜电位下降也会受到P110和SC9的抑制，而SC1和SC3无效果。基于此，研究人员决定使用SC9进行后续研究，并发现SC9和P110一样能降低LPS诱导产生的高ROS水平的细胞数量至未处理的基线水平，即SC9能复刻P110在LPS诱导H9c2细胞产生的线粒体紊乱的治疗作用。接着他们探究了SC9的作用机制，看是否与P110一致。首先，他们检测了LPS诱导的与线粒体连接的Drp1寡聚体的含量，发现SC9和P110一样在不改变细胞整体Drp1含量情况下，将Drp1寡聚体的含量降低到空白对照组以下，即能阻断压力诱导的Drp1的寡聚化。另外，他们使用邻近连接实验检测了单细胞内Drp1-Fis1和Drp1-Mff的结合，SC9能减少LPS模拟的病理性Drp1-Fis1的结合水平，甚至比生理条件水平更低。而且SC9对介导线粒体生理性裂解的Drp1-Mff互作没有影响。由此可知，P110和SC9通过选择性抑制Drp1-Fis1相互作用阻断Drp1向线粒体移动。进一步对SC9在体外、细胞以及小鼠模型的活性表征发现，SC9抑制Drp1的GTP酶酶活的IC50为270 nM ± 60 nM，而抑制LPS诱导的细胞线粒体膜去极化的EC50为750 nM ± 290 nM。他们基于小鼠体重下降和小鼠败血症得分的两个指标，确认了SC9的剂量可以达到50mg/kg也不产生明显毒性。20mg/ml的单词腹腔注射后，血浆中的SC9浓度约为细胞实验EC50的17倍，说明该剂量可以在小鼠中产生药效，SC9在小鼠中透过血脑屏障的比例低，而两次注射SC9能延长SC9的半衰期；另外，他们还进行了标准安全毒理学筛查发现SC9无明显体内毒性。随后他们进行了LPS的盲法剂量递增实验，结果显示，虽然不同检测的最适LPS剂量不同，但SC9能增加检测的所有LPS剂量处理下的小鼠存活率，并且SC9治疗在LPS处理小鼠的体重、MSS、严重事件如呼吸困难的发生等指标都展现出良好效果。为了找到导致SC9这种治疗效果的参与调控的炎症因子，他们进行了小鼠免疫监测实验，发现SC9治疗的小鼠相比只有LPS处理的对照组的炎症因子水平明显下降，尤其是IL-13、IL-33R和M-CSF等，而抗炎因子如IL-10水平上升了28%。为了更好的建立临床内毒素血症的模型，研究人员在LPS诱导出内毒素血症的症状后，即LPS处理4h后再使用SC9治疗小鼠，导致脓毒症峰值评分降低 45%，说明SC9在诱导炎症反应后给药也仍然有效。综上，研究人员找到Drp1中的一个变构位点并命名为SWAG，并且发现了一个选择性结合SWAG位点从而抑制Drp1 GTP酶活的小分子SC9，该分子能选择性抑制病理性的Drp1-Fis1互作及其导致的线粒体紊乱并且与多肽抑制剂P110作用机制相同，并在LPS诱导的细胞和小鼠模型中都表现出良好的治疗效果。尽管SC9的半衰期较短且通过血脑屏障的能力较差，需要进一步的药物化学的优化，但该研究为其它GTPase的抑制剂开发提供了思路和途径，并且这种通过选择性抑制蛋白互作从而区分病理性和生理性线粒体裂解的化合物为解决许多疾病中线粒体失调导致的免疫代谢稳态提供了工具分子，对线粒体功能障碍引发的免疫代谢相关的疾病治疗和药物开发具有重要指导意义。参考文献：Rios, Luis, et al. "Targeting an allosteric site in dynamin-related protein 1 to inhibit Fis1-mediated mitochondrial dysfunction." Nat Commun. 2023, 14: 4356.

转眼间11月份已经接近尾声了，这个月又有哪些亮点研究值得我们深入学习一下呢？小编根据本月新闻的类型、热度和研究领域筛选出了本月的重磅级研究Top10，与大家一起学习！【1】Science：发现人类基因组中的古老病毒DNA可以防止现代病毒的感染doi：10.1126/science.abq7871根据一项新的研究，人类基因组中的病毒DNA是在古代感染病毒时嵌入的，可以作为抗病毒剂，保护人类细胞免受某些现代病毒的侵害。相关研究结果发表在2022年10月28日的Science期刊上。以前的研究已表明，小鼠、鸡、猫和羊的基因组中的古老病毒DNA片段---内源性逆转录病毒---通过阻止源自体外的现代病毒进入宿主细胞而对它们产生免疫力。尽管这项新的研究是在实验室中利用体外培养的人类细胞开展的，但它表明内源性逆转录病毒的抗病毒作用很可能对人类也存在。这项新的研究很重要，因为进一步的研究可能会发现一系列天然抗病毒蛋白，导致没有自身免疫副作用的治疗。它揭示了可能存在一种基因组防御系统，这种防御系统尚未被鉴定，但可能相当广泛。ASCT2和Suppressyn在人胎盘中的表达图片来源：Science, 2022, doi:10.1126/science.abq7871。研究者Cedric Feschotte说，“这一结果显示，在人类基因组中，我们有一个蛋白库，有潜力阻止广泛的病毒。”内源性逆转录病毒约占人类基因组的8%---至少是构成蛋白编码基因的DNA数量的四倍。为了让逆转录病毒进入宿主细胞，病毒包膜蛋白与宿主细胞表面的受体结合，就像一把钥匙插入一把锁。逆转录病毒将它们的RNA引入宿主细胞，然后它们的RNA经逆转录后转化为DNA并整合到宿主的基因组中。宿主细胞遵循它们的基因指令，制造更多的病毒。通过这种方式，病毒劫持了细胞的转录复合物来进行自我复制。通常情况下，逆转录病毒感染的细胞不会代代相传，但有些逆转录病毒感染生殖细胞，如卵子或精子，这就为逆转录病毒DNA从亲代传给后代并最终在宿主基因组中持续存在打开了大门。【2】Nucleic Acids Res：新发现！维生素C或能帮助改善树突状细胞所衍生的新型抗癌细胞疗法的疗效！doi：10.1093/nar/gkac941树突状细胞（DCs）是最有潜力的抗原呈递细胞，其对于机体原始T细胞的有效激活非常必要，树突状细胞的免疫特性会被调节从而响应多种刺激，而激活的DNA去甲基化对于树突状细胞的分化和功能非常重要；作为一种已知的十一易位酶（TET酶）的辅因子，维生素C能够驱动活性的去甲基化过程，最近研究人员发现维生素C或许能作为一种非常有前途的佐剂来帮助治疗多种癌症，然而，其对于人类机体免疫细胞的效应目前研究人员知之甚少。近日，一篇发表在国际杂志Nucleic Acids Research上题为“Vitamin C enhances NF-κB-driven epigenomic reprogramming and boosts the immunogenic properties of dendritic cells”的研究报告中，来自西班牙的科学家们通过研究揭示，维生素C或能在体外改善树突状细胞的免疫原性特性。相关研究结果表明，利用维生素C来治疗这些细胞或能主要通过DNA的去甲基化过程（一类表观遗传学重编程过程），导致参与机体免疫反应的基因发生更为一致的激活，这一研究发现或有望未来帮助科学家们开发更具潜能的基于树突状细胞的新型疗法。自从利用活体细胞来寻找并消除肿瘤的抗癌细胞疗法问世以来，研究人员已经使用了多种类型免疫细胞来进行相关研究，其中最著名的细胞疗法就是利用淋巴细胞，比如非常成功的CAR-T细胞疗法。最近，树突状细胞吸引了科学家们的注意力，因为其能够摄入并将抗原呈递给T淋巴细胞，同时还能诱导一种抗原特异性的潜在免疫激活作用；在这一点上，利用特定抗原来装载的树突状细胞就能创造出免疫记忆，从而就会构成所谓的树突状细胞疫苗（DC vaccines）。为了在实验室中研究树突状细胞，研究人员利用一种特殊类型的分子信号来促使单核细胞分化为树突状细胞，这种分化过程是通过细胞核中一系列复杂的基因激活过程来完成的，主要由于染色质重塑机器的活性，而该机制是由去甲基化酶类的TET家族来带头的，而这些酶类能对DNA表观遗传学标记发挥作用。目前研究人员已知维生素C能与多种TET蛋白相互作用从而增强其活性，但在人类细胞中其背后的特定机制研究人员却并不清楚；这篇研究报告中，研究人员推测，在树突状细胞分化过程中，在体外处理单核细胞或许就能帮助所产生的细胞变得更加成熟和活跃。研究者指出，相比未处理过的细胞而言，维生素C疗法能诱发NF- kB/p65结合位点发生广泛的去甲基化过程，从而就会促进参与抗原程度和免疫反应激活的基因发生激活；此外，维生素C还能增加所产生的树突状细胞与免疫系统的其它组分之间进行交流沟通，并会刺激抗原特异性T细胞的增殖。【3】Cell Host & Microbe：揭示肠道菌群影响小鼠机体对可卡因产生反应的分子机制doi：10.1016/j.chom.2022.09.014肠道菌群成员与机体多种神经心理学结果直接相关，其中就包括物质使用障碍（SUDs，substance use disorders）。近日，一篇发表在国际杂志Cell Host & Microbe上题为“Gut colonization by Proteobacteria alters host metabolism and modulates cocaine neurobehavioral responses”的研究报告中，来自威斯康星大学医学院等机构的科学家们通过研究发现，常见的肠道菌群或会增强小鼠机体中可靠因所产生的效应，相关研究结果揭示了可卡因的使用如何支持细菌的生长，从而帮助细菌摄入促进正常大脑功能的甘氨酸，随着机体甘氨酸水平的耗尽，小鼠就会表现出对药物的较高反应，以及出现行为异常，比如明显增加药物所诱导的运动和寻求行为等。此外，通过系统性地补充甘氨酸或利用无法使用甘氨酸的遗传修饰细菌，小鼠对可卡因的反应就会回落到正常水平，这就表明，这种氨基酸实际上能在动物模型中充当成瘾样行为的调节剂。研究者Santiago Cuesta说道，我对肠脑轴非常感兴趣，其是一项非常新颖和令人兴奋的研究领域，当可卡因进入到小鼠肠道中后，其就会诱发QseC蛋白的激活，从而帮助促进诸如大肠杆菌等γ-变形菌门细菌的生长，这些细菌能在甘氨酸的驱动下超过已经存在于消化道中的正常肠道菌群，并占据大部分的空间和资源。研究者表示，肠道菌群正在消耗所有的甘氨酸，并且甘氨酸的水平在系统中和大脑中都会下降，因此从整理上来看，改变甘氨酸的水平正在影响谷氨酸能突触（glutamatergic synapses）的功能，从而就会使得小鼠更易于发展成为成瘾性。通常情况下，对于神经科学行为而言，人们往往并不会考虑如何控制微生物群罗，而微生物的研究通常也并不会测定机体行为的改变，这项研究中，研究人员阐明了其二者之间的关联。我们机体的微生物组实际上会调节机体的精神或大脑相关的行为。【4】Science：我国科学家开发出一种能在短短两小时内在小鼠体内产生抗抑郁效果的新药物doi：10.1126/science.abo3566在一项新的研究中，来自中国南京医科大学的研究人员开发出一种新的抗抑郁药物，在短短两个小时内就能在小鼠体内产生抗抑郁效果。相关研究结果发表在2022年10月28日的Science期刊上，论文标题为“Design of fast-onset antidepressant by dissociating SERT from nNOS in the DRN”。在这篇论文中，他们描述了他们治疗抑郁症的新方法。慢性抑郁症是最常见的精神疾病形式之一，医学家们一直在努力寻找一种治愈它的方法。大多数用于治疗这种疾病的药物是血清素再摄取抑制剂（serotonin reuptake inhibitor），它们通过靶向血清素转运体（serotonin transporter， SERT）来减少抑郁症---它们一般被称为SERT靶向药物。它们通过提高大脑中血清素的水平而发挥作用。不幸的是，这类药物可能需要许多星期才能产生影响，而且它们还可能产生严重的副作用，例如增加自杀的风险。在这项新的研究中，这些作者采取了一种新的方法---将SERT和一种叫做神经元一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase， nNOS）的酶分离。图片来源：Science, 2022, doi:10.1126/science.abo3566。这些作者想知道，如果小鼠大脑中的血清素与nNOS脱离关系会发生什么。他们认为，这可能会导致大脑的一个部分---中缝背核（dorsal raphe nucleus， DRN ）中---的血清素含量减少，而另一个部分---内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex）---中的血清素含量增加。他们推测，所产生的结果应该是抑郁症的症状迅速改善。【5】Cell Rep：揭示HIV-1逃避宿主机体免疫系统攻击的新机制doi：10.1016/j.celrep.2022.111624近日，一篇发表在国际杂志Cell Reports上题为“HIV-1 Vpu restricts Fc-mediated effector functions in vivo”的研究报告中，来自蒙特利尔大学等机构的科学家们通过研究发现，用来研究非中和性抗体抵御HIV功效的病毒类型或许具有关键的作用。文章中，研究人员通过对人源化小鼠进行研究首次发现，病毒蛋白Vpu的表达对于促进受感染细胞躲避机体名为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC，antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity）的消除机制至关重要。这一机制在科学文献中已经得到了很好的记录，其能被非中和性抗体用来摆脱被病毒所感染的细胞；为了开发一种能抵御HIV-1的新型疫苗，全球很多实验室都研究产生了相同类型的抗体来预防机体感染HIV。如今，全球有数百万人都感染了HIV-1，而且其机体中拥有非中和性抗体，尽管如此，这一疾病仍然未能被有效消除，如果这些抗体能变得有效的话，为何其没有正常发挥作用呢？研究者Finzi表示，我们观察到，在某些实验室的实验中所修饰的HIV-1并不会表达Vpu蛋白，然而，在自然发生的病毒中，该蛋白实际上在感染细胞中扮演着保镖的角色，一旦其表达的话就会允许自我复制，并通过躲避宿主机体免疫系统的监视来更好地保护自己。事实上，研究者发现，通过在受感染的细胞中表达Vpu蛋白，非中和性抗体或许就在体内很难识别这些细胞，因此，这些细胞就选择了躲避ADCC的反应。【6】Cell：新研究揭示人类5000多个必需基因表型图谱doi：10.1016/j.cell.2022.10.017在一项新的研究中，来自美国怀特海德研究所和布罗德研究所的研究人员利用一种新颖的、集合的、基于成像的筛选方法系统性地评估了5000多个人类必需基因的功能。他们的分析利用CRISPR/Cas9来敲除基因活性，并形成了一种首创的资源，能够通过空间和时间分辨率了解和可视化观察基因在一系列细胞过程中的空间和时间分辨率。他们的研究涵盖了超过3100万个细胞，包括数百个不同参数的定量数据从而能够预测基因如何工作和共同运作。相关研究结果于2022年11月7日在线发表在Cell期刊上。研究者Iain Cheeseman说，“在我的整个职业生涯中，我一直想看看当一个必需基因的功能被消除时，细胞中会发生什么。如今，我们可以做到这一点，不仅仅是针对一个基因，而是针对在培养皿中分裂的人类细胞中的每一个重要的基因，这是非常强大的。我们所创建的资源不仅会使我们自己的实验室受益，而且会使世界各地的实验室受益。”必需基因控制着细胞生存所需的基本功能（转录、mRNA剪接、翻译、囊泡转运、DNA复制、细胞分裂等）。系统性地破坏这类基因的功能并不是一个新概念，但传统方法受到各种因素的限制，包括成本、可行性和完全消除必需基因活性的能力。图片来源：Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.10.017。Cheeseman和他的同事们与论文共同通讯作者、布罗德研究所的Paul Blainey及其团队合作，确定并实现这一雄心勃勃的联合目标。Blainey团队开创了一种新的基因筛选技术，该技术结合了两种方法---大规模的、集合的、使用CRISPR/Cas9的基因筛选和细胞成像---以揭示定性和定量差异。此外，与其他方法相比，该方法价格低廉，并可使用市面上的设备进行操作。Blainey说，“我们很自豪地展示了与怀特海德研究所的Cheeseman实验室合作，用低成本的成像检测方法以令人难以置信的分辨率可视化观察细胞过程。很明显，这只是我们方法的冰山一角。根据更详细的表型数据将遗传扰动联系起来的能力对于未来的许多研究领域来说是迫切需要的，而且如今对许多领域的研究都是可行的。”【7】Cancer Res：科学家揭示为何某些癌症对免疫疗法并没有反应？doi：10.1158/0008-5472.CAN-22-0435富含肌成纤维细胞癌症相关成纤维细胞（myoCAF）的肿瘤通常含有较少的T细胞，且对免疫检查点阻滞疗法反应较差；尽管在大多数实体瘤中myoCAFs与患者的不良治疗结局有关，但调节myoCAF积累的分子机制目前研究人员并不清楚，这或许就限制了治疗干预的潜力。近日，一篇发表在国际杂志Cancer Research上题为“ATM Regulates Differentiation of Myofibroblastic Cancer-Associated Fibroblasts and Can Be Targeted to Overcome Immunotherapy Resistance”的研究报告中，来自南安普顿大学等机构的科学家们通过研究深入理解了某些癌症对机体免疫疗法没有反应的原因，同时相关研究结果或有望帮助治疗更多癌症患者。在英国癌症研究中心的支持下，研究人员识别出了一种关键的细胞蛋白，其能阻断疗法发挥作用，而且更为关键的是，研究人员已经找到了有望克服这种阻断效应的药物。免疫疗法能通过诱发机体自身的免疫系统（T细胞）来识别和攻击癌细胞从而发挥作用，如今其已经成功治疗了多种类型癌症，然而，对于很多患者而言，由于肿瘤周围存在一种称之为癌症相关的成纤维细胞（CAFs）的保护屏障，机体的T细胞难以穿透，所以患者的治疗效果往往不佳。这项研究中，研究人员通过进行为期6年的研究后发现，CAFs能被ATM蛋白所调节，而ATM蛋白在正常情况下能控制细胞中DNA的修复，阻断ATM蛋白或能阻断保护性CAF屏障的形成，这或许就给予了患者机体免疫系统更好的机会来在免疫疗法期间帮助攻击癌细胞。研究者Thomas说道，治疗癌症的免疫疗法如今取得了令人非常兴奋的发现，但其仍然在大部分患者中无法发挥作用，本文研究结果表明，在很多情况下，疗法耐受性是由CAFs引起的，而且通过靶向作用ATM或许就能克服这一问题，很多患者机体所携带的肿瘤都含有高水平的CAFs，其能阻断T细胞抵达肿瘤，这其中就包括大约50%的头颈癌，95%的胰腺癌和60%-70%的食道癌和结直肠癌等；如果研究人员能通过阻断ATM蛋白的功能来预防CAF的形成，或许就能克服免疫疗法耐受性的发生，而且研究人员非常兴奋地观察到这或许对于一大类不同类型的癌症患者是有效的。【8】Science：科学家发现能促使黑色素瘤“长生不老”的关键遗传因素doi：10.1126/science.abq0607近日，一篇发表在国际杂志Science上题为“TPP1 promoter mutations cooperate with TERT promoter mutations to lengthen telomeres in melanoma”的研究报告中，来自匹兹堡大学等机构的科学家们通过研究揭示了黑色素瘤控制其死亡率之谜中缺少的一块拼图。文章中，研究人员描述了他们发现肿瘤如何遗传改变组合来促进其爆炸式地增长并预防其自身死亡，这一研究结果或许有望改变肿瘤学家理解和治疗黑色素瘤的方式。研究者Alder教授说道，基于此前的研究结果，我们做了一件本质上很明显的事情，并将其与发生在患者身上的事情联系了起来。端粒是位于染色体末端的保护帽，其能防止DNA不断降解。在健康细胞中，端粒会随着每个复制周期的进行而不断变短，直到其变得非常短以至于细胞不能再继续分裂了，端粒长度维持的中断会导致严重疾病的发生，短端粒综合征会导致机体过早衰老和死亡，但超长端粒则与癌症发生直接相关。多年以来，科学家们就在黑色素瘤中观察到惊人的长端粒，尤其是与其它类型的癌症相比；研究者指出，黑色素瘤和端粒的维持之间存在着某种特殊的关联，对于一个黑色素细胞而言，其要转变为癌细胞，最大的障碍之一就是让自己变得永生化，一旦其做到了这一点，其就能顺利走向癌变之路。端粒酶主要负责端粒的延伸，其能保护端粒免于损伤并能预防细胞死亡，端粒酶在大多数细胞中是无活性的，但多种癌症类型能利用端粒酶基因TERT的突变来激活这种蛋白从而促使细胞继续生长，黑色素瘤就以这种方式而特别出名。【9】Cancer Discov：科学家成功制造出人类骨髓“类器官”来改善抗癌疗法doi：10.1158/2159-8290.CD-22-0199由于缺乏能再现人类骨髓复杂性的模型，这或许就会阻碍科学家们对正常和恶性造血机制的研究以及对新型疗法的验证；近日，一篇发表在国际杂志Cancer Discovery上题为“Human bone marrow organoids for disease modelling， discovery and validation of therapeutic targets in hematological malignancies”的研究报告中，来自牛津大学等机构的科学家们通过研究首次制造出了能捕捉人类骨髓关键特征的骨髓“类器官”（organoids），这项新技术或能帮助同时筛选多种抗癌药物，并检测单一癌症患者个体化疗法治疗的效果。文章中，研究人员描述了这种新方法，其能产生一种特殊的类器官，并能忠实地模拟造血骨髓（产生血细胞）的细胞、分子和架构特征。研究者指出，这种特殊的类器官能提供一种微环境来接受并支持来自于血液恶性肿瘤患者机体细胞的生存，包括多发性骨髓瘤细胞等，这些细胞在人体外是很难维持生长和生存的。研究者Abdullah Khan说道，值得注意的是，我们发现，这种新型骨髓类器官中的细胞不仅在活性和功能方面与真正的骨髓细胞相似，而且在架构关系方面也很相似，其细胞类型能在类器官中自我组织并进行排列，就好像其在人体的骨髓中一样。图片来源：https://aacrjournals-org.libproxy1.nus.edu.sg/cancerdiscovery/article/doi/10.1158/2159-8290.CD-22-0199/710534/Human-bone-marrow-organoids-for-disease-modelling这种栩栩如生的结构或许就能帮助研究人员研究骨髓中的细胞如何相互作用来支持正常的血细胞产生，以及这一点是如何在骨髓纤维化（bone marrow fibrosis）中被扰乱，骨髓疤痕会在骨髓中堆积，并引起骨髓功能衰竭，骨髓纤维化会在特定类型的血液癌症患者中发生，且仍然无法治愈。为了正确理解血液癌症发生的机制和原因，研究人员还需要利用实验系统来密切模仿真正的人类骨髓的工作机制，而此前研究人员还未拥有这样的系统。【10】Science：我国科学家揭示人类卵母细胞无中心体纺锤体组装机制doi：10.1126/science.abq7361纺锤体组装对于确保减数分裂和有丝分裂中染色体的准确传递至关重要。在体细胞中，有丝分裂纺锤体组装是由重复的中心体（centrosome）介导的，但许多物种的卵母细胞中没有典型的中心体。在啮齿类动物中，无中心体微管组织中心（acentriolar microtubule organizing centers，aMTOC）负责减数分裂纺锤体组装，但长期以来人们认为人类卵母细胞在减数分裂纺锤体上缺乏显著的aMTOC，而且人类卵母细胞中无中心体纺锤体组装的确切机制一直不清楚。微管成核和确保纺锤体组装是调节卵母细胞核成熟的核心事件。在一项新的研究中，为了确定驱动人类卵母细胞中纺锤体微管成核的潜在蛋白，来自中国复旦大学和上海交通大学的研究人员通过免疫荧光或三维高分辨率活细胞成像在2000多个人类卵母细胞中系统地定位了86种人类中心体和微管相关蛋白。他们随后跟踪了在细胞核膜分解（nuclear envelope breakdown， NEBD）前后不同时间点上确定的微管成核物（microtubule nucleator）的动态迁移。他们进一步下调了相应的蛋白，以确认它们在微管核和纺锤体组装中的作用。鉴于纺锤体微管成核缺陷会导致纺锤体组装受损和卵母细胞成熟异常，他们在1394名存在卵母细胞成熟阻滞的不孕女性患者队列中筛选了编码微管成核物组分的基因发生的突变。相关研究结果发表在2022年11月18日的Science期刊上，论文标题为“The mechanism of acentrosomal spindle assembly in human oocytes”。首先，这些作者发现在人类卵母细胞中，纺锤体微管成核是在细胞核膜分解2至4小时后从动粒（kinetochore）开始的。他们展示了人类卵母细胞中纺锤体微管从动粒成核的过程。他们接着发现有43种蛋白定位于减数分裂纺锤体，其中4种蛋白--- CCP110、CKAP5、DISC1和TACC3---表现出动粒和纺锤体微管定位。这四种蛋白的定位与它们在人类有丝分裂细胞和小鼠卵母细胞中的定位明显不同。就在细胞核膜分解之前，这四种蛋白一起在人类生发泡（germinal vesicle， GV）卵母细胞中形成了一种不寻常的被微管包围的结构。他们将这种潜在的成核结构称为人类卵母细胞微管组织中心（human oocyte microtubule organizing center， huoMTOC）。

在一项新的研究中，我国科学家揭示人类卵母细胞拥有一种类似aMTOC的结构，即huoMTOC，它是微管成核的主要位点，也是纺锤体组装所必需的。 纺锤体组装对于确保减数分裂和有丝分裂中染色体的准确传递至关重要。在体细胞中，有丝分裂纺锤体组装是由重复的中心体（centrosome）介导的，但许多物种的卵母细胞中没有典型的中心体。在啮齿类动物中，无中心体微管组织中心（acentriolar microtubule organizing centers，aMTOC）负责减数分裂纺锤体组装，但长期以来人们认为人类卵母细胞在减数分裂纺锤体上缺乏显著的aMTOC，而且人类卵母细胞中无中心体纺锤体组装的确切机制一直不清楚。 微管成核和确保纺锤体组装是调节卵母细胞核成熟的核心事件。在一项新的研究中，为了确定驱动人类卵母细胞中纺锤体微管成核的潜在蛋白，来自中国复旦大学和上海交通大学的研究人员通过免疫荧光或三维高分辨率活细胞成像在2000多个人类卵母细胞中系统地定位了86种人类中心体和微管相关蛋白。他们随后跟踪了在细胞核膜分解（nuclear envelope breakdown, NEBD）前后不同时间点上确定的微管成核物（microtubule nucleator）的动态迁移。他们进一步下调了相应的蛋白，以确认它们在微管核和纺锤体组装中的作用。鉴于纺锤体微管成核缺陷会导致纺锤体组装受损和卵母细胞成熟异常，他们在1394名存在卵母细胞成熟阻滞的不孕女性患者队列中筛选了编码微管成核物组分的基因发生的突变。相关研究结果发表在2022年11月18日的Science期刊上，论文标题为“The mechanism of acentrosomal spindle assembly in human oocytes”。 首先，这些作者发现在人类卵母细胞中，纺锤体微管成核是在细胞核膜分解2至4小时后从动粒（kinetochore）开始的。他们展示了人类卵母细胞中纺锤体微管从动粒成核的过程。他们接着发现有43种蛋白定位于减数分裂纺锤体，其中4种蛋白--- CCP110、CKAP5、DISC1和TACC3---表现出动粒和纺锤体微管定位。这四种蛋白的定位与它们在人类有丝分裂细胞和小鼠卵母细胞中的定位明显不同。就在细胞核膜分解之前，这四种蛋白一起在人类生发泡（germinal vesicle, GV）卵母细胞中形成了一种不寻常的被微管包围的结构。他们将这种潜在的成核结构称为人类卵母细胞微管组织中心（human oocyte microtubule organizing center, huoMTOC）。他们发现在人类生发泡卵母细胞的皮层形成了单个huoMTOC，并在细胞核膜分解之前迁移到细胞核膜。在细胞核膜分解之后，huoMTOC变得支离破碎，并被招募到动粒上以启动纺锤体微管成核。huoMTOC组分的下调表达导致人类卵母细胞中的纺锤体微管成核和纺锤体组装明显受损。这种结构在诸如小鼠和猪之类的其他哺乳动物物种的卵母细胞中没有检测到。他们最终确定了两名卵母细胞成熟阻滞患者，她们的huoMTOC关键组分TACC3发生了复合杂合突变。所有的突变都破坏了TACC3的正常功能，导致这两名患者的卵母细胞中没有huoMTOC结构，纺锤体组装完全受损。 人类卵母细胞中的 huoMTOC结构。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abq7361。 综上所述，这项新的研究表明人类卵母细胞拥有一种类似aMTOC的结构，即huoMTOC，它是微管成核的主要位点，也是纺锤体组装所必需的。与小鼠卵母细胞中的aMTOC相比，huoMTOC在数量、定位和组成方面显示出截然不同的特征。这些发现表明人类卵母细胞已经进化出一种不同的微管成核和纺锤体组装的启动机制。这些作者发现TACC3突变通过破坏huoMTOC的结构导致纺锤体组装缺陷，从而导致临床上卵母细胞成熟阻滞。这表明huoMTOC可能是评估人类卵母细胞质量的一种重要的生物标志物。 这些作者对huoMTOC的发现为人类卵母细胞中微管成核和纺锤体组装的生理机制提供了深入的了解。这些发现也增强了科学家们对卵母细胞成熟阻滞的病理机制的理解。（生物谷 Bioon.com） 参考资料： Tianyu Wu et al. The mechanism of acentrosomal spindle assembly in human oocytes, Science, 2022, doi:10.1126/science.abq7361.