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威廉王子大婚,cell跟风八卦

原文发表于科学松鼠会:威廉王子大婚,cell跟风八卦

小红猪小分队 发表于 2011-04-29 14:26 

译者:闻菲

《细胞》4月15日:威廉王子大婚, 举世瞩目,科学界怎能落后?在世人被各种花花礼品迷晕了眼时, 《细胞》杂志发表了罗伯特 · 克鲁格(Robert P. Kruger)写的“Royal Wedding”一文,看看生物学家眼中,这场皇室婚礼是怎么个模样。

(文/Robert P. Kruger)2011年4月29日,英国威廉王子将与我们优雅端庄的凯特 · 米德尔顿小姐在威斯敏斯特教堂举行万众瞩目的“世纪婚礼”。大喜在即,《细胞》杂志为您呈上这一历史结合的生物学意义:是怎样的神经回路让婚姻坚如磐石,是哪些后天变化让民间女子华丽丽地转生为一国之后,最重要的,是如何在茫茫人海中寻找到与自己基因最匹配的另一半。

众里寻它千百链

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十年前,威廉王子宣布进入圣安德鲁斯大学就读,该校女性申请人数瞬间上扬85%,可见威廉其时万女归心之魅力。王子大人众里寻“她”的劳苦滋味世人罕有体会,这种大海捞针的情景让人不禁想起寻找启动子的转录因子,要扫描过那么长、那么长、那么长的DNA链后,才能找到适合自己的那个,共述人生。

使用单分子成像技术(single molecule imaging), 塔弗维齐(Tafvize)等在2011年观测到抑癌基因p53俘获靶基因的全过程。p53蛋白有两个端点与DNA链结合,分别是 1)核心DNA结合域;2)与DNA链非特异性结合的C-端。研究人员将p53这两端中任意一端切除后发现,只含C-端的p53沿着DNA链飞速滑行(速度超过完整p53),而只含核心DNA结合域的p53却一动不动。由此,研究人员们得出,p53在转录过程中采用了“两手抓、两手都硬”的方式,保“量”又保“质”:C-端负责在短时间内尽可能多的过遍所有潜在结合位点,而核心DNA结合域则担负起判断意中人是否真金不怕火炼。如果千位万点阅遍,还是没有找到合适的,p53会果断从DNA上脱落,“勾搭”另一条DNA(或者搭上原来这条DNA的其他位置)重新上路。总之,p53不是在DNA片段上搜索着,就是在DNA之间换来换去,优化“相亲方法”,寻适合对象。

Tafvizi, A., et al. (2011). Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 563–568.

麻雀真能变凤凰

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准王妃凯特 · 米德尔顿中产阶级的出身实乃茶余饭后助消化的上好谈资,有不少人将她嫁入皇室视为阶级矛盾融洽的象征。要真说从民女中挑选皇后,英国人可是从蜜蜂 (Apis mellifera)那儿学了这手。

蜜蜂需要新皇后时,她们就拣个幼虫狠劲儿喂“王浆”。这皇室御饮到底不凡,喝着喝着,工蜂胚子就成了一代蜂后。这一过程中分子的转变机制,揭示了饮食影响表观遗传基因的机理。

2008年,库查尔斯基(Kucharski)等采用RNA干扰技术, 去掉目的基因表达,从而发现了蜂王浆重塑遗传程序的秘密。 原来, 幼虫能否问鼎蜂后之座, 全掌握在名为Dnmt3(DNA cytosine-5-methyltransferase 3)的酶手里;只要去掉了Dnmt3,幼虫问鼎蜂后的涅槃便会开启。摆脱了Dnmt3后的幼虫,卵巢组织迅速扩增,好担负起将来生了又生再生还生生个不停的重任。

2010年,尼科(Lyko)等人分析蜂后与工蜂各自的脑组织中,甲基化胞嘧啶的分布。研究结果显示,幼虫早期形状的分化可能是甲基转移酶活性改变的结果 (Lyko et al., 2010)。

那么,到底是蜂王浆里的哪种成分在发挥作用呢?关于这点目前还没有定论。2011年,斯丰霍夫(Sphannhoff) 等初步研究发现,蜂王浆中名为10-羟基癸烯酸 (10HDA) 的脂肪酸可能是我们心目中的答案,该脂肪酸可能是组蛋白去乙酰化酶抑制剂。10HDA在蜜蜂基因组中影响组氨酸的乙酰化,导致蜂后和工蜂的天差地别。具体过程则有待进一步研究。

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凯特自选为王妃那刻起,想必也生吞豪饮了不少“王浆”, 能否成功脱俗, 让我们拭目以待。

Kucharski, R., et al. (2008). Science 319, 1827–1830.

Lyko, F., et al. (2010). PLoS Biology 8, e1000506.

Spannhoff, A., et al. (2011). EMBO Reports 12, 238-243.

情之所钟,加压素之作用

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据估计,这场盛大的仪式届时将把20亿观众活生生地黏在电视机前。但抛开这些恨不得把屏幕都戳穿的炽热视线,这场婚礼说白了也就关乎两件事:一、告诉别人莫打你主意了; 二、告诉对方你一辈子跟定了。

人类为啥非一夫一妻不可,这种行为的生物学原理在科学家也云里雾里。不过,有关草原田鼠(橙腹田鼠)的研究告诉我们,加压素在美满婚姻中扮演了关键角色。

田鼠夫妻一旦交配,至死不渝(这一点非常值得我们钦佩和学习)。但生物学家把雄性田鼠大脑海马区的加压素(vasopressin)受体阻断后(生物学家,你为神马要这样做!?),雄性田鼠就耐不住寂寞了(Winslow et al., 1993)。

2009年,戈布洛格(Gobrogge)等人发现,加压素还能让雄性田鼠变成“模范丈夫”。实验中,雄鼠海马区前叶受到刺激,分泌出更多加压素以后,雄鼠就会排斥其它雌鼠;更有甚者,此法还能让“处男”田鼠摆出“已婚”姿态,视陌生雌鼠为怪物。

加压素也能在威廉和凯特的人类婚姻中起作用吗?人类遗传学研究的证据提示:有可能。2008年,沃努姆(Walum)等人研究发现, 人类加压素受体AVPR1A基因编码区上游,有一小段重复序列多态性,该多态性与夫妻关系有密切联系。例如,拥有RS3 334等位基因的男性,非常难以守诺, 不易维持长期稳定的关系,他们更喜欢未婚同居,而不是结婚“在一起”。这一发现表明,人类维持一夫一妻制的深层生化机制可能与美洲田鼠类似。有关RS3 334等位基因对AVPR1A的影响仍在研究中。

Gobrogge, K.L., et al. (2009). PNAS 106, 19144–19149.

Walum, H. et al. (2008). PNAS 105, 14153–14156.

Winslow, J.T., et al. (1993). Nature 365, 545–548.

高贵的头颅

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加入王室大家庭,凯特就成了凯瑟琳六世。这名字叫起来响亮,只可惜以前嫁入王室里的几位凯瑟琳都没什么好下场——最有名的就是亨利八世的第五任妻子凯瑟琳 ? 霍华德,这位王妃与臣子搞外遇,结果被丈夫砍了头。

砍头是不好, 但在淡水水螅(freshwater polyp Hydra), 掉脑袋只是日常生活中的小小插曲, 过几天再长出个新的便是。凭借非同寻常的再生能力,淡水水螅被砍掉脑袋后,能从伤口上长出一个新脑袋。2009年,切拉(Chera)等人研究发现,水螅伤口部位分泌的成形素Wnt3是其强大再生修复能力的原因。有意思的是,Wnt3是正在凋亡的细胞所分泌的,而只有伤口一侧,也就是头侧的细胞会发生凋亡;另一侧——足侧则不发生细胞凋亡,也没有Wnt3分泌。种种观察结果表明,细胞凋亡是水螅头的再生信号。为了验证这一假设,研究者让水螅在长脚的一侧分泌Wnt3。其结果是,水螅在该长脚的地方长出了头(T_T)。至于为什么细胞凋亡只在伤口靠头部一侧发生,仍是一个未解的谜。

Chera, S., et al. (2009). Dev. Cell 17, 279–289

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图片来源: Cell Volume 145, Issue 2

原文发表于果壳网 环球科技观光团主题站 细胞:威廉王子大婚,顶级科学期刊Cell插足

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