2015年11月20日，清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心（CencerforLifeSciences）在清華主樓后廳召開(kāi)年度學(xué)術(shù)討論會(huì )，邀請了全球范圍內各領(lǐng)域的杰出科學(xué)家在會(huì )上作研究報告，清華、北大等高校的廣大師生以及生物谷等門(mén)戶(hù)網(wǎng)站也受邀參與了該次會(huì )議。

　　會(huì )議報告內容涉及生命科學(xué)多個(gè)領(lǐng)域，生物谷小編選擇了其中一些代表性研究進(jìn)行重點(diǎn)介紹：

　　天然免疫信號識別分子cGAS催化活性機制研究

　　紀念斯隆-凱特琳癌癥中心的結構生物學(xué)家DinshawPatel教授報告了其實(shí)驗室最近針對目前抗病毒天然免疫領(lǐng)域內新發(fā)現的"明星分子"——cyclicG-AMP以及合成該分子的cGAS所做的結構解析。

　　根據目前的研究：在外源雙鏈DNA進(jìn)入蘇中細胞之后，胞漿中的cGAs能夠對其進(jìn)行識別并催化ATP與GTP產(chǎn)生環(huán)狀的G-AMP小分子。該分子能夠進(jìn)一步結合下游的STING蛋白從而引發(fā)經(jīng)典的抗病毒免疫效應。該信號的發(fā)現填補了長(cháng)久以來(lái)在針對雙鏈DNA病毒的抗病毒天然免疫領(lǐng)域的空白。

　　Patel教授實(shí)驗室利用結晶學(xué)的手段得到了cGAS與雙鏈DNA的復合體結構，并通過(guò)比較DNA結合前后的cGAS結構得出：雙鏈DNA的結合能夠使cGAS發(fā)生構象的改變，并產(chǎn)生一個(gè)由E211，D307以及D213三個(gè)氨基酸殘基構成的催化"口袋。

　　另外，他們發(fā)現雙鏈DNA與cGAS的結合并無(wú)核酸序列特異性的要求。為了證明該猜想是正確的，他們又獲取了cGAS與雙鏈DNA以及ATP（cGAS底物）三個(gè)復合體結構，該結構證實(shí)ATP的確"鑲嵌"在新出現的催化中心。

　　由于cGAMP的結構特殊，其ATP5'號位的磷酸能夠與GTP2'號位的C原子形成共價(jià)連接，而GTP5'號位的磷酸基團與ATP'3號位的C原子發(fā)生連接。他們通過(guò)一系列的突變實(shí)驗證明似乎之后這種結構才是天然的催化產(chǎn)物。

　　通過(guò)解析cGAS，雙鏈DNA以及cGAMP三元復合體的結構，他們認為cGAS對底物的催化是一個(gè)"兩步"反應：首先ATP與GTP通過(guò)2'-5'連接形成GpA（2'-5'），由于局部的分子極性發(fā)生排斥，這一中間體在催化中心發(fā)生"翻轉"，從而便于第二步中3'-5'的連接并最終產(chǎn)生cGAMP。區別于哺乳動(dòng)物，霍亂弧菌體內的cGAS同源蛋白首先發(fā)生ATP5'磷酸基團與GTP3'C原子的共價(jià)連接，形成GpA（3'-5'）的中間體結構，并最終產(chǎn)生與哺乳動(dòng)物cGAMP完全相反的產(chǎn)物。

　　最后，Patel教授還分享了cGAMP與下游蛋白STING的共結晶結構。針對這一結果，他們分析了之前在小鼠水平大獲成功的，以STING為靶點(diǎn)的免疫抑制類(lèi)藥物DMXAA。這一藥物雖然對小鼠十分有效，但在人類(lèi)水平卻效果甚微。Patel教授發(fā)現這是由于人與小鼠的STING蛋白結構有一部分差別。他們通過(guò)突變的方式將人源的STING蛋白進(jìn)行了下列突變（S162A，G230I，Q266I）發(fā)現改造過(guò)后的人源STING也能夠與DMXAA結合。

　　GPCR的結構與功能學(xué)分析

　　斯坦福大學(xué)的化學(xué)生物學(xué)家，2012年諾貝爾化學(xué)家得主BrianKobilka分享了他在GPCR信號傳導機制領(lǐng)域所做的研究。

　　GPCR，即G蛋白偶聯(lián)受體，是一類(lèi)廣泛存在于生物細胞表面的受體，其來(lái)源廣，功能多樣，因而重要性也不言而喻。在受到配體的刺激下，GPCR會(huì )發(fā)生構象改變，招募下游的小G蛋白（αβγ），它們通過(guò)消耗GTP的能量并將其轉化為GDP，并同時(shí)將信號傳遞到胞內。Kobilka教授解析了GPCR家族中的代表性受體β2R在與激活性或抑制性配體結合情況下的復合體結構。通過(guò)比較已有的GPCR家族蛋白結構，他指出這一家族的成員在進(jìn)化上高度保守：胞外端是與配體結合的區域，中間的跨膜結構域以及胞內端的酪氨酸殘基負責信號傳導。

　　接下來(lái)，Kobilka教授分享他目前利用已有的結構數據庫資源進(jìn)行藥物篩選的進(jìn)展。盡管GPCR十分重要，但由于其涉及的信號十分多樣化，因此設計高度特異性的藥物十分困難。Kobilka教授從已有的5百萬(wàn)小分子庫中進(jìn)行模擬篩選，找到最有希望的前30名藥物前體。之后，通過(guò)結合與信號方面的檢測，并最終通過(guò)結構學(xué)手段找到最優(yōu)的藥物。

　　利用這種方法，Kobilka教授得到了針對β2R的兩類(lèi)藥物：正向調節分子BRAC1與負向調節分子BRAC11。眾所周知，所有針對GPCR的藥物都面臨一個(gè)問(wèn)題——藥物的特異性。例如阿片受體（opioidreceptor），它的激活一方面能夠促進(jìn)鈣離子內流激活下游的PKA，引起陣痛的反應，另一方面，它還能引發(fā)PKC的激活從而差生呼吸阻礙以及藥物上癮的癥狀。臨床常用的鎮痛劑-嗎啡（morphine）在治療陣痛的同時(shí)容易引起上述副作用。Kobilka教授利用上述方法找到的新藥物（s，s）21相比于嗎啡，能夠起到相同的治療陣痛的效果，同時(shí)不會(huì )引發(fā)藥物上癮或呼吸阻礙的副作用，這充分說(shuō)明了該藥物篩選模式的強大之處。

　　DNA去甲基化分子機制新發(fā)現

　　中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心主任&普渡大學(xué)的朱健康教授講述了他在DNA去甲基化修飾方面的最新研究成果。朱教授曾經(jīng)以擬南芥為研究對象，找到了經(jīng)典的去甲基化酶ROS1。

　　最近，朱教授實(shí)驗室發(fā)現一類(lèi)轉座子元件HAT-likeTE能夠通過(guò)甲基化的修飾得到激活，激活后的該元件作用于表達去甲基化酶EPF2基因的啟動(dòng)子區域，從而使其沉默。另外，他們發(fā)現ROS1作為去甲基化酶能夠有效阻礙這一效應。為了尋找其它有相似功能的元件，作者構建了擬南芥根系生長(cháng)報告系統：首先向野生擬南芥中轉入SUC2基因，該基因能夠使植物根部停止生長(cháng)，而ROS1能夠挽回這一缺陷。隨后，作者通過(guò)正向遺傳學(xué)手段對該轉基因植物進(jìn)行進(jìn)一步篩選，他們找到了一個(gè)名為"H2AZ"的基因，具有與轉座子HAT-likeTE相同的功能。當該元件結合在ROS1的啟動(dòng)子區域時(shí)，能夠導致擬南芥根部重新停止生長(cháng)。由于這一效應十分明顯，這類(lèi)元件被稱(chēng)為DNA甲基化的初始開(kāi)關(guān)。

　　生長(cháng)素的胞間傳遞導致植物組織特征與花序的形成

　　加州理工大學(xué)的教授，生物工程學(xué)家ElliotMeyerowitz教授展示了他對植物組織特征形成所做的研究。我們都知道植物的花朵十分好看，這除了鮮艷的顏色以外，復雜但有序的排列方式也是主要的原因。

　　Meyerowitz教授通過(guò)對種子頂端分生組織進(jìn)行研究，認為生長(cháng)素的胞間傳遞有可能是這一特征形成的誘因。他們實(shí)驗室通過(guò)計算的方式模擬了生長(cháng)素在不同細胞間進(jìn)行傳遞的特點(diǎn)，并將生長(cháng)素對細胞生長(cháng)的促進(jìn)作用這一因素考慮進(jìn)去，得到了最終的計算機花朵發(fā)育模型。令人驚奇的是，這一模型與真實(shí)世界中的花朵十分相似。

　　根據一系列的計算，他們得到了最終的生物學(xué)模型：生長(cháng)素在細胞間的傳遞引發(fā)了組織的極性生長(cháng)，這一極性生長(cháng)造成了最初的組織形態(tài)的出現，這一形態(tài)會(huì )給其中的每一個(gè)細胞不同程度的物理性壓迫，并最終引起了正反饋循環(huán)。

　　表皮細胞-間質(zhì)細胞-轉變及對癌癥發(fā)生的影響

　　正常組織與癌組織在形態(tài)學(xué)上具有許多不同的特征：前者細胞之間粘附性大，具有頂部與底部的極性特征，遷移率與侵染性較低；而后者細胞之間粘附性很小，極性逐漸消失，具有較高的遷移率與侵染性。這也是癌細胞度化療具有較高耐受性的原因。

　　來(lái)自萊斯大學(xué)的生物物理學(xué)家HerbertLevine教授則認為在兩種形態(tài)之間并不是一片空白，其中具有一個(gè)連續的過(guò)渡態(tài)存在。以表皮細胞與間質(zhì)細胞為研究對象，他們找到了一部分特征位于表皮細胞與間質(zhì)細胞之間的細胞類(lèi)型。這部分細胞雖然具有較高的遷移性，但彼此之間粘附性仍然較高，體現在體外遷移現象發(fā)生時(shí)，這部分細胞總是以"簇"狀方式移動(dòng)。

　　通過(guò)遺傳學(xué)分析，他們發(fā)現SNAIL蛋白以及miR200對這些細胞特征的形成具有重要作用，Levine教授希望這一發(fā)現能夠為將來(lái)的癌癥診斷與治療提供新的思路。

　　piRNA與哺乳動(dòng)物精子的形成

　　耶魯大學(xué)的干細胞生物學(xué)家林海凡教授發(fā)表了他們實(shí)驗室對新發(fā)現的小RNA家族成員piRNA的最新研究成果。與經(jīng)典的miRNA不同，piRNA長(cháng)度較長(cháng)，為26-32nt，種類(lèi)也較多，達到1百萬(wàn)中。大部分piRNA主要表達于動(dòng)物細胞減數分裂階段，對精子的形成尤其重要。

　　與piRNA結合的一類(lèi)蛋白叫做piwi蛋白，通常分布于胞漿中，在小鼠中這類(lèi)蛋白具有一個(gè)獨特的名字"MIWI"。piRNA與蛋白質(zhì)的結合能夠起到同樣的基因沉默的效應。他們最近發(fā)現一類(lèi)轉座子編碼的piRNA能夠調節mRNA的翻譯過(guò)程；另外，他們同時(shí)發(fā)現一類(lèi)由假基因編碼的piRNA也能夠調節mRNA的轉錄后翻譯。最后，李教授還介紹了他們發(fā)現的piRNA調節LncRNA的現象。

　　合成生物學(xué)優(yōu)化癌癥免疫療法

　　加州舊金山分校的WendellLim教授講述了他們實(shí)驗室最近發(fā)表在《Science》雜志上的關(guān)于優(yōu)化Car-T療法的研究進(jìn)展。

　　細胞免疫療法是最近業(yè)界十分火的話(huà)題，原因在于其新穎的概念以及喜人的治療結果。所謂CAR-T，就是利用基因編輯技術(shù)將常規T細胞TCR進(jìn)行改造，使其具有直接識別并結合抗原的scFv胞外端，以及能夠完全激活下游信號的胞內信號結構域。通過(guò)分析病人自身的T細胞，將其改造并進(jìn)行體外培養之后再次轉入患者體內，可以起到明顯的治療腫瘤的效果。

　　然而，目前的CAR-T療法也存在一些明顯的問(wèn)題：比如這一方法只對于B淋巴瘤具有明顯的療效，而且會(huì )有其它的副作用。一方面是脫靶效應；另一方面，即使能夠特異性與癌細胞結合，這一改造后的T細胞由于沒(méi)有負向調控機制，很容易失去控制。Lim教授設計將現有的CAR-T受體上增加一個(gè)特異性的藥物靶點(diǎn)。這樣在這部分細胞導入體內后，只有在同時(shí)注射針對這一靶點(diǎn)的藥物后，細胞才能夠被正式激活；另外，他還嘗試了除scFv以外其它特異性較高的受體作為識別元件對現有的受體進(jìn)行改造，以增加其特異性。

　　Lim教授進(jìn)行了小鼠水平的抗腫瘤試驗：人為標記小鼠體內帶有抗原A的細胞，以及另外一部分帶有抗原A與B的細胞；之后，設計制作同時(shí)含有針對A與抗原B兩個(gè)配體的CART細胞。結果顯示：這部分轉基因的T細胞對兩類(lèi)細胞都能夠特異性的結合，但只殺傷其中同時(shí)具有抗原A與抗原B的細胞。這充分說(shuō)明了該設計的合理性。

　　除此之外，SankarGhosh教授分享了他們實(shí)驗室對LPS脫敏效應的研究成果；MichaelW.Young教授分享了生物晝夜節律現象及其內在的分子機制；MichaelGranato教授講解了他們關(guān)于動(dòng)物在做出選擇式的神經(jīng)信號傳導機制等等。