該研究為構建酵母細胞工廠(chǎng)高效分泌和展示重組蛋白提供了新思路。 4月24日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所Jay Keasling團隊湯紅婷副研究員與羅小舟研究員團隊合作在Metabolic Engineering上發(fā)表了題為《Systematic genetic modifications of cell wall biosynthesis enhanced the secretion and surface-display of polysaccharide degrading enzymes in Saccharomyces cerevisiae》的研究成果。在該工作中，研究人員基于合成生物學(xué)策略，系統性地探究釀酒酵母細胞壁生物合成途徑中關(guān)鍵基因對分泌和表面展示BGL1酶活性的影響，篩選能夠提高重組酶活性的新基因改造靶點(diǎn)，進(jìn)而組合改造新基因靶點(diǎn)，進(jìn)一步提高了重組酶的活性。同時(shí)，該研究通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)和逆向工程分析發(fā)現，參與蛋白翻譯和分泌途徑的關(guān)鍵基因上調表達對提高重組酶分泌和表面展示活性具有重要作用。這項研究為構建酵母細胞工廠(chǎng)高效分泌和展示重組蛋白提供了新思路。本文的第一作者為研究助理陳南柱、碩士學(xué)生楊碩和研究助理尤大偉，湯紅婷副研究員和羅小舟研究員為論文通訊作者。
為了驗證改造細胞壁合成途徑具有普適性，該研究測試了FYV5和CCW12雙敲除對不同錨定蛋白（Sed1p, Dan4p, Aga1p）和不同重組酶的影響。研究結果顯示，FYV5和CCW12雙敲除能提高使用不同錨定蛋白的BGL1活性，也能促進(jìn)使用同一錨定蛋白的不同重組酶的活性（圖4），包括纖維二糖水解酶（cellobiohydrolase, CBH1）和淀粉酶（Amylase）。 圖4. 細胞壁生物合成改造后的菌株提升不同重組酶的活性 為了探究FYV5和CCW12雙敲除菌株提升重組酶胞外表達的潛在機制，該研究對改造菌株和野生型菌株進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)測試，發(fā)現FYV5和CCW12雙敲除能引發(fā)系列蛋白的上調表達，除了分泌途徑關(guān)鍵節點(diǎn)—內質(zhì)網(wǎng)蛋白加工過(guò)程（protein processing in the ER），蛋白翻譯（protein processing in the ER and protein translation）過(guò)程也是主要的被調控模塊之一（圖5）。通過(guò)逆向代謝工程研究發(fā)現，過(guò)表達12個(gè)蛋白翻譯過(guò)程的蛋白，能提高BGL1胞外活性，其中，過(guò)表達RPL8B、DBP1、TIF3、ETT1和SUI3能將BGL1活性分別提高6.8、2.7、1.7、1.2和1.1倍（圖5c）。 圖5. 通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析和逆向代謝工程揭示改造細胞壁生物合成途徑提高重組酶活性的機制。 綜上所述，研究人員系統地探究釀酒酵母細胞壁生物合成途徑對重組蛋白胞外表達的影響，發(fā)現數個(gè)新的靶點(diǎn)的改造能顯著(zhù)提高重組酶胞外酶活，包括DFG5、YPK1、FYV5、CCW12和KRE1。通過(guò)特定基因的組合改造和培養基的優(yōu)化，使釀酒酵母胞外表達重組酶分泌和展示活性得到了大幅度的增強，分別提高了6.13倍和7.99倍。最后，通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析偶聯(lián)逆向工程策略，揭示蛋白翻譯過(guò)程是改造菌株高效表達重組酶的重要調控之一。這項研究為高效構建酵母細胞工廠(chǎng)提供了新思路。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所嚴飛研究員的最新成果以“Cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of E-cadherin against tumor invasion and metastasis”為題發(fā)表于國際知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy。 5月8日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所嚴飛研究員的最新成果以“Cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of E-cadherin against tumor invasion and metastasis”為題發(fā)表于國際知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy。在該項工作中，研究團隊開(kāi)發(fā)了一種新的在體時(shí)空可控核內基因遞送的方法，該方法利用生物納泡（Gas vesicles, GVs）作為空化核用于攜載質(zhì)粒DNA，在細胞內吞后借助超聲誘發(fā)載基因生物納泡在胞內產(chǎn)生空化效應，可將質(zhì)粒DNA直接遞送至細胞核實(shí)現基因的轉錄和表達，鑒于超聲具有靶向聚焦的特性以及生物納泡天然的生物相容性能在細胞內長(cháng)時(shí)間保持，由此可實(shí)現基因時(shí)空可控地核內基因遞送。通過(guò)以抑制腫瘤轉移功能的E-cadherin基因作為例子，研究團隊利用開(kāi)發(fā)的胞內空化核內基因遞送方法證明了可實(shí)現不同時(shí)間維度上控制基因的遞送與表達，并能發(fā)揮抑制腫瘤侵襲和轉移的作用。利用該方法團隊比較了在不同細胞周期遞送E-cadherin基因，發(fā)現在腫瘤細胞的G2/M期控制外源基因E-cadherin的核內遞送與表達比在G1期和S期能更有效地抑制腫瘤侵襲和轉移，進(jìn)一步的分子機制研究發(fā)現Fam50a/Runx2-MMP13信號軸在這效應增強過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。 該工作不僅可以有效提高外源基因的轉染效率，還有望開(kāi)發(fā)成一種在體時(shí)空可控控制外源基因表達的工具，具有重要的應用前景。 中科院深圳先進(jìn)院合成所嚴飛研究員與浙江大學(xué)附屬第一醫院蔣天安主任為論文的共同通訊作者。來(lái)自浙江大學(xué)的深圳先進(jìn)院客座學(xué)生謝麗婷為論文第一作者。 圖1 文章上線(xiàn)截圖 近年來(lái)，基因治療被認為是除手術(shù)、放化療之外具有巨大應用潛力的新型治療方法，超聲靶向微泡爆破技術(shù)是一種新型的基因和藥物遞送技術(shù)，其原理是利用超聲造影劑微泡作為基因的載體，借助超聲局部輻照載基因微泡，誘發(fā)微泡產(chǎn)生周期性的收縮、膨脹乃至坍塌爆破，進(jìn)而產(chǎn)生微流、微射流和沖擊波等一系列空化效應，這些效應疊加作用于臨近的細胞膜，使之產(chǎn)生瞬間可修復的微小孔隙（聲致穿孔效應），溶液中或微泡爆破釋放的質(zhì)粒DNA趁機進(jìn)入細胞，從而實(shí)現基因的定點(diǎn)遞送，該方法具有靶向、定點(diǎn)、可視化基因遞送等優(yōu)勢，是實(shí)現基因靶向遞送頗具前景的方法之一。然而，傳統基于微泡超聲造影劑的超聲基因遞送策略?xún)H僅能對細胞膜進(jìn)行空化穿孔實(shí)現外源基因由胞外向胞內遞送，而無(wú)法將質(zhì)粒DNA直接遞送入細胞核內，導致超聲靶向基因轉染的效率普遍較低。針對這一問(wèn)題，嚴飛研究員團隊提出了基于生物納泡的胞內空化核內基因遞送新方法，利用生物納泡粒徑小的特點(diǎn)，通過(guò)PEI表面修飾攜載質(zhì)粒DNA后將其與細胞孵育進(jìn)入到細胞質(zhì)，再借助超聲輻照使其在細胞內產(chǎn)生空化效應，瞬時(shí)穿孔核膜直接將基因遞送入核內，有效提高了基因的轉染效率（流式檢測可達47%）。此外，利用生物納泡天然的相容性，且能在細胞內穩定存在，由此可在不同時(shí)間點(diǎn)施加超聲控制基因的核內遞送與表達，成功實(shí)現了外源基因在體時(shí)空可控的基因表達。 圖2 超聲可視化胞內空化遞送EGFP基因在時(shí)間維度上控制外源基因的表達 研究團隊利用該系統遞送具有抑制腫瘤轉移功能的E-cadherin基因，發(fā)現在C6腦膠質(zhì)瘤細胞內吞載E-cadherin的納泡后，移植到老鼠大腦分別等待0 h (t0),12 h (t12)或24 h (t24)進(jìn)行超聲輻照誘導生物納泡胞內空化進(jìn)行基因的核內遞送，均能有效抑制腫瘤細胞的遷移，并能延長(cháng)荷瘤鼠的生存期。為了探索超聲胞內空化核內基因遞送在細胞周期內的應用，研究團隊建立了兩種不同的細胞周期運行模式，分別將腫瘤細胞同步化停留在不同細胞周期后進(jìn)行超聲基因轉染和同步化細胞撤掉細胞周期阻滯劑進(jìn)入到不同細胞周期后接受超聲基因轉染（腫瘤細胞先行內吞載基因納泡）。實(shí)驗結果證實(shí)開(kāi)發(fā)的核內基因遞送方法在兩種細胞周期運行模式中的G1期、S期和G2/M期均具有相似的基因轉染效率，但在抑制腫瘤細胞侵襲和轉移的功能上卻有所不同，表現為在G2/M期行超聲核內基因遞送比G1期和S期具有更好的抗腫瘤侵襲和轉移的效果。 圖3 超聲胞內空化在不同時(shí)間遞送E-cadherin有效抑制腦膠質(zhì)瘤細胞的遷移 圖4 超聲胞內空化在不同細胞周期遞送EGFP的轉染效率以及遞送E-cadherin的腫瘤遷移抑制效果 為了進(jìn)一步挖掘超聲胞內空化遞送E-cadherin在G2/M期具有更好抑制腫瘤轉移的機制，研究團隊通過(guò)轉錄組測序、qPCR、WB和CO-IP等分子實(shí)驗，發(fā)現在腫瘤細胞G2/M期過(guò)表達E-cadherin會(huì )導致Fam50a基因的下調，進(jìn)而減少Fam50a/Runx2的相互作用及其轉錄激活功能，最終導致MMP13的下調，揭示了超聲胞內空化核內遞送E-cadherin基因在細胞周期G2/M期發(fā)揮更好抑制腫瘤轉移的機制。 圖5 E-cadherin在G2/M期的過(guò)表達更有效地抑制了Fam50a/Runx2-MMP13信號傳導 該工作獲得了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、中科院先導B項目以及深圳市科創(chuàng )委和深圳合成生物學(xué)創(chuàng )新研究院等項目的支持。 Liting Xie, Jieqiong Wang, Liming Song, Tianan Jiang and Fei Yan. Cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of E-cadherin against tumor invasion and metastasis. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2023; 8(1):182. doi: 10.1038/s41392-023-01398-4.
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室（LTO）/ 全球海洋和氣候研究中心(GOCRC) 研究員王春在團隊針對東太平洋（EP）厄爾尼諾激發(fā)負位相太平洋經(jīng)向模態(tài)（PMM）機制的適用性提出了新的觀(guān)點(diǎn)。研究成果以博士后范漢杰為第一作者、王春在為通訊作者發(fā)表在國際期刊Journal of Climate上。 PMM是太平洋最為強盛的熱帶外海氣活動(dòng)之一，與厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）之間存在密切的相互作用。前人提出了ENSO影響PMM的兩個(gè)機制：1.中太平洋（CP）ENSO能夠激發(fā)同位相的PMM；2.EP厄爾尼諾能在強度足夠大的情況下激發(fā)負位相的PMM。前人工作強調機制2只適用于1982/83和1997/98兩次超強的EP厄爾尼諾，并且PMM指數也確實(shí)在1983和1998年春季達到了最大的兩次負值（圖1a）。然而，實(shí)際上1983和1998年春季，副熱帶太平洋上的海溫異常（SSTA）是微弱的負值甚至是正值（圖1b和c），與PMM指數的高負值顯然不符。 為了理解這一看似矛盾的結果，本研究將ENSO影響PMM的兩個(gè)機制進(jìn)行了物理過(guò)程的對比診斷以檢驗各自的適用性。結果表明，CP ENSO激發(fā)的大氣響應剛好能夠配合風(fēng)-蒸發(fā)-海溫（WES）反饋引起同位相的PMM活動(dòng)。另一方面，雖然EP厄爾尼諾中心區的SSTA獨自發(fā)生時(shí)有助于激發(fā)負位相的PMM，但EP厄爾尼諾的SSTA橫跨經(jīng)度較寬，可以延伸至CP區域，整體引起的大氣響應并不能很好地配合WES反饋進(jìn)而激發(fā)負PMM活動(dòng)。以上物理機制診斷解釋了兩次超強EP厄爾尼諾期間副熱帶SSTA微弱的原因，但不能解釋當年P(guān)MM指數的高負值。 為此，本研究進(jìn)一步采用了指數投影拆解的方法，對PMM指數強度進(jìn)行了貢獻量化分析。結果表明，大多數的PMM指數高值是由副熱帶的SSTA引起，而1982/83和1997/98期間PMM指數的高負值卻是由EP區域強盛的增暖投影至PMM模態(tài)在赤道上的負值中心所引起的，與一般情況不同（圖2）。進(jìn)一步采用CMIP6模式分析同樣獲得了以上的結果。 本研究結果澄清了前人提出的EP厄爾尼諾能夠激發(fā)負PMM的偏差理解，有助于更加準確地認識太平洋熱帶-熱帶外的相互作用。另外，本研究表明類(lèi)似經(jīng)驗正交分解和最大協(xié)方差分析等方法雖然有助于識別氣候模態(tài)，但這些方法得到的指數用于模態(tài)強度表征時(shí)可能包含虛假信息，在研究過(guò)程中需要謹慎對待。 本研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目和博士后創(chuàng )新人才支持計劃等共同資助。 相關(guān)論文信息： Fan, H., S. Yang, C. Wang, and S. Lin, 2023: Revisiting the impacts of tropical Pacific SST anomalies on the Pacific Meridional Mode during the decay of strong eastern Pacific El Nio events. J. Climate. 原文鏈接： https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0342.1 圖1. (a) PMM指數逐月時(shí)間序列，虛線(xiàn)指示1983和1998年的春季。(b) 1983年和 (c) 1998年春季的海溫異常空間分布。 圖2. (a) PMM指數和空間投影方法得到的PMM投影指數，相關(guān)性為0.98。(b) 和 (c) 為利用空間投影方法拆解得到的副熱帶太平洋（藍色）和熱帶太平洋（紅色）的SSTA對PMM指數強度的貢獻，(b) 是未濾除冷舌指數信號的結果，(c) 是濾除后的結果。
近日，深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗室周義明研究員課題組在《Geology》發(fā)表了題為“Hydrothermal sulfate surges promote rare earth elements transport and mineralization”的文章 近日，深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗室周義明研究員課題組在《Geology》發(fā)表了題為“Hydrothermal sulfate surges promote rare earth elements transport and mineralization”的文章。 本研究對熱液條件下典型硫酸鹽礦物的溶解性開(kāi)展系統性對比研究，發(fā)現堿金屬與硫酸根的耦合、高溫高壓條件是超富硫酸鹽熱液形成的有利條件。形成的超富硫酸鹽熱液可高效遷移稀土元素，據此提出壓力釋放、溫度降低、以及堿金屬的丟失（堿交代等蝕變作用的發(fā)生）是導致碳酸巖型稀土礦化的潛在機制，這也與地質(zhì)觀(guān)察相吻合。 深海所萬(wàn)野博士為第一作者、周義明研究員為通訊作者、博士生王若衡、南京大學(xué)王小林教授、地質(zhì)與地球物理研究所李曉春研究員作為共同作者參與了本項研究工作。 圖1. 堿金屬硫酸鹽溶解度受壓力影響明顯 圖2. 硫酸鹽主導的稀土元素遷移、富集、礦化模型（FFI代表液-液不混溶作用，F1指分離出的富集液相） 論文信息：Wan, Y., Chou, I. M., Wang, X., Wang, R., & Li, X. (2023). Hydrothermal sulfate surges promote rare earth element transport and mineralization. Geology, 51(5): 449–453.
