2015年11月20日，清華-北大生命科學聯(lián)合中心（CencerforLifeSciences）在清華主樓后廳召開年度學術(shù)討論會，邀請了全球范圍內(nèi)各領(lǐng)域的杰出科學家在會上作研究報告，清華、北大等高校的廣大師生以及生物谷等門戶網(wǎng)站也受邀參與了該次會議。

　　會議報告內(nèi)容涉及生命科學多個領(lǐng)域，生物谷小編選擇了其中一些代表性研究進行重點介紹：

　　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(jié)構(gòu)生物學家DinshawPatel教授報告了其實驗室最近針對目前抗病毒天然免疫領(lǐng)域內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的"明星分子"——cyclicG-AMP以及合成該分子的cGAS所做的結(jié)構(gòu)解析。

　　根據(jù)目前的研究：在外源雙鏈DNA進入蘇中細胞之后，胞漿中的cGAs能夠?qū)ζ溥M行識別并催化ATP與GTP產(chǎn)生環(huán)狀的G-AMP小分子。該分子能夠進一步結(jié)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(xiàn)填補了長久以來在針對雙鏈DNA病毒的抗病毒天然免疫領(lǐng)域的空白。

　　Patel教授實驗室利用結(jié)晶學的手段得到了cGAS與雙鏈DNA的復合體結(jié)構(gòu)，并通過比較DNA結(jié)合前后的cGAS結(jié)構(gòu)得出：雙鏈DNA的結(jié)合能夠使cGAS發(fā)生構(gòu)象的改變，并產(chǎn)生一個由E211，D307以及D213三個氨基酸殘基構(gòu)成的催化"口袋。

　　另外，他們發(fā)現(xiàn)雙鏈DNA與cGAS的結(jié)合并無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）三個復合體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)證實ATP的確"鑲嵌"在新出現(xiàn)的催化中心。

　　由于cGAMP的結(jié)構(gòu)特殊，其ATP5'號位的磷酸能夠與GTP2'號位的C原子形成共價連接，而GTP5'號位的磷酸基團與ATP'3號位的C原子發(fā)生連接。他們通過一系列的突變實驗證明似乎之后這種結(jié)構(gòu)才是天然的催化產(chǎn)物。

　　通過解析cGAS，雙鏈DNA以及cGAMP三元復合體的結(jié)構(gòu)，他們認為cGAS對底物的催化是一個"兩步"反應：首先ATP與GTP通過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(zhuǎn)"，從而便于第二步中3'-5'的連接并最終產(chǎn)生cGAMP。區(qū)別于哺乳動物，霍亂弧菌體內(nèi)的cGAS同源蛋白首先發(fā)生ATP5'磷酸基團與GTP3'C原子的共價連接，形成GpA（3'-5'）的中間體結(jié)構(gòu)，并最終產(chǎn)生與哺乳動物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(jié)晶結(jié)構(gòu)。針對這一結(jié)果，他們分析了之前在小鼠水平大獲成功的，以STING為靶點的免疫抑制類藥物DMXAA。這一藥物雖然對小鼠十分有效，但在人類水平卻效果甚微。Patel教授發(fā)現(xiàn)這是由于人與小鼠的STING蛋白結(jié)構(gòu)有一部分差別。他們通過突變的方式將人源的STING蛋白進行了下列突變（S162A，G230I，Q266I）發(fā)現(xiàn)改造過后的人源STING也能夠與DMXAA結(jié)合。

　　GPCR的結(jié)構(gòu)與功能學分析

　　斯坦福大學的化學生物學家，2012年諾貝爾化學家得主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，是一類廣泛存在于生物細胞表面的受體，其來源廣，功能多樣，因而重要性也不言而喻。在受到配體的刺激下，GPCR會發(fā)生構(gòu)象改變，招募下游的小G蛋白（αβγ），它們通過消耗GTP的能量并將其轉(zhuǎn)化為GDP，并同時將信號傳遞到胞內(nèi)。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(jié)合情況下的復合體結(jié)構(gòu)。通過比較已有的GPCR家族蛋白結(jié)構(gòu)，他指出這一家族的成員在進化上高度保守：胞外端是與配體結(jié)合的區(qū)域，中間的跨膜結(jié)構(gòu)域以及胞內(nèi)端的酪氨酸殘基負責信號傳導。

　　接下來，Kobilka教授分享他目前利用已有的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫資源進行藥物篩選的進展。盡管GPCR十分重要，但由于其涉及的信號十分多樣化，因此設(shè)計高度特異性的藥物十分困難。Kobilka教授從已有的5百萬小分子庫中進行模擬篩選，找到最有希望的前30名藥物前體。之后，通過結(jié)合與信號方面的檢測，并最終通過結(jié)構(gòu)學手段找到最優(yōu)的藥物。

　　利用這種方法，Kobilka教授得到了針對β2R的兩類藥物：正向調(diào)節(jié)分子BRAC1與負向調(diào)節(jié)分子BRAC11。眾所周知，所有針對GPCR的藥物都面臨一個問題——藥物的特異性。例如阿片受體（opioidreceptor），它的激活一方面能夠促進鈣離子內(nèi)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(zhèn)痛劑-嗎啡（morphine）在治療陣痛的同時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，同時不會引發(fā)藥物上癮或呼吸阻礙的副作用，這充分說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(xiàn)

　　中科院上海植物逆境生物學研究中心主任&普渡大學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，朱教授實驗室發(fā)現(xiàn)一類轉(zhuǎn)座子元件HAT-likeTE能夠通過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基因的啟動子區(qū)域，從而使其沉默。另外，他們發(fā)現(xiàn)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(gòu)建了擬南芥根系生長報告系統(tǒng)：首先向野生擬南芥中轉(zhuǎn)入SUC2基因，該基因能夠使植物根部停止生長，而ROS1能夠挽回這一缺陷。隨后，作者通過正向遺傳學手段對該轉(zhuǎn)基因植物進行進一步篩選，他們找到了一個名為"H2AZ"的基因，具有與轉(zhuǎn)座子HAT-likeTE相同的功能。當該元件結(jié)合在ROS1的啟動子區(qū)域時，能夠?qū)е聰M南芥根部重新停止生長。由于這一效應十分明顯，這類元件被稱為DNA甲基化的初始開關(guān)。

　　生長素的胞間傳遞導致植物組織特征與花序的形成

　　加州理工大學的教授，生物工程學家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教授通過對種子頂端分生組織進行研究，認為生長素的胞間傳遞有可能是這一特征形成的誘因。他們實驗室通過計算的方式模擬了生長素在不同細胞間進行傳遞的特點，并將生長素對細胞生長的促進作用這一因素考慮進去，得到了最終的計算機花朵發(fā)育模型。令人驚奇的是，這一模型與真實世界中的花朵十分相似。

　　根據(jù)一系列的計算，他們得到了最終的生物學模型：生長素在細胞間的傳遞引發(fā)了組織的極性生長，這一極性生長造成了最初的組織形態(tài)的出現(xiàn)，這一形態(tài)會給其中的每一個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(zhuǎn)變及對癌癥發(fā)生的影響

　　正常組織與癌組織在形態(tài)學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。

　　來自萊斯大學的生物物理學家HerbertLevine教授則認為在兩種形態(tài)之間并不是一片空白，其中具有一個連續(xù)的過渡態(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(xiàn)在體外遷移現(xiàn)象發(fā)生時，這部分細胞總是以"簇"狀方式移動。

　　通過遺傳學分析，他們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)能夠為將來的癌癥診斷與治療提供新的思路。

　　piRNA與哺乳動物精子的形成

　　耶魯大學的干細胞生物學家林海凡教授發(fā)表了他們實驗室對新發(fā)現(xiàn)的小RNA家族成員piRNA的最新研究成果。與經(jīng)典的miRNA不同，piRNA長度較長，為26-32nt，種類也較多，達到1百萬中。大部分piRNA主要表達于動物細胞減數(shù)分裂階段，對精子的形成尤其重要。

　　與piRNA結(jié)合的一類蛋白叫做piwi蛋白，通常分布于胞漿中，在小鼠中這類蛋白具有一個獨特的名字"MIWI"。piRNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合能夠起到同樣的基因沉默的效應。他們最近發(fā)現(xiàn)一類轉(zhuǎn)座子編碼的piRNA能夠調(diào)節(jié)mRNA的翻譯過程；另外，他們同時發(fā)現(xiàn)一類由假基因編碼的piRNA也能夠調(diào)節(jié)mRNA的轉(zhuǎn)錄后翻譯。最后，李教授還介紹了他們發(fā)現(xiàn)的piRNA調(diào)節(jié)LncRNA的現(xiàn)象。

　　合成生物學優(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療法的研究進展。

　　細胞免疫療法是最近業(yè)界十分火的話題，原因在于其新穎的概念以及喜人的治療結(jié)果。所謂CAR-T，就是利用基因編輯技術(shù)將常規(guī)T細胞TCR進行改造，使其具有直接識別并結(jié)合抗原的scFv胞外端，以及能夠完全激活下游信號的胞內(nèi)信號結(jié)構(gòu)域。通過分析病人自身的T細胞，將其改造并進行體外培養(yǎng)之后再次轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)，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題：比如這一方法只對于B淋巴瘤具有明顯的療效，而且會有其它的副作用。一方面是脫靶效應；另一方面，即使能夠特異性與癌細胞結(jié)合，這一改造后的T細胞由于沒有負向調(diào)控機制，很容易失去控制。Lim教授設(shè)計將現(xiàn)有的CAR-T受體上增加一個特異性的藥物靶點。這樣在這部分細胞導入體內(nèi)后，只有在同時注射針對這一靶點的藥物后，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(xiàn)有的受體進行改造，以增加其特異性。

　　Lim教授進行了小鼠水平的抗腫瘤試驗：人為標記小鼠體內(nèi)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(shè)計制作同時含有針對A與抗原B兩個配體的CART細胞。結(jié)果顯示：這部分轉(zhuǎn)基因的T細胞對兩類細胞都能夠特異性的結(jié)合，但只殺傷其中同時具有抗原A與抗原B的細胞。這充分說明了該設(shè)計的合理性。

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