Structural basis for site-specific ribose methylation by box C/D RNA protein complexes

北京生命科学研究所的叶克穷研究组报道了一个加载了底物的完整C/D RNA蛋白质复合物的3.15埃晶体结构，并研究了C/D RNA蛋白质复合物催化RNA核糖甲基化的结构机理。

C/D RNA是普遍存在于真核生物和古细菌的一类古老的非编码RNA，它们主要介导核糖体RNA和剪切体RNA大量特定位点上的核糖甲基化修饰，同时参与真核生物核糖体的装配。在古细菌中，C/D RNA和甲基转移酶fibrillarin，RNA结合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成复合物。C/D RNA能和修饰位点两边的碱基序列互补配对，而实现对底物的特异性选择。虽然对这个复合物的结构已经有较多研究，但二个基本问题仍然没有解决。首先C/D RNA是如何和蛋白质组装形成复合物的？其中经典的模型认为一条C/D RNA和两套蛋白结合形成所谓的“单体”结构，但是最近的研究认为两条C/D RNA和四套蛋白结合形成 “交叉双体”结构。第二个问题是C/D RNA如何指导甲基转移酶选择特定的修饰位点？

这篇论文报道了一个加载了底物的完整C/D RNA蛋白质复合物的3.15埃晶体结构。其中晶体X光衍射数据在上海光源生物大分子晶体学线站BL17U搜集。该结构首次显示了这个复杂分子机器的整体组装方式，为“单体”模型提供了直接的证据。这个结构还清楚的显示了底物RNA的结合方式和催化亚基选择特定修饰位点的方式。作者还发现，为了形成催化所需的活性状态，底物的加载诱发了复合物内部结构发生广泛的变化。

叶克穷实验室之前还详细研究了另一类催化假尿嘧啶形成的H/ACA RNA蛋白质复合物的结构。随着C/D RNA蛋白质复合物结构的解析，我们对生物体内两大类参与RNA修饰的复合物的工作原理均得到了在原子水平的认识。

Molecular regulation of sexual preference revealed by genetic studies of 5-HT in the brains of male mice

对于求偶选择的分子生物学理解，最早见于果蝇。从1960年代发现第一个突变，到1996年发现第一个影响求偶选择的基因，迄今已知有近10个基因参与果蝇求偶。但是，哺乳类的动物中迄今没有证明如何与这些已知果蝇基因相关的基因参与哺乳类求偶。除了性激素以外，哺乳类只有两个基因发现和求偶相关，它们编码的蛋白质都表达在老鼠的鼻腔中，参与识别性别间差别。在中枢神经系统内，特别是脑内，迄今没有发现参与求偶选择的分子。所以，对于哺乳类求偶选择的中枢调控理解很少。

饶毅研究组近年发现，脑内的五羟色胺分子以及表达五羟色胺的神经细胞对于雄性求偶至关重要，从而揭示了哺乳类求偶调控的分子和细胞原理。一般雄鼠在面临另外雌鼠和雄鼠时，多半追求雌鼠。饶毅实验室使用遗传学、分子生物学、药理学方法，通过改变基因而导致脑中五羟色胺不能合成、或者含五羟色胺细胞的细胞不能生存，这时雄鼠面临雌雄的时候，失去选择，对雌雄同等追求。本来一般雄鼠只对雌性发出类似情歌的超声波，而突变的雄鼠对雄鼠也唱歌。在成年鼠中，他们通过加入药物，在缺乏五羟色胺的雄鼠中提高五羟色胺浓度，可以在几十分钟内，逆转雄鼠的无偏好而重新偏好雌性。

这些结果，表明在脑中调控求偶选择起重要作用的有五羟色胺这种传送神经细胞之间信息的分子（神经递质），以及含五羟色胺的神经细胞（“五羟色胺能神经细胞”）。

Role for the Membrane Receptor Guanylyl Cyclase-C in Attention Deficiency and Hyperactive Behavior

罗敏敏实验室首次揭示一个肠分泌肽类激素的膜受体鸟苷酸环化酶C选择性地表达于中脑多巴胺神经元上，并以独特的生理机制调控动物的注意力和运动水平。

中脑多巴胺神经元调节许多种重要的行为过程，它们的功能障碍常与多种人类精神疾病相关，比如注意力缺陷多动障碍（ADHD）和精神分裂症。所以找到可以特异调节它们的活动的细胞靶点是非常重要的。

这篇文章发现这些神经元选择性的表达鸟苷酸环化酶C(GC-C)，一种以前被认为特异的表达在肠道细胞上的膜受体。GC-C被激活后可以增强由谷氨酸和乙酰胆碱受体介导的中脑多巴胺神经元的激动性反应，该效应有赖于依赖于环化鸟苷酸（cGMP）的蛋白激酶-G的活性。GC-C基因敲除的小鼠同时表现出多动和注意力缺失。而且，这些行为缺陷可以被治疗注意力缺陷多动障碍的药物以及蛋白激酶-G地激动剂加以挽救。这些结果提示脑中的GC-C/PKG信号通路具有重要的行为和生理作用，并且为寻找新的针对精神疾病的治疗方法提供了线索。

The NLRC4 inflammasome receptors for bacterial flagellin and type III secretion apparatus

邵峰研究组报道了一类存在于巨噬细胞中的先天性免疫受体分子能够直接识别来自病原菌的鞭毛蛋白分子和三型分泌系统的组成蛋白分子进而激活炎症小体介导的巨噬细胞免疫反应。

症小体（inflammasome）是继Toll样受体介导的先天性免疫反应信号通路后、最近几年刚刚发现的又一个主要存在于巨噬细胞中的重要免疫感受和激活的信号通路。炎症小体被认为是由一类存在于细胞内的NOD样受体分子介导组装。炎症小体在感受到来自病原菌的信号分子后，通过激活炎症性caspase-1，进而导致白介素（IL-1β和IL-18）等炎症因子的成熟和分泌以及一种称为“pyrotosis”的特殊细胞死亡的发生。炎症小体的激活为机体提供对致病菌的抵御作用。此前的研究仅仅知道个别NOD样受体分子（比如NLRC4）对于感受特定的病原菌分子（如鞭毛蛋白分子）是必不可少的，但还未有任何NOD样分子被证明为具有受体的功能，在激活炎症小体信号通路中起作用。

这篇文章报道了一类叫做NAIP的、具有BIR结构域的新型NOD样受体分子，并首次证实了这类分子具有受体的功能，可以直接识别和结合来自病原菌的不同配体分子。小鼠的基因组编码7个NAIP家族的蛋白分子，其中4个（NAIP1, NAIP2, NAIP5和NAIP6）在通常使用的实验小鼠品系有表达。该文章通过大量的生物化学和细胞生物学的实验证明了NAIP5以及和NAIP5最为相似的NAIP6能够特异性识别并直接结合病原菌的鞭毛蛋白分子，从而通过和NLRC4发生进一步相互作用进而激活Caspase-1和炎症小体介导的巨噬细胞先天性免疫反应。利用噬肺军团菌以及沙门氏菌的遗传敲除和感染的实验，他们也证明了NAIP5在巨噬细胞感受鞭毛蛋白分子进而激活caspase-1炎症信号通路中必不可少的作用。邵峰小组还发现NAIP2具有和NAIP5类似的，作为受体分子介导NLRC4炎症小体组装和激活的功能，但NAIP2并不识别鞭毛蛋白，而是特异性识别三型分泌系统的基座组成蛋白分子(rod component)，进而和NLRC4组装成活性的炎症小体。这种由NAIP2介导的炎症小体的激活在巨噬细胞感受和拮抗肠致病大肠杆菌和沙门氏菌的感染中起到重要的作用。与小鼠不同的是，人的基因组只编码一个NAIP家族分子（hNAIP）。他们发现人源的巨噬细胞对鞭毛蛋白和三型分泌系统的基座蛋白分子都没有响应，却对一种叫做紫花色杆菌（Chromobacterium violaceum）的病原菌感染有很强的反应，进一步通过对紫花色杆菌的遗传敲除分析，邵峰小组的研究人员发现紫花色杆菌引起的炎症小体的激活是由于人的hNAIP也可以作为受体分子特异性识别三型分泌系统的另外一个用于形成通道的“Needle”蛋白分子。进一步的实验发现，和基座蛋白分子一样，很多来自不同病原菌的三型分泌系统的“Needle”蛋白分子都具有刺激炎症小体介导的先天性免疫反应的活性。

这项研究首次确立了小鼠的NAIP5分子是感受和识别病原菌鞭毛蛋白分子的胞内免疫受体，同时也确立了整个NAIP家族的NOD样蛋白分子是一类普遍的可以感受不同病原菌分子、进而激活由NLRC4介导的炎症小体的受体分子。另外，这项研究工作也明确提出了病原菌三型分泌系统本身也是一类会被宿主免疫系统感受的病原菌模式分子（pathogen-associated molecular patterns, PAMP），不同的三型分泌系统组成分子分别由不同的NAIP家族受体分子所识别。该研究成果也预示其它的NAIP家族成员很可能是识别其它类似病原菌分子的炎症小体受体分子。整个研究工作对深入理解和揭示炎症小体介导的先天性免疫信号通路的机制有着重要的指导意义和极大的推动作用。

（生物通：万纹）