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年度學(xué)術(shù)討論會，邀請了全球范圍內(nèi)各領(lǐng)域的杰出科學(xué)家在會上作研究報(bào)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(bào)告內(nèi)容涉及生命科學(xué)多個領(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(jī)制研究

　　紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家DinshawPatel教授報(bào)告了其實(shí)驗(yàn)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(jìn)入蘇中細(xì)胞之后，胞漿中的cGAs能夠?qū)ζ溥M(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(jié)合下游的STING蛋白從而引發(fā)經(jīng)典的抗病毒免疫效應(yīng)。該信號的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)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(shí)驗(yàn)室利用結(jié)晶學(xué)的手段得到了cGAS與雙鏈DNA的復(fù)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(fù)合體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)證實(shí)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(tuán)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(shí)驗(yàn)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(fù)合體的結(jié)構(gòu)，他們認(rèn)為cGAS對底物的催化是一個"兩步"反應(yīng)：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(tuán)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(diǎn)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(jìn)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(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(dǎo)機(jī)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(xì)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(fù)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(jìn)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(fù)責(zé)信號傳導(dǎo)。

　　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(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(shè)計(jì)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(jìn)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(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的兩類藥物：正向調(diào)節(jié)分子BRAC1與負(fù)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(jìn)鈣離子內(nèi)流激活下游的PKA，引起陣痛的反應(yīng)，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(qiáng)大之處。

　　DNA去甲基化分子機(jī)制新發(fā)現(xiàn)

　　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(yàn)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(dá)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(yīng)。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(bào)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(xué)手段對該轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行進(jìn)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(dāng)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(yīng)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(dǎo)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(fù)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(jìn)行研究，認(rèn)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(shí)驗(yàn)室通過計(jì)算的方式模擬了生長素在不同細(xì)胞間進(jìn)行傳遞的特點(diǎn)，并將生長素對細(xì)胞生長的促進(jìn)作用這一因素考慮進(jìn)去，得到了最終的計(jì)算機(jī)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(jù)一系列的計(jì)算，他們得到了最終的生物學(xué)模型：生長素在細(xì)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(xì)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(xì)胞-間質(zhì)細(xì)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(xué)上具有許多不同的特征：前者細(xì)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(xì)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(xì)胞度化療具有較高耐受性的原因。

　　來自萊斯大學(xué)的生物物理學(xué)家HerbertLevine教授則認(rèn)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(xì)胞與間質(zhì)細(xì)胞為研究對象，他們找到了一部分特征位于表皮細(xì)胞與間質(zhì)細(xì)胞之間的細(xì)胞類型。這部分細(xì)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(xì)胞總是以"簇"狀方式移動。

　　通過遺傳學(xué)分析，他們發(fā)現(xiàn)SNAIL蛋白以及miR200對這些細(xì)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?yàn)閷淼陌┌Y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(xué)的干細(xì)胞生物學(xué)家林海凡教授發(fā)表了他們實(shí)驗(yàn)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(dá)到1百萬中。大部分piRNA主要表達(dá)于動物細(xì)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(dú)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(yīng)。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(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(yàn)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(xì)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(xì)胞TCR進(jìn)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(xì)胞，將其改造并進(jìn)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(yīng)；另一方面，即使能夠特異性與癌細(xì)胞結(jié)合，這一改造后的T細(xì)胞由于沒有負(fù)向調(diào)控機(jī)制，很容易失去控制。Lim教授設(shè)計(jì)將現(xiàn)有的CAR-T受體上增加一個特異性的藥物靶點(diǎn)。這樣在這部分細(xì)胞導(dǎo)入體內(nèi)后，只有在同時注射針對這一靶點(diǎn)的藥物后，細(xì)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(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(yàn)：人為標(biāo)記小鼠體內(nèi)帶有抗原A的細(xì)胞，以及另外一部分帶有抗原A與B的細(xì)胞；之后，設(shè)計(jì)制作同時含有針對A與抗原B兩個配體的CART細(xì)胞。結(jié)果顯示：這部分轉(zhuǎn)基因的T細(xì)胞對兩類細(xì)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(xì)胞。這充分說明了該設(shè)計(jì)的合理性。

　　除此之外，SankarGhosh教授分享了他們實(shí)驗(yàn)室對LPS脫敏效應(yīng)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(jī)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(dǎo)機(jī)制等等。