据《基因与发育》杂志报道,北卡罗莱纳大学研究人员最近发现了一种能使脑细胞抵抗程序性细胞死亡的新分子,该发现预示着一种新的治疗方法,能使神经退行性病变和中风患者脑细胞存活率大大提高。相关研究发表在近期的《基因与发育》(Gene and Development)杂志网站上。
(1)细胞凋亡网络中的“关键一环”
一般情况下,年幼小鼠的神经细胞接到后就会。研究人员把miR-29注射到年幼小鼠的神经元中后却发现,即使接到多重信号后细胞也能抵抗凋亡。在这凋亡程序的开启过程中,miR-29和一群称为BH3-only基因家族中的5个成员发生了相互反应,而回避了其他的基因成员。“击倒”这些成员中的任何一个,都不会产生显著效果,因为有其他成员继续工作,而miR-29能瞄准该家族中的多个成员,从根本上一击中标,让凋亡程序无法打开。戴斯穆克正在计划用老年痴呆症、帕金森氏症和ALS(肌萎缩侧索硬化症)等病症模型继续实验研究,进一步测试新分子在阻止神经退行性病变方面的效果。
(2)生物分子调控与复杂网络
本期的《生命科学研究快报》选择上述报道为要闻,是想说明生物分子网络的新态势,而上述的研究是生物分子网络研究的例证之一。第199期的《生命科学研究快报》中已经指出,学科交叉是生命科学发展的基本动力,这种秩序沿形态学、化学、物理学、数学的方向逐步深入。近年来,物理学及相关技术与生命科学的交叉已经越来越密切,在这一背景下,生命科学与数学的交叉融合研究也日益增多。其中,利用复杂网络的知识来理解生物分子的调控也将成为趋势。
中心—致死法则的提出便是例证之一。在生物分子网络中,基因和蛋白质是节点,而分子间相互作用成为边,一个节点的重要性也可以通过去掉该节点后引起的网络功能或者有机体适应度上的变化程度来测量。以测量节点功能上的重要性。例如,在全基因组的基因缺失研究中,人们发现基因组中有少量的基因是对于某一种生物的生存或者繁殖是不可或缺的,这些基因被当作必需基因(essential genes)。发现在蛋白质相互作用无标度网络中,hub蛋白倾向于成为必需蛋白。已经在酵母菌、线虫和苍蝇等物种中观察到这些现象,这种现象被称作中心—致死法则。
(3)复杂网络与生物医学
这种趋势不仅仅表现在生物学中,而且已经拓展至医学领域。例如,近年Science杂志曾出复杂系统与网络专辑,其中引用复杂系统专家在流行病学方面的成果。Vespignani等提出,对一类被称为“无标度网络”的高度连接网络,不论给多少人注射疫苗,都不可能完全阻止疾病的传播。然而,以色列拉马特甘的巴伊兰大学的物理学家Shlomo Havlin等则发现了简单却比随机注射疫苗更有效的防疫策略。只需要在随机被接种者的朋友当中再次进行随机接种,卫生官员们通常就可以使拥有更多社会联系的人们产生免疫力,从而切断社会关系这个疾病传染的渠道。这一研究成果后来被应用于甲型H1N1的预防中。
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本期的《生命科学研究快报》想要说明的是,随着研究人员对各类生物分子研究的深入,生命科学的进一步发展对复杂网络研究的依赖将越来越强。例如,仅仅是RNA 本身就直接受编辑、化学修饰、RNA 结合蛋白和其他非编码RNA 的影响,这影响其降解的速率、是否能被翻译及蛋白质翻译的速率。更一般地,转录回路被紧紧耦合到信号、新陈代谢和定位系统中(它们是复杂的三维细胞和机体的组织的一部分)。在这个复杂系统的研究中,信息及其功能的研究无法仅仅靠实验科学来解决:生命科学研究的进一步发展,需要方法和时间序列实验研究(它进行动态基因调控作用的研究)吸纳复杂网络等数学研究成果,两者结合才能促进更大的飞跃。