基因工程和蛋白质工程

“F1000（Faculty of 1000 Medicine）”又名“千名医学家”，是由美国哈佛大学和英国剑桥大学等全世界2500名国际顶级医学教授组成的国际权威机构。其中近期最受关注的遗传学及基因组学论文如下：
1.蛋白激酶调控新机制
研究证明在IL1R和Toll样受体途径中有许多蛋白被泛素化，但是是否这些蛋白的泛素化对于TAK1或IKK的激活都具有重要的意义，科学家们还不清楚。在这篇文章中，研究人员通过体外重现TAK1激活，发现Lys63泛素链并没有与任何靶标蛋白连接，而是结合在TAB2上直接激活TAK1  。
这是一种蛋白激酶调控的新机制，即未靶定泛素链能直接激活TAK1和IKK。
Z.P. Xia et al., “Direct activation of protein kinases by unanchored polyubiquitin chains,” Nature, Sep. 3; 461(7260):114-9, 2009.
2.生物学家能修好收音机么？
研究凋亡的生物学家Yuri Lazebnik在这篇经典的文章以生物学家无法维修好一台损坏的收音机作为比喻来描述当前生物学范式存在的缺陷。作者认为大部分的生物学科都只是描述性的而不具有预见性，缺乏规范的语言。或许从工程师那里，生物学家能学习到如何去了解复杂的生命系统。
Y. Lazebnik, “Can a biologist fix a radio?—Or, what I learned while studying apoptosis,” Cancer Cell, 2(3):179-82, 2002.
3. DNA修饰
来自中科院上海生命科学研究院，美国芝加哥大学等处的研究人员揭开了表观遗传学修饰中的一个重要环节——5-甲基胞嘧啶如何去甲基化的，这为进一步深入分析DNA修饰方式提供了重要信息。这一研究成果公布在Science杂志上。
在高等生物中比较普遍的DNA修饰方式主要是胞嘧啶甲基化，生成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC），这一过程可以通过Tet家族双加氧酶（dioxygenases），转化成另外一种修饰形式：5-羟甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）。这些表观遗传学修饰也被称为DNA的第5种，和第6中碱基。尽管随着表观遗传学研究的深入，这些修饰形式的重要性已经得到了肯定，然而这些胞嘧啶修饰如何逆转的，科学家们还并不清楚。
在这篇文章中，研究人员发现Tet双加氧酶可以将5mC和5hmC氧化成5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine，5caC），之后5caC会被胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）识别，并消化。Tet蛋白是重新编程已经分化的细胞的一种重要功能蛋白，人类和小鼠都拥有Tet蛋白，研究发现这种蛋白在DNA脱甲基过程和干细胞重新编程方面起关键作用。
研究人员证明了Tet在体内和体外实验中都能将5mC和5hmC氧化成5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine，5caC），并且进一步TDG敲除实验也说明5caC的积累，这些研究数据都表明5mC转变成5caC，继而被消化的过程是DNA去甲基化的一条重要途径。
Y.F. He et al., “Tet-mediated formation of 5-carboxylcytosine and its excision by TDG in mammalian DNA,” Science, 333(6047):1303-7, 2011.
4.细胞自噬
当细胞处于低能量储存，细胞元件缺陷或细菌入侵等特殊环境下时，会采用一种称为自噬的方式来帮助维持生存。在这篇文章中，研究人员证实线粒体在生成自噬体关键性元件中发挥重要作用。
D.W. Hailey et al., “Mitochondria supply membranes for autophagosome biogenesis during starvation,” Cell, 141(4):656-67, 2010
5.乳腺癌的秘密
来自美国哥伦比亚大学的研究人员称他们发现抑癌基因BRCA1编码蛋白并非是像过去科学家们认为的那样借助于E3泛素连接酶活性，而是依赖于BRCT磷蛋白结合域发挥其肿瘤抑制功能。
在20世纪90年代中期，科学家们发现了肿瘤抑制基因BRCA1失活会导致女性患上乳腺癌和卵巢癌，随之科研界对该基因的抑癌功能展开了大规模的研究。尽管经过了近20年的研究，科学家们证实了BCRA1蛋白参与了包括转录调控，染色质重塑、细胞周期调控以及双链DNA修复等大量重要细胞过程，然而对于BCRA1的肿瘤抑制功能机制仍未得到一个统一的结论。
此前，有研究团队提出E3泛素连接酶活性可能在BRCA1肿瘤抑制功能中发挥关键性作用。
为了验证这一假设，在新研究中哥伦比亚大学的研究人员构建了BRCA1 RING结构域突变的三种遗传工程小鼠模型。研究人员首先诱导小鼠Brca1一个等位基因出现置换突变（导致BRCA1蛋白RING结构域上的异亮氨酸被丙氨酸取代），使BRCA1仍然能与BARD1结合，但却丧失了泛素连接酶活性。随后研究人员敲除了小鼠正常的等位基因，从而构建出了仅携带一个突变BRCA1基因的模型小鼠。然而让研究人员感到意外的是，他们发现这些BRCA1突变小鼠并未形成肿瘤或显示出任何异常生长的状况。随后，研究人员又构建出Brca1基因纯合子突变的小鼠发现也仅是导致雄性小鼠出现了不育。这表明BRCA1蛋白的E3泛素连接酶活性（RING结构域）似乎与BRCA1的肿瘤抑制功能无关。
最终，当研究人员验证BRCA1基因另一个重要的功能域BRCT结构域功能时，发现BRCT结构域点突变的三种模型小鼠均快速形成了肿瘤。目前已知与BRCA1蛋白BRCT结构域结合的蛋白例如Abraxas, BACH1和 CtIP均被证实参与了DNA的修复过程。这表明BRCA1蛋白BRCT结构域突变，使其结合其他磷酸化蛋白能力丧失，引起了基因组失稳，进而最终导致了肿瘤形成。
R. Shakya et al., “BRCA1 tumor suppression depends on BRCT phosphoprotein binding, but not its E3 ligase activity,” Science, 334(6055):525-8, 2011
6.聚泛素特异抗体标记
聚泛素链在细胞信号传导中发挥极其重要的作用。在这篇文章中，研究人员开发了一种新抗体标记可用于追踪和观察聚泛素链与互作蛋白的结合动态。
K. Newton et al., “Ubiquitin chain editing revealed by polyubiquitin linkage-specific antibodies,” Cell, 134(4):668-78, 2008
7. ceRNA调控基因表达
来自罗马第一大学的研究人员证实一种在成肌细胞分化过程中特异性表达的胞质长链非编码RNA—— linc-MD1可发挥ceRNA活性，通过miR-133 和 miR-135实现对肌肉特异性基因的转录调控因子MAML1 和 MEF2C的表达调控。linc-MD1的表达抑制可导致成肌细胞分化延迟，与杜氏肌营养不良症的发病密切相关。这一研究表明ceRNA网络在肌细胞分化过程中发挥了极其重要的作用。
M. Cesana et al., “A long noncoding RNA controls muscle differentiation by functioning as a competing endogenous RNA,” Cell. 147(2):358-69, 2011.
“Faculty of 1000 Biology”创办于2002年1月，是一种在线科研评价系统，其推荐原则立足于论文本身的科学意义而非发表在什么杂志上。该系统根据全球2300多名资深科学家的意见，提供对近期发表的生物科学论文的快速评论，目的是帮助广大科研人员遴选和发现有价值的研究工作。该机构专家根据论文对当前世界生物医学和临床实践的贡献程度和科学价值，每年对全球SCI文章总数不足千分之二的优秀精品医学论文进行推荐和点评，并赋予“F1000论文”称号向医学 界推荐，涵盖了医学各个学科，是一项很高的学术荣誉。
（生物通