金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院合成生物学研究所严飞研究员的最新成果以“Cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of E-cadherin against tumor invasion and metastasis”为题发表于国际知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy。 5月8日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院合成生物学研究所严飞研究员的最新成果以“Cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of E-cadherin against tumor invasion and metastasis”为题发表于国际知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy。在该项工作中，研究团队开发了一种新的在体时空可控核内基因递送的方法，该方法利用生物纳泡（Gas vesicles, GVs）作为空化核用于携载质粒DNA，在细胞内吞后借助超声诱发载基因生物纳泡在胞内产生空化效应，可将质粒DNA直接递送至细胞核实现基因的转录和表达，鉴于超声具有靶向聚焦的特性以及生物纳泡天然的生物相容性能在细胞内长时间保持，由此可实现基因时空可控地核内基因递送。通过以抑制肿瘤转移功能的E-cadherin基因作为例子，研究团队利用开发的胞内空化核内基因递送方法证明了可实现不同时间维度上控制基因的递送与表达，并能发挥抑制肿瘤侵袭和转移的作用。利用该方法团队比较了在不同细胞周期递送E-cadherin基因，发现在肿瘤细胞的G2/M期控制外源基因E-cadherin的核内递送与表达比在G1期和S期能更有效地抑制肿瘤侵袭和转移，进一步的分子机制研究发现Fam50a/Runx2-MMP13信号轴在这效应增强过程中发挥了重要的作用。 该工作不仅可以有效提高外源基因的转染效率，还有望开发成一种在体时空可控控制外源基因表达的工具，具有重要的应用前景。 中科院深圳先进院合成所严飞研究员与浙江大学附属第一医院蒋天安主任为论文的共同通讯作者。来自浙江大学的深圳先进院客座学生谢丽婷为论文第一作者。 图1 文章上线截图 近年来，基因治疗被认为是除手术、放化疗之外具有巨大应用潜力的新型治疗方法，超声靶向微泡爆破技术是一种新型的基因和药物递送技术，其原理是利用超声造影剂微泡作为基因的载体，借助超声局部辐照载基因微泡，诱发微泡产生周期性的收缩、膨胀乃至坍塌爆破，进而产生微流、微射流和冲击波等一系列空化效应，这些效应叠加作用于临近的细胞膜，使之产生瞬间可修复的微小孔隙（声致穿孔效应），溶液中或微泡爆破释放的质粒DNA趁机进入细胞，从而实现基因的定点递送，该方法具有靶向、定点、可视化基因递送等优势，是实现基因靶向递送颇具前景的方法之一。然而，传统基于微泡超声造影剂的超声基因递送策略仅仅能对细胞膜进行空化穿孔实现外源基因由胞外向胞内递送，而无法将质粒DNA直接递送入细胞核内，导致超声靶向基因转染的效率普遍较低。针对这一问题，严飞研究员团队提出了基于生物纳泡的胞内空化核内基因递送新方法，利用生物纳泡粒径小的特点，通过PEI表面修饰携载质粒DNA后将其与细胞孵育进入到细胞质，再借助超声辐照使其在细胞内产生空化效应，瞬时穿孔核膜直接将基因递送入核内，有效提高了基因的转染效率（流式检测可达47%）。此外，利用生物纳泡天然的相容性，且能在细胞内稳定存在，由此可在不同时间点施加超声控制基因的核内递送与表达，成功实现了外源基因在体时空可控的基因表达。 图2 超声可视化胞内空化递送EGFP基因在时间维度上控制外源基因的表达 研究团队利用该系统递送具有抑制肿瘤转移功能的E-cadherin基因，发现在C6脑胶质瘤细胞内吞载E-cadherin的纳泡后，移植到老鼠大脑分别等待0 h (t0),12 h (t12)或24 h (t24)进行超声辐照诱导生物纳泡胞内空化进行基因的核内递送，均能有效抑制肿瘤细胞的迁移，并能延长荷瘤鼠的生存期。为了探索超声胞内空化核内基因递送在细胞周期内的应用，研究团队建立了两种不同的细胞周期运行模式，分别将肿瘤细胞同步化停留在不同细胞周期后进行超声基因转染和同步化细胞撤掉细胞周期阻滞剂进入到不同细胞周期后接受超声基因转染（肿瘤细胞先行内吞载基因纳泡）。实验结果证实开发的核内基因递送方法在两种细胞周期运行模式中的G1期、S期和G2/M期均具有相似的基因转染效率，但在抑制肿瘤细胞侵袭和转移的功能上却有所不同，表现为在G2/M期行超声核内基因递送比G1期和S期具有更好的抗肿瘤侵袭和转移的效果。 图3 超声胞内空化在不同时间递送E-cadherin有效抑制脑胶质瘤细胞的迁移 图4 超声胞内空化在不同细胞周期递送EGFP的转染效率以及递送E-cadherin的肿瘤迁移抑制效果 为了进一步挖掘超声胞内空化递送E-cadherin在G2/M期具有更好抑制肿瘤转移的机制，研究团队通过转录组测序、qPCR、WB和CO-IP等分子实验，发现在肿瘤细胞G2/M期过表达E-cadherin会导致Fam50a基因的下调，进而减少Fam50a/Runx2的相互作用及其转录激活功能，最终导致MMP13的下调，揭示了超声胞内空化核内递送E-cadherin基因在细胞周期G2/M期发挥更好抑制肿瘤转移的机制。 图5 E-cadherin在G2/M期的过表达更有效地抑制了Fam50a/Runx2-MMP13信号传导 该工作获得了国家科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、中科院先导B项目以及深圳市科创委和深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。 Liting Xie, Jieqiong Wang, Liming Song, Tianan Jiang and Fei Yan. Cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of E-cadherin against tumor invasion and metastasis. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2023; 8(1):182. doi: 10.1038/s41392-023-01398-4.
近日，金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）/ 全球海洋和气候研究中心(GOCRC) 研究员王春在团队针对东太平洋（EP）厄尔尼诺激发负位相太平洋经向模态（PMM）机制的适用性提出了新的观点。研究成果以博士后范汉杰为第一作者、王春在为通讯作者发表在国际期刊Journal of Climate上。 PMM是太平洋最为强盛的热带外海气活动之一，与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）之间存在密切的相互作用。前人提出了ENSO影响PMM的两个机制：1.中太平洋（CP）ENSO能够激发同位相的PMM；2.EP厄尔尼诺能在强度足够大的情况下激发负位相的PMM。前人工作强调机制2只适用于1982/83和1997/98两次超强的EP厄尔尼诺，并且PMM指数也确实在1983和1998年春季达到了最大的两次负值（图1a）。然而，实际上1983和1998年春季，副热带太平洋上的海温异常（SSTA）是微弱的负值甚至是正值（图1b和c），与PMM指数的高负值显然不符。 为了理解这一看似矛盾的结果，本研究将ENSO影响PMM的两个机制进行了物理过程的对比诊断以检验各自的适用性。结果表明，CP ENSO激发的大气响应刚好能够配合风-蒸发-海温（WES）反馈引起同位相的PMM活动。另一方面，虽然EP厄尔尼诺中心区的SSTA独自发生时有助于激发负位相的PMM，但EP厄尔尼诺的SSTA横跨经度较宽，可以延伸至CP区域，整体引起的大气响应并不能很好地配合WES反馈进而激发负PMM活动。以上物理机制诊断解释了两次超强EP厄尔尼诺期间副热带SSTA微弱的原因，但不能解释当年PMM指数的高负值。 为此，本研究进一步采用了指数投影拆解的方法，对PMM指数强度进行了贡献量化分析。结果表明，大多数的PMM指数高值是由副热带的SSTA引起，而1982/83和1997/98期间PMM指数的高负值却是由EP区域强盛的增暖投影至PMM模态在赤道上的负值中心所引起的，与一般情况不同（图2）。进一步采用CMIP6模式分析同样获得了以上的结果。 本研究结果澄清了前人提出的EP厄尔尼诺能够激发负PMM的偏差理解，有助于更加准确地认识太平洋热带-热带外的相互作用。另外，本研究表明类似经验正交分解和最大协方差分析等方法虽然有助于识别气候模态，但这些方法得到的指数用于模态强度表征时可能包含虚假信息，在研究过程中需要谨慎对待。 本研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目和博士后创新人才支持计划等共同资助。 相关论文信息： Fan, H., S. Yang, C. Wang, and S. Lin, 2023: Revisiting the impacts of tropical Pacific SST anomalies on the Pacific Meridional Mode during the decay of strong eastern Pacific El Nio events. J. Climate. 原文链接： https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0342.1 图1. (a) PMM指数逐月时间序列，虚线指示1983和1998年的春季。(b) 1983年和 (c) 1998年春季的海温异常空间分布。 图2. (a) PMM指数和空间投影方法得到的PMM投影指数，相关性为0.98。(b) 和 (c) 为利用空间投影方法拆解得到的副热带太平洋（蓝色）和热带太平洋（红色）的SSTA对PMM指数强度的贡献，(b) 是未滤除冷舌指数信号的结果，(c) 是滤除后的结果。
近日，深海极端环境模拟研究实验室周义明研究员课题组在《Geology》发表了题为“Hydrothermal sulfate surges promote rare earth elements transport and mineralization”的文章 近日，深海极端环境模拟研究实验室周义明研究员课题组在《Geology》发表了题为“Hydrothermal sulfate surges promote rare earth elements transport and mineralization”的文章。 本研究对热液条件下典型硫酸盐矿物的溶解性开展系统性对比研究，发现碱金属与硫酸根的耦合、高温高压条件是超富硫酸盐热液形成的有利条件。形成的超富硫酸盐热液可高效迁移稀土元素，据此提出压力释放、温度降低、以及碱金属的丢失（碱交代等蚀变作用的发生）是导致碳酸岩型稀土矿化的潜在机制，这也与地质观察相吻合。 深海所万野博士为第一作者、周义明研究员为通讯作者、博士生王若衡、南京大学王小林教授、地质与地球物理研究所李晓春研究员作为共同作者参与了本项研究工作。 图1. 碱金属硫酸盐溶解度受压力影响明显 图2. 硫酸盐主导的稀土元素迁移、富集、矿化模型（FFI代表液-液不混溶作用，F1指分离出的富集液相） 论文信息：Wan, Y., Chou, I. M., Wang, X., Wang, R., & Li, X. (2023). Hydrothermal sulfate surges promote rare earth element transport and mineralization. Geology, 51(5): 449–453.
在华南国家植物园获国务院批准设立一周年之际，国际植物学主流期刊Trends in Plant Science （ Cell的子刊之一， 2022年SCI影响因子22.012 ）在线发表了题为《 The role of National Botanical Gardens to benefit sustainable development 》的文章。华南国家植物园的任海研究员为第一和通讯作者，国际植物园保护联盟主席、英国爱丁堡皇家植物园前主任Stephen Blackmore院士是共同作者。该文更新了国家植物园的概念，针对中国存在的生态系统退化和生物多样性丧失等问题，提出了中国国家植物园需要在7个方面提升科技创新能力，为生物多样性保护和可持续发展提供科技支撑。全球的国家植物园分布图。 在华南国家植物园获国务院批准设立一周年之际，国际植物学主流期刊Trends in Plant Science（Cell的子刊之一，2022年SCI影响因子22.012）在线发表了题为《The role of National Botanical Gardens to benefit sustainable development》的文章。华南国家植物园的任海研究员为第一和通讯作者，国际植物园保护联盟主席、英国爱丁堡皇家植物园前主任Stephen Blackmore院士是共同作者。该文更新了国家植物园的概念，针对中国存在的生态系统退化和生物多样性丧失等问题，提出了中国国家植物园需要在7个方面提升科技创新能力，为生物多样性保护和可持续发展提供科技支撑。 现代植物园起源于文艺复兴时期的欧洲，经历了药用植物收集及与教学、经济植物开发、市政园林植物展示、植物保护与自然教育等功能变迁，促进了植物学的发展和经济植物的开发利用。目前全球有3755个植物园迁地保护了全球1/3的高等植物和41%的珍稀濒危植物。现在全球有43个国家建立了80多个国家植物园（图1）。2021年10月12日中国国家主席习近平在《生物多样性公约》第十五次缔约方大会领导人峰会上宣布：本着统筹就地保护与迁地保护相结合的原则，启动北京、广州等国家植物园体系建设。2021年12月28日和2022年5月30日，中国国务院分别批复同意在北京建设国家植物园，在广东省广州市设立华南国家植物园。下一步，中国将综合考虑主要气候带和植被类型、生物多样性热点地区、现有植物园的综合实力、区域可持续发展状况、以及地方政府的支持强度，在保证植物园标准的基础上，按照国家代表性、保护有效性、社会公益性和管理可行性，遴选一批国家植物园，按照“科学的内涵、艺术的外貌、文化的底蕴、国际的标准和中国的特色”进行建设，形成中国的国家植物园体系。至2050年能实现50%以上中国本土植物、85%以上国家重点保护物种迁地保护，同时提升相应的科学研究、自然教育和资源利用水平。 中国面临着生态系统退化、生物多样性丧失、资源植物开发利用不足等问题，在全球气候变化的叠加影响下，国家的可持续发展面临重大挑战。国务院批复要求两个国家植物园“坚持人与自然和谐共生, 尊重自然、保护第一、惠益分享; 坚持以植物迁地保护为重点, 体现国家代表性和社会公益性; 坚持对植物类群系统收集、完整保存、高水平研究、可持续利用, 统筹发挥多种功能作用; 坚持将植物知识和园林文化融合展示, 提升科普教育功能，讲好中国植物故事, 彰显中华文化和生物多样性魅力, 强化自主创新, 接轨国际标准, 推动构建中国特色、世界一流、万物和谐的国家植物园体系。 中国的国家植物园将在坚持保护、科研、科普和利用的主要功能基础上，进行一些创新，例如，在城市与植物园的融合发展中，通过野生生物园的理念，更大发挥植物园的社会生态关系。通过师法自然和基于自然的解决方案理顺植物园的水土气生等要素的关系，为碳中和和碳达峰服务。在活植物收集和资源利用方面，更加注重极小种群的遗传多样性保护及遗传资源的惠益共享机制探讨。在植物专园类建设方面探讨群落学建园方式。探讨利用植物园的植物资源和知识技能，为全球变化背景下的山水林田湖草生命共同体的生态恢复提供支撑。利用大数据和人工智能，将植物园的标本库、活植物库、知识库和人才库进行系统集成建设智慧化的植物保护科研和科普系统。同时积极探索“共谋全球生态文明建设”的绿色发展方式和生活方式，构建更加好的人与自然和谐共生关系。 中国提出建设以国家植物园为引领的综合性迁地保护体系，这个体系将会与全球其他植物园共同在植物多样性编目、评估、迁地保护、科普和资源利用方面努力，服务生态文明建设, 实现人与自然和谐共生。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138523001358
