生物学

Biology

A high-resolution transcriptomic and spatial atlas of cell types in the whole mouse brain

高分辨率的小鼠全脑细胞分型转录组和空间图谱

（导读 严冰冰）本文报导成年小鼠全脑的高分辨率转录组与空间细胞分型图谱，合并700万个细胞的单细胞RNA测序数据与430万个细胞的空间转录组数据（使用多重容错性荧光原位杂交MERFISH技术得到），在线上平台Allen Brain Cell Atlas进行可视化。将全脑的神经细胞与非神经细胞进行4层分类（34种大类、338种亚类、1201种亚型与5322种聚类），每种细胞类型都有高度一致的转录组特征与空间特异性。不同脑区中细胞类型组织具有特异性，尤其是背部脑区与腹部脑区存在二分。神经递质/神经肽的表达/共表达特征在不同细胞类型中具有高度多样性与异质性。转录因子是细胞类型分型的主要因素，转录因子的组合编码可定义全脑的细胞类型。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

The molecular cytoarchitecture of the adult mouse brain

成年小鼠大脑的分子细胞结构

（导读 严冰冰）为了构建每个脑区的细胞类型全图谱，作者对比小鼠全脑的高通量单核RNA测序数据与Slide-seq（接近细胞分辨率的空间转录组方法）数据，推出线上资源平台（www.BrainCellData.org）。整合上述数据库，作者发现每种大脑解剖结构的细胞类型构成。中脑、后脑和下丘脑的细胞类型多样性显著更高，其中大多数细胞类型需要至少三种不同基因标记来唯一定义。使用上述数据，作者开发了遗传定义细胞类型的框架，全面分析神经肽与神经递质信号、揭示活动调控基因表达的脑区特异性以及神经疾病与精神疾病表型的遗传丰富性。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

Molecularly defined and spatially resolved cell atlas of the whole mouse brain

分子定义、空间分辨的小鼠全脑细胞图谱

（导读 严冰冰）本文利用多重容错性荧光原位杂交（MERFISH）技术，对成年小鼠大脑中约1千万个细胞、超过1100个基因进行成像，并结合单细胞测序技术，通过进行全转录组水平的空间分辨、单细胞表达分析，得到超过5000个转录特异性细胞聚类、超过300种主要细胞类型的细胞图谱。将该图谱配对到常规小鼠脑图谱，得以对单个脑组织内的细胞类型组成与组织结构进行系统性质量分析，进一步识别出具有不同细胞类型构成与空间梯度变化特征的空间模块。最终，高分辨率的细胞空间图谱可对几百种细胞类型对的特异相互作用进行推测，对配体-受体的分子基础及细胞-细胞的相互作用进行预测。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

Brain-wide correspondence of neuronal epigenomics and distant projections

神经元表观基因组学和远距离投射的全脑对应关系

（导读 领研网）本研究利用Epi-Retro-Seq技术连接了整个小鼠大脑的32个不同区域、投射到24个不同目标的33,034个神经元的单细胞表观基因组和细胞类型，实现了对这些神经元远端投射的研究。该研究使得能够量化投射到不同目标脑区的神经元之间的遗传差异，对分子细胞类型及其投射目标进行注释，并构建相应的基因调控网络。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

Single-cell DNA methylome and 3D multi-omic atlas of the adult mouse brain

成年小鼠大脑单细胞DNA甲基化组和3D多组学图谱

（导读 领研网）本研究过单细胞DNA甲基化测序和甲基化+三维基因组测序联合技术，从成年小鼠大脑的117个解剖区域解析了301,626个甲基组细胞和176,003个甲基组+三维基因组联合细胞。在整个基因组中共鉴定了260万个差异甲基化区域，这些区域代表潜在的基因调控元件。通过比较数百种不同的神经细胞亚类，还发现三维基因组结构也与DNA甲基化高度相关。该结果为理解小鼠大脑的细胞-空间多样性，以及研究基因转录调控提供了宝贵的资源。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

Single-cell analysis of chromatin accessibility in the adult mouse brai

成年小鼠大脑染色质可及性的单细胞分析

（导读 领研网）本研究绘制了全面的成年小鼠全脑候选顺式调控元件（ cCREs）的图谱，包括约100万个cCREs及其在1,482个不同脑细胞群体中的染色质可及性，与早期该类研究相比较，新增了超过446,000个cCREs。这些cCREs在人类脑组织中有适度的保守性，而小鼠特异的cCREs则在转座元件（TEs）中更为富集。该结果为分析小鼠和人类全脑的细胞类型特异的基因调控程序提供了坚实的数据支持。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

Conserved and divergent gene regulatory programs of the mammalian neocortex

哺乳动物新皮质保守何分化的基因调控程序

（导读 领研网）本研究利用单细胞多组学手段产出了超过200,000个细胞的基因表达、染色质可及性、DNA甲基化和染色体构象数据，并以此研究了人类、猕猴、狨猴和小鼠初级运动皮层（primary motor cortex）中的基因调控程序。研究人员发现保守和分化的基因调控特征可以在三维基因组的演化中得以反映。该结果有助于深入理解神经系统疾病的遗传变异机制。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

A transcriptomic taxonomy of mouse brain-wide spinal projecting neurons

小鼠全脑脊髓投射神经元的转录组分类学

（导读 领研网）本研究绘制了65,002个脊髓投射神经元（SPNs）的转录组图谱，鉴定出了76个区域特异性脊髓投射神经元类型，并获得了每一种脊髓投射神经元的空间信息。该结果为深入理解SPNs介导大脑控制身体功能的功能性组织作用提供了新见解。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

Evolution of neuronal cell classes and types in the vertebrate retina

脊椎动物视网膜神经元细胞类别和类型演化

（导读 领研网）本研究对17个脊椎动物物种的视网膜单细胞转录组图谱进行了分析，发现六类视网膜细胞：感光细胞，水平细胞，双极细胞，无长突细胞，视网膜神经节细胞和胶质细胞具有高度的分子保守性，但随着物种进化距离也存在转录差异。研究人员还鉴定出Midge RGC（小细胞）这一在人类视网膜神经节细胞（RGC）中占据超过80%的细胞类型在小鼠中具有同源细胞，且占据了RGC中的2%。[相关报道：10篇Nature！| 全方位绘制小鼠大脑图谱——约3200万个细胞，鉴别出约5300个细胞类型]

A novel antidiuretic hormone governs tumour-induced renal dysfunction

一种新型抗利尿激素控制肿瘤引起肾功能障碍

（导读 领研网）恶性肿瘤患者经常出现肾功能失调和少尿症，导致体液排出与毒素清除受损，严重危害机体健康。但恶性肿瘤是否及如何直接靶向肾脏、扰乱其生理功能，仍然大量未知。本研究鉴定出果蝇中第一例抗利尿激素——F亚型离子转运肽（ITPF），揭示它由恶性肿瘤和肠道内分泌细胞分泌，直接作用于果蝇马氏管破坏其排水功能，导致严重的体液潴留。研究人员还发现哺乳动物神经激肽3受体（NK3R）作为果蝇TkR99D的同源物在肾小管上皮细胞中表达，通过小分子药物阻断NK3R有效改善多种恶性肿瘤导致的小鼠肾小管功能障碍。[相关报道：武汉大学最新研究登上《自然》！揭示肿瘤与肾脏互作的新机制]

FOXP3 recognizes microsatellites and bridges DNA through multimerization

FOXP3通过多聚化识别微卫星、桥接DNA

（导读 阿金）FOXP3是转录因子，对调节性T细胞的发育至关重要。本研究表明在与TnG重复微卫星体结合之后，FOXP3使用叉子头形结构域形成更高阶的多聚物。冷冻电镜解析了FOXP3与T3G重复体结合形成的一种阶梯状架构，两个双链DNA分子形成由5对FOXP3分子桥接的两条“侧轨”，而其中每一对分子形成一级“阶梯”。该结果阐明了DNA识别机制，涉及了转录因子同源多聚化和DNA桥接过程，进一步揭示了转录调控和疾病中微卫星体的作用。[论文详细信息]

Recognition and maturation of IL-18 by caspase-4 noncanonical inflammasome

Caspase-4非经典炎症小体对IL-18的识别和活化

（导读 领研网）炎症小体通路通过活化下游的蛋白酶caspase-1，切割底物蛋白GSDMD释放其N端结构域的膜打孔活性，激活细胞焦亡的免疫应答。本研究明确炎症因子IL-18是非经典炎症小体通路caspase-4/5的生理底物，并且揭示了揭示了天然免疫通路中caspases识别和切割Pro-IL-18，以及Pro-IL-18被加工后成熟为有生理功能的炎症因子的精确分子机制。[论文详细信息]

Structural insights into cytokine cleavage by inflammatory caspase-4

炎症性caspase-4裂解细胞因子的结构见解

（导读 阿金）炎症性半胱天冬酶（caspases）是哺乳动物先天免疫能力的关键酶，调控白介素-1（IL-1）家族细胞因子的加工和释放。本研究表明来自人类和其他哺乳动物（除啮齿类动物）的脂多糖受体caspase-4可剪切pro-IL-18。该剪切能力能帮助人类细胞绕过对经典炎症小体和caspase-1的需求，后者用于释放IL-18。冷冻电镜结构解析则揭示了pro-IL-18与caspase-4通过两个不同界面发生相互作用。该结果为讨论健康和疾病条件下的半胱天冬酶活性提供了结构框架。[论文详细信息]

材料科学

Materials Science

Multiscale stress deconcentration amplifies fatigue resistance of rubber

多尺度应力分散增强橡胶的抗疲劳性能

（导读 菜菜）用刚性颗粒增强的橡胶用于大批量应用，这些颗粒可以大大增加模量，但不会增加疲劳阈值。本研究通过多尺度应力分散来放大颗粒增强橡胶的疲劳阈值，研究人员由此合成出一种橡胶，其中高度缠结的长聚合物与刚性颗粒牢固粘合。这种橡胶的疲劳阈值约为1000 J/m2。该成果为减少聚合物污染和构建高性能软机器打开了大门。[论文详细信息]

Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces

用于生物电子界面的水响应性超收缩聚合物薄膜

（导读 菜菜）柔软可拉伸电子器件的器件间集成方法仍需探索，器件与生物组织的接口尚无法标准化。本研究基于聚环氧乙烷和聚乙二醇-α-环糊精（PEG-α-CD）包合物，研发出一种水响应性超收缩聚合物薄膜（WRAP薄膜）。该薄膜在室温条件下干燥、柔韧且稳定，润湿后能快速且大幅度地收缩，转变为柔软可拉伸的水凝胶薄膜。该薄膜干燥且柔韧的特性有助于电子集成过程。[论文详细信息]

Low-loss contacts on textured substrates for inverted perovskite solar cells

用于倒置钙钛矿太阳能电池的纹理基板上的低损耗触点

（导读 菜菜）倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）利用未掺杂的空穴选择性触点有望提高运行稳定性。本研究将共形自组装单层（SAM）作为光管理织构化基底上的空穴选择性接触，开发出一种共吸附策略，能分解高阶团簇，使膦酸分子均匀分布，最大限度地减少界面复合并改善电子结构。所制备的钙钛矿PCE为25.3%，经认证的倒置PSC准稳态PCE为24.8%。[论文详细信息]

Reconfigurable moiré nanolaser arrays with phase synchronization

相位同步可重构莫尔纳米激光阵列

（导读 菜菜）将光场极端局域化于分子尺度的纳米激光为研究强光场局域下的光与物质相互作用带来新机遇。本研究利用莫尔超晶格中平带局域波函数可重构的特性，通过莫尔纳米激光阵列以“中国”图形生成阵列化相干激射实现了可重构且相位可调谐的相控阵纳米激光阵列。该结果为研发可重构主动器件提供新基础，有潜力用于通信、LiDAR以及光学计算与成像领域。[论文详细信息]

Imaging quantum oscillations and millitesla pseudomagnetic fields in graphene

石墨烯中量子振荡和毫特斯拉赝磁场的成像

（导读 领研网）目前尚无通用方法能够在嵌入绝缘层和金属栅的二维材料器件中映射局部能带结构。本研究使用扫描SQUID-on-tip（SOT）显微镜对Bernal堆叠三层石墨烯中的de Haas-van Alphen量子振荡进行了成像，能够以亚毫电子伏特的能量分辨率和纳米尺度的空间分辨率解析多能带电子结构。通过施加垂直磁场，诱导朗道水平交叉，在三层石墨烯的电阻中产生量子振荡。该结果为了解三层石墨烯的电子特性提供新视角。[相关报道：一种新的成像方法，让石墨烯的量子现象一览无余]

其他

【Optics-光学】Kerr-induced synchronization of a cavity soliton to an optical reference

克尔诱导的腔孤子同步到光学参考

（导读 阿金）通过光频梳（OFCs）可以将稳定光学参考激光相位相干地分频到微波域，基于OFC的钟表装置将频梳齿锁定到参考激光上，探测稳定的原子跃迁，增加时钟现场应用的OFC光子与电子集成复杂性。本研究表明克尔（Kerr）非线性实现基于微谐振器的耗散克尔孤子（DKS） OFC的自由电子同步到外部射入参考激光。研究人员建立理论模型解释这一克尔诱导的同步现象（KIS）。KIS介导的增强可直接应用于集成光学钟与芯片级别的低噪声微波生成器。[论文详细信息]

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