科技·前沿 | 近期科研成果扫描

地学系阳坤课题组发布中国区域高分辨率气象驱动数据集

深圳国际研究生院弥胜利、孙伟课题组在角膜基质诱导再生领域取得重大进展

生命学院时松海和史航课题组在中心体调控大脑皮层发育机制研究中取得重要进展

工业工程系杨立坚课题组与机械系季林红课题组联合在脑电信号预测记忆能力研究中取得重要进展

环境学院饮用水研究团队在供水管道腐蚀与结垢研究方面取得新进展

物理系张定副教授、薛其坤教授领导的中德合作团队在锡烯超导中发现新的伊辛配对机制

医学院沈晓骅课题组在非编码RNA的染色质结合机制研究中取得重要进展

地学系阳坤课题组发布

中国区域高分辨率气象驱动数据集

近日，清华大学地球系统科学系阳坤教授课题组在《科学数据》（Scientific Data）上发表题为“The first high-resolution meteorological forcing dataset for land process studies over China”的论文，发布了过去十年间阳坤团队开发的一套服务于陆面、水文、生态等地表过程模型的中国高时空分辨率气象数据集。该数据采用严格的数据质量控制，统一的站点数据、卫星数据和再分析数据的融合方法，避免了不同学者对同一研究区域气象数据的重复处理。

近地面气象数据是地表模型的主要驱动。自2004年美国国家航空航天局（NASA）发布全球陆面数据同化（GLDAS）气象数据以来，北美、欧洲等区域高分辨率气象驱动数据集也不断涌现。阳坤教授团队自2008年起利用中国气象局数据共享的契机，开始了中国区域高分辨率气象驱动数据集的开发，建立了气象数据的预处理系统和融合系统，完成了首套相对稳定可靠的长时间序列数据产品。该数据集覆盖了中国陆地区域，时间跨度为40年（1979-2018），空间分辨率0.1度，时间分辨率3小时，包括了近地面气温、气压、比湿、全风速、向下短波辐射通量、向下长波辐射通量、降水率等 7 个变量。基于独立站点数据的评估表明，该数据集较国际上广泛使用的 GLDAS 数据集具有更高精度。目前，该中国区域高分辨率气象驱动数据集已发布在国家青藏高原科学数据中心，可免费获取。

本论文的发表标志着为期10年的“中国区域高分辨率气象驱动数据集”第一版开发工作完成。自2012年试用以来，该数据集已在国内获得了广泛的应用。据不完全统计，该数据集的下载次数已超过1500次，并已支持300余篇论文的发表。该数据集已入选国家青藏高原科学数据中心的30个关键数据集之一。

阳坤课题组博士后何杰为论文第一作者，阳坤教授为论文通讯作者。合作者包括清华大学地学系卢麾副教授，中科院青藏所唐文君副研究员、秦军研究员、陈莹莹副研究员和李新研究员。该数据的完成得到了中国科学院青藏高原研究所和寒区旱区环境与工程研究所西部数据中心的长期支持，以及国家重点研发项目、中国科学院战略先导项目、国家自然科学基金委项目和中国科学院十三五信息化项目的资助。

1979-2018年中国年均气温分布图

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41597-020-0369-y

数据网址：

https://doi.org/10.11888/AtmosphericPhysics.tpe.249369.file

深圳国际研究生院弥胜利、孙伟课题组

在角膜基质诱导再生领域取得重大进展

近期，清华大学深圳国际研究生院弥胜利和孙伟课题组在角膜基质诱导再生领域取得重大进展，相关成果于2020年3月18日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上，题为“纤维增强的GelMA水凝胶用于诱导角膜基质的再生（Fiber reinforced GelMA hydrogel to induce the regeneration of corneal stroma）”。

眼角膜作为视觉成像系统中一个至关重要的组织，是眼睛最前面的凸形高度透明物质，可以保护眼内的微结构及组织，并为眼睛提供大部分屈光力。但是角膜损伤、感染及一些先天性因素导致角膜疾病成为全球第二大致盲疾病。同种异体角膜、人工角膜及人的羊膜移植是三类临床上应用最广泛的角膜疾病治疗方法，但是这些方法都会存在一定的问题或缺陷。因此，利用先进的生物制造工程的方法（Biofabrication）开发出一种治疗性的角膜支架，用于替代受疾病影响的角膜组织或诱导角膜组织自身再生，是至关重要的。目前，角膜组织诱导再生的难点在于角膜基质层，该层组织是角膜的主要组成部分，具有多层正交定向的纳米纤维板层组成的复杂结构，利用传统的生物工程的方法很难真实地模拟基质层的结构。纤维板层之间分布着角膜基质细胞，这种细胞在体外培养及角膜组织损伤时很容易转化为角膜成纤维细胞及肌成纤维细胞，导致角膜出现瘢痕。因此，制备能够模拟天然角膜基质结构的支架，同时保持角膜基质细胞的表型，诱导角膜基质的再生，是一个重大的挑战。

针对这一难题，弥胜利和孙伟课题组提出了使用近场静电纺丝技术制备网格状的亚微米纤维支架，并和水凝胶技术结合，制备了纤维水凝胶复合支架，用于模拟正交定向的角膜基质板层结构和板层之间起连接作用的糖蛋白。课题组提出了一种最优的拓扑结构及化学因子的组合，可以抑制角膜基质细胞的成纤维分化，保持其表型，并最终实现角膜基质的诱导再生。

图1：（a）近场静电纺丝技术制备的具有不同纤维间距的PECL网格状亚微米纤维支架在不同放大倍数下的SEM图片；（b）接种在100um网格状纤维支架上的角膜缘基质干细胞进行细胞骨架及细胞核染色，细胞可以在支架上沿着纤维方向生长；（c）5% GelMA水凝胶内封装的角膜缘基质干细胞进行活死染色图片；（d）5% GelMA水凝胶内封装的角膜缘基质干细胞进行细胞骨架及细胞核染色图片；（e）纤维水凝胶复合支架的SEM图片。

目前近场静电纺丝技术应用最广泛的材料是PCL，但是由于PCL是疏水材料，不利于细胞的粘附，因此该研究利用PEG作为引发剂，合成了PEG和PCL的共聚物PECL，显著提高了PCL的亲水性。课题组首次利用近场静电纺丝技术成功制备了正交定向的PECL亚微米纤维支架 (图1a)，角膜缘基质干细胞可以在支架表面黏附并沿着纤维方向铺展及生长 (图1b)。

研究通过将MA修饰到明胶大分子链上合成了GelMA，探究出最优的MA修饰度及GelMA浓度，可以使封装在GelMA水凝胶内的角膜缘基质干细胞保持高的细胞活性(图1c)并能铺展开(图1d)。

课题组采用模具灌注的方式制备了纤维水凝胶复合支架 (图1e)，通过研究不同纤维间距的网格状支架对纤维水凝胶复合支架理化性能的影响，找出了最优的拓扑结构可以使纤维水凝胶在力学性能、透光度和溶胀性方面最接近于天然的角膜组织。研究将角膜缘基质干细胞接种在2D的细胞培养皿、3D的GelMA水凝胶及最优的纤维水凝胶复合支架内，并研究角膜缘基质干细胞在含血清及不含血清的培养基中的分化及角膜基质细胞表型的维持。研究表明，这种最优的纤维水凝胶的拓扑结构及无血清培养基可以抑制角膜基质细胞向成纤维细胞分化。

图2 大鼠角膜基质内板层移植实验及评估：（a）5种支架移植后裂隙灯观察图片；（b）支架移植后OCT观察图片，标尺是1000um；（c）术后不同时间段中央角膜的厚度；（d）术后1个月和3个月免疫荧光染色图片观察组织诱导再生情况，标尺是100um；（e）术后1个月和3个月HE染色图片观察组织诱导再生情况，标尺是100um。

最后，研究使用大鼠进行角膜内的板层移植实验，分别进行了3D GelMA水凝胶、含化学因子3D GelMA、最优纤维水凝胶支架及含化学因子最优纤维水凝胶支架的移植，对照组为自体角膜移植（图2a）。术后通过OCT、免疫荧光染色及HE染色进行3个月的研究观察（图2b-e）发现相比于其他的支架，含化学因子的最优纤维水凝胶支架的移植可以最好地实现角膜基质的诱导再生。

本论文第一作者为清华-伯克利深圳学院博士生孔彬和清华大学深圳国际研究生院硕士生陈赟及刘睿，论文通讯作者为弥胜利副研究员和孙伟教授。该研究得到了国家重点研发计划的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14887-9

生命学院时松海和史航课题组

在中心体调控大脑皮层发育机制研究中

取得重要进展

3月25日，清华大学生命科学学院、IDG-麦戈文脑科学研究院时松海教授和结构生物学高精尖创新中心史航研究员课题组在《自然》（Nature）杂志在线发表了题为“中心体的锚定调控神经前体细胞特性和大脑皮层的形成”（Centrosome anchoring regulates progenitor properties and cortical formation）的研究论文，首次揭示了中心体调控哺乳动物大脑皮层神经前体细胞机械特性和分裂能力，进而影响大脑皮层的大小和折叠的崭新机制。

放射状胶质细胞是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。所有动物细胞都有中心体，通常位于细胞核附近的细胞质中。然而中心体在放射状胶质细胞内的定位十分独特，位于远离细胞核的顶端细胞膜上，即脑室腔的表面上。这种独特的亚细胞特征已被发现数十年，但其成因及功能一直令人困惑。

图1. 中心体的顶端膜锚定调控神经前体细胞机械特性和大脑皮层的大小及折叠

时松海教授和史航研究员课题组采用基于透射电镜成像的连续超薄切片技术，首次观察到了放射状胶质细胞内的中心体是通过附着在母体中心粒上的远端附属物（distal appendages）锚定在顶端细胞膜上的（图1）。为了探索其分子调控机制和生理功能，研究人员在大脑皮层放射状胶质细胞内特异性地去除了远端附属物的重要构成蛋白CEP83，使得远端附属物无法形成，从而阻止中心体与细胞膜的连接。结果发现，去除CEP83蛋白后，母体中心粒上不再形成远端附属物，中心体和顶端膜发生了微小的错位，不再锚定在顶端膜上。进一步研究表明，中心体这一不足1微米的位移，不是通过影响初级纤毛的形成，而是破坏了顶端膜上特有的环状微管结构，导致顶端膜被拉伸、变硬。这一物理特性的改变引起了放射状胶质细胞内机械敏感信号通路相关的YAP蛋白（Yes-associated protein）的过度激活，从而导致了放射状胶质细胞前期的过度扩增以及之后中间前体细胞的增多，最终使得大脑皮层神经细胞显著增加，体积扩大，并引发异常折叠。

该研究解决了长期以来关于放射状胶质细胞内中心体特殊定位原因和作用的谜题，为研究神经前体细胞行为和皮层发育调控提供了全新的角度。另外，中心体相关的许多突变都和小头症（microcephaly）紧密相关，然而该研究首次揭示了中心体蛋白突变导致大头症的机制。更重要的是，人类CEP83双等位基因突变会导致脑室体积增大，智力障碍和小儿肾消耗症，该研究为揭示人皮层形态和智力异常提供了重要线索。

康奈尔大学医学院Wei Shao与清华大学生命科学学院的博士生杨嘉俊为本文共同第一作者。北京大学生命学院博士生贺明、清华大学生命学院博士生于翔宇、康奈尔大学医学院Zhaohui Yang、纪念斯隆凯特琳癌症研究中心Alexandra L. Joyner、Kathryn V. Anderson、Meng-Fu Bryan Tsou、纽约大学医学院Choong Heon Lee、Jiangyang Zhang参与本文研究。清华大学时松海教授和史航研究员为本文共同通讯作者。本研究得到清华-北大生命联合中心、北京市结构生物学高精尖创新中心和生物结构前沿研究中心、北京市卓越青年科学家、美国国立卫生研究院、霍华德·休斯医学研究所等项目的支持。

文章链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2139-6

工业工程系杨立坚课题组与机械系季林红课题组

联合在脑电信号预测记忆能力研究中

取得重要进展

近日，清华大学工业工程系统计学研究中心杨立坚课题组与机械工程系季林红课题组联合在神经科学期刊《神经科学方法杂志》（Journal of Neuroscience Methods）发表题为《以基于脑电信号的函数型数据分析方法预测工作记忆能力》（Prediction of working memory ability based on EEG by functional data analysis）的研究论文，首次建立了以脑电信号预测工作记忆能力的多重函数型线性模型。该模型直观易懂，计算快捷简便，理论性质可靠。

脑电信号作为人体重要的生理信息，已经被广泛应用于医学疾病诊断与治疗、人体潜能开发等方面。脑电图通过将电极接入被试对象的头皮，来测量大量神经元发放所形成的电场。脑电波作为能够体现大脑活动的信号中的一种，有方便检测、非侵入式且对被试对象友好等特点。一般认为，通过对大脑脑电波的检测并采取特定数据分析方法，有望将大脑的各项反应能力充分挖掘出来。近年来，脑电信号分析已成为认知神经科学领域的重要技术之一。大量研究表明，人类认知能力与脑电信号有关，其中工作记忆能力在认知中起关键作用。

脑电信号具有数据量大、时间分辨率高、易受干扰等特点，给研究带来了不少挑战。杨立坚课题组使用样条函数，基于随机抽取的122名大学生志愿者训练集，以闭眼静息态下8个脑前区导联的脑电信号（图1），对20名志愿者测试集进行工作记忆能力的预测（图2），其确定系数R^2在多次随机试验下的中位数为68%，最低值大于50%，最高值72%（图3）。

图1 ：试验中脑电信号记录的导联名称和位置

图2：对某测试集计算的认知能力预测值与真实值的对比

图3：对多次重复随机抽取的测试集计算的确定系数R^2箱线图

杨立坚课题组依托10年来自身在函数型数据领域的研究成果，课题组2017级博士生张园园和2018级博士生黄昆在学习神经科学专业知识的同时，与机械工程系教授吴方芳和硕士生王健凯高效合作，分析季林红课题组的大学生志愿者脑电与认知能力数据。他们秉承“面向应用，背靠理论，写好算法”的统计学理念，把样条回归估计脑电信号的光滑轨迹，张量样条回归估计协方差函数，样条估计函数型主成分与得分等深刻的统计学前沿理论，结合LASSO回归，转化为快速准确分析脑电数据的算法（图4），从2018年12月开始仅用6个多月的时间，就很好地解决了基于工作记忆能力预测的问题，完成了这篇跨学科应用方法论文，经过两次修改，于2019年12月线上发表。

图4：算法流程图

清华大学机械工程系教授季林红为本文通讯作者。清华大学工业工程系博士生张园园和清华大学机械工程系硕士生王健凯为本文的第一作者。清华大学机械工程系教授吴方芳、清华大学工业工程系教授杨立坚以及博士生黄昆也参与了此项研究。该研究工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2019.108552

环境学院饮用水研究团队

在供水管道腐蚀与结垢研究方面取得新进展

3月21日，清华大学环境学院饮用水研究团队陈超课题组在国际市政和环境领域权威期刊《水研究》（Water Research）在线发表题为《输送地下水的球墨铸铁管道在次氯酸钠消毒剂作用下的早期腐蚀和结垢行为研究》（Early period corrosion and scaling characteristics of ductile iron pipe for ground water supply with sodium hypochlorite disinfection）的论文，对管道腐蚀结垢的电化学过程进行了全面深入的研究。

供水管网是城市重要的基础设施，其稳定运行对于保障居民供水安全十分重要。供水管道的腐蚀与结垢对管网运行危害很大。首先，腐蚀使得管道变薄，降低使用年限，容易发生管网漏损；其次，管垢发育降低了过水截面积，增大了泵站能耗；此外，管垢钝化层的破坏导致内容物的大量释放，是导致北京市2008年“黄水”问题的主要原因。因此，深入研究管道腐蚀变化过程，揭示腐蚀与结垢产物组成及变化、探寻维持管道稳定的控制因素，对于保障供水管网安全运行十分重要。

该论文基于课题组开发的供水管道管垢生长与破裂电化学模拟测试平台，对不同次氯酸钠浓度作用下的球墨铸铁材质供水管道的早期腐蚀和结垢特性开展了连续研究。利用极化曲线和交流阻抗技术对管道的电化学腐蚀过程进行了监测，分析了腐蚀动态变化过程；并对管道表面的腐蚀结垢产物进行形貌、成分分析，利用电容转化参数对管道表面的腐蚀与结垢产物的附着情况进行表征，提出了表征管垢状态的定量化指标，实现了电化学指标与管垢状态指标之间的关联分析。

该研究结果表明，与传统的游离氯消毒不同，投加次氯酸钠消毒剂可影响碳酸钙在管壁的附着倾向和沉积量，进而影响球墨铸铁的腐蚀过程和腐蚀产物的转化过程，并在此基础上提出了投加次氯酸钠消毒剂对管网腐蚀和管垢发育的三阶段概念模型。该研究对于供水、排水、再生水管道研究和工程实践有很好的指导价值。

投加次氯酸钠影响管道腐蚀和结垢过程的概念模型

环境学院陈超副研究员为该论文的通讯作者，博士后张海亚为该论文的第一作者。自2002年以来，环境学院饮用水安全教研所持续开展供水管网安全输配方面的研究。张晓健教授、陈超副研究员课题组开发了供水管网水质稳定研究的高效反应器，构建了判别管网水质化学稳定性的软件，组建了研究管道腐蚀与结垢特性的电化学测试平台，成功指导了2008年北京市区供水管网黄水事件的处理，并为天津、广州、东莞、济南、青岛、平湖、杭州等城市的水源切换工程或管网水质稳定性控制工程提供了重要的技术支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135420302797

物理系张定副教授、薛其坤教授领导的

中德合作团队在锡烯超导中

发现新的伊辛配对机制

超导体临界磁场是指在外加磁场下超导态转变成正常态所需的磁场强度。它是超导的基本性质之一，也是决定超导体应用的一项重要指标。第一个被发现的超导体——水银，它的临界磁场仅有几十毫特斯拉。近年来人们发现，某些厚度仅有几个原子层的薄膜可以在几十特斯拉的磁场下保持超导，这大大超出了人们的预料。为了解释这个现象，人们提出了伊辛配对机制，认为这是由于这一类特殊材料的晶格不具备中心反演对称性，参与超导配对的电子具有了锁定的自旋取向所致。在此框架下，人们通过在非中心对称的材料中寻找，又发现了多个具有巨大临界磁场的超导体。然而，也有人认为这完全是材料维度效应所导致的，挑战了伊辛配对机制。同时，伊辛超导理论的一个重要预言——临界磁场的低温发散行为也一直未被实验验证。

最近，清华大学物理系张定副教授和薛其坤教授领导的中德合作团队，打破了此前理论的限制，首次在具有高对称性的材料——锡烯薄膜中观测到了数倍于理论预期的临界磁场，并清晰地观测到了温度逼近绝对零度时临界磁场的发散行为，给出了伊辛超导非常强的证据。北京时间3月13日，相关研究成果以《锡烯薄膜中的第二类伊辛配对机制》（“Type-II Ising pairing in few-layer stanene”）为题在线发表于《科学》（Science）上。

图1. 实验测得的锡烯超导中奇异的上临界磁场行为。颜色代表样品的电阻（紫色区间为正常态，深蓝色区间为超导）。圆圈标出了不同温度下的上临界磁场。实线和虚线代表了不同的理论模型，其中红色为本工作中提出的第二类伊辛配对机制。左下和右上的示意图分别画出了锡烯的原子结构和能带。

薛其坤教授研究团队长期从事原子级可控的高质量薄膜的制备和物性探索，在二维超导领域发现了单层铅膜超导、单层铁硒/钛酸锶界面高温超导和双原子层镓膜超导的格里菲斯奇异性等。2018年，团队核心成员张定副教授等人首次发现灰锡薄膜—锡烯—具有超导电性（ 《自然-物理》Nature Physics, 14，344（2018）），随后发现其面内上临界磁场超过了常规超导体的上限—泡利极限。

为了进一步深刻理解锡烯的二维超导特性，研究团队与德国马普固态研究所的约瑟夫-福森（Joseph Falson)博士和尤根-斯密特（Jurgen Smet）教授合作，利用极低温强磁场下原位旋转测量技术，系统测量了不同厚度锡烯样品在近乎整个超导温度区间上临界磁场的变化行为，发现上临界磁场不仅超出泡利极限，而且在温度逼近绝对零度时仍无饱和迹象，这是典型的伊辛超导行为。由于锡烯具有中心反演对称性，这些行为不能用现有的伊辛超导理论解释。为了理解这一令人困惑的现象，清华大学物理系徐勇副教授和北京师范大学刘海文研究员等开展了深入的理论研究。

通过理论与实验的紧密结合，最终提出了由自旋轨道耦合与材料对称性共同作用的新一类伊辛配对机制，即第二类伊辛配对机制。该工作不但为伊辛超导的存在提供了实验证据，也拓宽了人们寻找伊辛超导的材料范围。

清华大学物理系张定副教授、北京师范大学刘海文研究员和德国马普固态研究所尤根·斯密特（Jurgen Smet）教授为该文章的通讯作者，德国马普固态研究所的约瑟夫·福森（Joseph Falson）博士为第一作者。合作者还包括清华大学物理系的段文晖教授和何珂教授，已毕业的臧运祎博士（现为德国马普微结构所博士后），博士生廖孟涵、朱科静、王冲和张泽涛，以及北京大学物理学院的博士生刘宏超。该工作得到了国家自然科学基金、国家科技部、清华大学低维量子物理国家重点实验室、北京未来芯片技术高精尖创新中心等的支持。

文章链接：

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/11/science.aax3873

医学院沈晓骅课题组在非编码RNA的

染色质结合机制研究中取得重要进展

3月12日，清华大学医学院沈晓骅教授团队在《自然》（Nature）杂志上在线发表了题为 “U1 snRNP调控非编码RNA的染色质滞留”（U1 snRNP regulates chromatin retention of noncoding RNAs）的研究论文，首次报道了U1 snRNP广泛调控非编码RNA在染色质上的结合和移动的新机制。

哺乳动物基因组的广泛转录产生了大量的非编码RNA，相比于细胞质定位的蛋白编码mRNA，这些非编码RNA如长链非编码RNA（lncRNA）、启动子和增强子关联的不稳定转录本（uaRNA、eRNA）等更倾向于结合染色质参与调控染色质结构、转录和RNA加工等过程。尽管零星报导少数RNA核滞留的现象，但为何大部分lncRNA会滞留于染色质上行使调控功能，仍是个不解之谜。上世纪80年代初，Joan Steitz通过系统性红斑狼疮患者血液抗体分离提取 U1,U2, U4, U5和U6小核糖核蛋白粒子（又称为 snRNP），揭示了它们参与RNA剪接的经典功能。近年来施一公团队系统报导了真核生物剪切体的原子结构和生化功能。然而，一直让人困惑的是，细胞内U1 snRNP的数量为什么比其它剪接相关snRNP高 2-5倍。虽然Gideon Dreyfuss和Phil Sharp等团队曾揭示U1 snRNP调控转录终止和方向的非经典功能，U1 snRNP在细胞中的丰富存在仍然是一个让人困惑的问题。

为了探究lncRNA的染色质结合机制，研究者首先建立和运用一套新颖的mutREL-seq方法来高精度筛选调控RNA定位的关键序列，意外发现了U1 snRNP识别位点参与调控候选RNA的染色质滞留。相比于蛋白编码基因，lncRNA转录本含有更多的U1识别位点（同时也是潜在的5’剪接供体位点），而其基因组区域具有更少的3’剪接受体位点。并且U1 snRNP更高水平地结合在lncRNA上。

随后，研究者分别使用antisense morpholino oligos（AMO）和auxin-induced degron（AID）诱导蛋白降解系统，来抑制U1 snRNA和核心蛋白组分SNRNP70的功能。研究者发现小鼠胚胎干细胞中近一半的lncRNA受U1 snRNP调控。另外，与转录调控元件关联的不稳定非编码转录本如uaRNA、eRNA等，它们的染色质结合在U1 snRNP抑制后也显著下降。研究者进一步证明了U1 snRNP直接调控成熟lncRNA与染色质的结合，而不是通过影响RNA合成、加工或降解过程的动态变化所产生的间接影响。

机制上，研究者鉴定了U1 snRNP在染色质上的互作蛋白，发现U1 snRNP结合特定磷酸化状态的RNA转录聚合酶II（Pol II）。转录抑制明显降低了U1 snRNP及其所调控的非编码RNA与染色质的结合，表明U1 snRNP通过与磷酸化的Pol II互作来介导其互作RNA与染色质的结合。

最后，研究者通过以lncRNA Malat1为例，进一步验证了U1 snRNP对其染色质结合的调控作用。去除SNRNP70后，绝大部分Malat1 “核斑”定位信号消失，并弥散在核质及细胞质中。同时，Malat1在活跃表达基因染色质区域的结合信号显著下降，表明U1 snRNP不仅可以将Malat1滞留在染色质上，同时也参与调控后者在染色质上的移动及其与靶基因的结合。

综上，研究者提出如下模型（图1）：5’和3’剪接位点在lncRNA上的不对称分布，致使U1 snRNP持续结合在lncRNA转录本上，而不能通过RNA剪接过程释放，从而介导了lncRNA的染色质滞留。磷酸化Pol II进一步介导了lncRNA-U1 snRNP复合体在染色质上的移动（mobilization）。对于大多数低丰度、不稳定的lncRNA，它们只能靶向结合邻近的染色质区域（顺式cis作用）；而对于少数稳定和高丰度的lncRNA，如Malat1，U1 snRNP促进了其迁移和结合更多的靶基因区域（反式trans作用）。

图1. U1 snRNP介导非编码RNA染色质结合的模式图。

该工作不仅揭示了U1 snRNP介导非编码RNA在染色质上功能和调控的新模式，而且拓宽了U1 snRNP这一被广泛研究的小核糖核蛋白粒子的新颖功能。

清华大学沈晓骅课题组的尹亚飞博士为本文的第一作者。尹亚飞博士和沈晓骅教授为该论文的共同通讯作者。沈晓骅课题组的博士生卢雨阳、张雪纯、邵雯和洪彦涛等参与了此项工作。论文的其他研究者还包括清华大学生命学院张强锋教授及其博士生李盼，中国科技大学的单革教授，以及美国罗格斯大学新泽西医学院（Rutgers New Jersey Medical School）的田斌教授。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部重点研发项目、北京市高精尖中心及生命科学联合中心等多个项目的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2105-3

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来源 | 地学系 深圳国际研究生院 医学院

工业工程系 环境学院 物理系

原标题：《科技·前沿 | 近期科研成果扫描》