RNA构象空间的研究：RNase P RNA在溶液中的动态结构 学术背景 RNA的构象多样性在生物学中具有重要作用，尤其是在RNA剪接、包装、细胞转录激活以及环境刺激响应等过程中。然而，传统的生物物理技术无法直接可视化RNA在溶液中的完整构象空间。RNase P RNA是一种存在于所有生命体中的RNA酶，负责编辑前体tRNA（pre-tRNA）的5’端。由于其底物特异性广泛，RNase P RNA被认为具有高度的构象灵活性，这种灵活性与其酶活性所需的刚性结构之间存在着复杂的平衡关系。理解这种构象灵活性与结构刚性之间的关系，对于揭示RNA的功能和生物学意义至关重要。 论文来源 本论文由Yun-Tzai Lee、Maximilia F. S. Degenhardt、Ilias Skeparnia...
学术背景 RNA（核糖核酸）是生命体中至关重要的分子，参与了基因表达、调控和催化等多种生物过程。尽管人类基因组的大部分被转录为RNA，但RNA分子的结构研究仍然面临巨大挑战。RNA分子通常具有高度的构象异质性和灵活性，这是其功能的前提，但也限制了传统结构解析方法（如核磁共振（NMR）、X射线晶体学和冷冻电镜（cryo-EM））的应用。特别是对于大分子RNA，由于其构象多样性和缺乏大规模RNA结构数据库，现有的蛋白质结构预测方法（如AlphaFold）无法直接应用于RNA。因此，如何准确解析大分子RNA的三维结构，尤其是其构象异质性，成为RNA结构生物学中的一个重要难题。 论文来源 这篇论文由Maximilia F. S. Degenhardt、Hermann F. Degenhardt、Yu...
海马神经元特征选择性的突触基础研究 学术背景 在神经科学中，一个核心问题是突触可塑性如何塑造行为动物中神经元的特征选择性。海马CA1锥体神经元（CA1 pyramidal neurons, CA1PNs）通过形成空间和情境选择性的感受野（place fields, PFs），展示了最显著的特征选择性之一。PFs是研究学习和记忆突触基础的模型。尽管已有多种形式的突触可塑性被提出作为PFs形成的细胞基础，但由于缺乏工具和技术挑战，我们对突触可塑性如何支持PFs形成和记忆编码的理解仍然有限。特别是，在清醒行为动物中，以单神经元分辨率可视化突触可塑性仍然是一个巨大的挑战。 为了解决这一问题，研究人员开发了一种全光学方法，用于在空间导航过程中监测单个CA1PNs在PFs诱导前后树突棘的时空调谐和突触权...
基于热力学图谱的相变与临界指数推断研究 学术背景 相变（phase transitions）是自然界中普遍存在的现象，从水的沸腾到磁性材料的铁磁-顺磁转变，再到生物大分子（如蛋白质和核酸）的构象转变，相变在多个科学领域中扮演着重要角色。然而，准确量化相变及其温度依赖性特征仍然是一个极具挑战性的问题，尤其是在数据稀疏或复杂的情况下。传统的统计力学方法虽然提供了研究相变的理论框架，但在实际应用中，由于相变区域的采样困难，计算相变特征（如临界温度、热容和临界指数）往往需要大量的计算资源。 为了解决这一问题，Lukas Herron、Kinjal Mondal、John S. Schneekloth Jr. 和 Pratyush Tiwary 等研究人员提出了一种名为“热力学图谱”（Thermody...
MINFLUX 纳米显微镜在生物组织中的应用：突破荧光显微镜的分辨率限制 学术背景 荧光显微镜在生物学研究中扮演着至关重要的角色，但其分辨率受到衍射极限的限制，通常只能达到约200纳米。近年来，超分辨率显微镜（super-resolution microscopy, SR）技术的发展突破了这一限制，使得研究人员能够在纳米尺度上观察生物分子的分布。然而，在复杂的生物组织中，尤其是较厚的样本中，光学像差、光的吸收和散射等问题严重影响了超分辨率显微镜的性能。为了在生理相关的环境中实现纳米级分辨率的蛋白质分布可视化，研究人员一直在探索新的成像技术。 MINFLUX（minimal photon fluxes）纳米显微镜是一种新兴的光学成像技术，它结合了坐标靶向和坐标随机超分辨率显微镜的优点，能够在极...
光合系统II中水氧化过程中质子释放的机制研究 学术背景 光合系统II（Photosystem II, PSII）是自然界中唯一能够催化水分解的酶，其反应不仅释放出氧气，还为生物质的合成提供了电子。水分解反应释放的质子进入类囊体腔，形成质子动力势（proton-motive force, PMF），驱动ATP的合成。尽管近年来在PSII的结构和功能研究方面取得了显著进展，但水氧化反应中的关键步骤，特别是去质子化过程的机制仍然存在争议。本文通过结合量子/经典（QM/MM）自由能计算和原子分子动力学（MD）模拟，揭示了PSII中氧释放的锰-钙簇（Mn4O5Ca）如何通过保守的羧酸盐和水分子阵列将质子传递到类囊体腔，并识别了局部质子存储位点和分子门控机制，防止了质子回流的浪费反应。 论文来源 本文由...
研究背景 在单细胞胚胎中，蛋白质的不对称分布是细胞极性和发育的关键步骤。这种不对称分布通常依赖于复杂的反应-扩散机制（reaction-diffusion mechanisms），并涉及多个反馈回路。在Caenorhabditis elegans（秀丽隐杆线虫）的单细胞胚胎中，RNA结合蛋白MEX-5和MEX-6以及有丝分裂激酶PLK-1在细胞极性的建立和维持中起着重要作用。尽管MEX-5和MEX-6在序列上高度同源，但它们的不对称分布机制及其调控方式尚不完全清楚。本研究旨在揭示MEX-6梯度形成的生物物理机制，并探讨MEX-5、MEX-6和PLK-1之间的复杂相互作用。 研究来源 该研究由Alexandre Pierre Vaudano、Françoise Schwager、Monica ...
人工动态RNA结构集合引导的通用RNA适配体传感标签的理性设计 学术背景 RNA分子在自然和合成生物系统中扮演着多种角色，其功能强烈依赖于其动态和特定的三维结构。RNA的二级和三级结构，如发夹、伪结、多路连接等，是理解RNA功能的关键“构建模块”。然而，现有的RNA结构研究大多基于静态结构，而大多数RNA介导的过程涉及构象变化。因此，动态结构集合的描述能够捕捉RNA的进化保守模式，并有助于其扩展设计。近年来，荧光RNA适配体（fluorogenic RNA aptamer, FRAPT）在生物应用中取得了显著进展，但其设计缺乏对动态结构集合的深入理解，且缺乏通用的设计原则。为了克服这些限制，研究者们开发了一种人工动态RNA结构集合“SSPepper”，并基于此设计了一种通用的荧光RNA生物传...
解读《MassiveFold：通过优化和平行化大规模采样揭示AlphaFold潜在能力》 背景和研究问题 蛋白质结构预测是生命科学中重要的研究领域，对于揭示分子生物学的基本机制具有重要意义。近年来，DeepMind开发的AlphaFold在这一领域取得了革命性进展，其模型在预测单一蛋白质链的结构方面表现卓越，广泛应用于蛋白质组学研究。然而，随着研究需求的增加，AlphaFold在处理复杂蛋白质组装和抗原-抗体等特定相互作用时存在诸多局限，例如计算时间长、对GPU资源需求高等问题。此外，虽然通过增加预测中的循环次数和采样密度可以提升预测质量，但这些方法进一步加重了计算负担。 为应对上述挑战，本文的研究者提出了一个名为MassiveFold的新框架。MassiveFold通过优化算法和大规模采样...
Parkinson’s Disease研究中的β波突发行为分析：基于小波的时频检测新框架 背景介绍 帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）是一种常见的神经退行性疾病，其主要表现为运动功能障碍，包括震颤、僵硬和运动迟缓。近年来，研究发现PD患者的运动功能障碍与β波段（13-35 Hz）神经活动过度同步性密切相关。传统观念认为，PD患者的β波段活动呈持续性增强状态，但最新研究表明，这种活动并非持续存在，而是以短暂突发形式（β波突发）出现，并且这些突发的强度和持续时间在PD患者中显著增加。现有的检测方法大多聚焦于β波段的单一频率峰值，但这一局限可能忽视了β波段中其他重要的信息。为解决这一问题，本文提出了一种基于小波分解的新方法，用于识别和分析广频范围内的β波突发行为，并探讨其与运...