研究发现，负责能量产生的蛋白质会组装成大型的“超级复合物”，在提供细胞能量方面发挥着至关重要的作用。
我们星球上的大多数生物，无论是植物、动物还是人类，其细胞中都含有线粒体。线粒体是我们细胞中的能量工厂，它们的主要功能是为几乎所有的细胞过程提供能量。
为了实现这一目标，线粒体利用呼吸中的氧气和食物中的碳水化合物来再生ATP，其中ATP是细胞的通用能量货币。这种功能是由称为呼吸复合物（respiratory complex）的蛋白质执行的，它们在能量产生过程中协同工作。尽管这些呼吸复合物是在70年前发现的，但是在此之前，它们在线粒体内的确切组织仍然难以捉摸。
在一项新的研究中，由瑞士巴塞尔大学生物中心的Florent Waltz博士和Ben Engel教授领导的一个研究团队利用前沿的低温电子断层扫描技术，以前所未有的分辨率深入了解了线粒体的结构。他们发现，负责能量产生的蛋白质会组装成大型的“超级复合物”，在提供细胞能量方面发挥着至关重要的作用。
Waltz解释道，“我们的数据显示，呼吸链中的蛋白在线粒体的特定膜区域分布，粘附在一起并形成一种主要类型的超级复合物。使用电子显微镜，可以清楚地看到单个超级复合物——我们可以直接看到它们的结构和工作原理。这种呼吸超级复合物将质子泵送到线粒体膜上。这些产生ATP的超级复合物的作用类似于水磨，利用这种质子流来驱动ATP的产生。”
研究人员研究了莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）活细胞中的线粒体。Waltz说，“我们非常惊讶的是，所有的蛋白质实际上都组装在这样的超级复合物中。这种架构可能会使ATP的生产更高效，优化电子流，并最大限度地减少能量损失。”
除了这些超级复合物，研究人员还能够更仔细地研究线粒体的膜结构。Engel说，“这有点让人联想到肺组织：线粒体内膜有许多褶皱，可以增加表面积，以适应尽可能多的呼吸复合物。”
在未来，研究人员的目标是揭示为什么呼吸复合物是相互关联的，以及这种协同作用如何提高细胞呼吸和能量生产的效率。这项研究也可能为生物技术和健康提供新的见解。
Waltz解释说，“通过研究这些呼吸复合物在其他生物中的结构，我们可以更广泛地了解它们的基本组装原理。这不仅可能揭示进化适应，还可能帮助我们理解为什么这些呼吸复合物的破坏会导致人类疾病。”
揭示Treg细胞在感染期间保护身体免受自身免疫反应
免疫学领域的经典传统思想提倡免疫系统通过清除体内对自身肽有反应的Tconv细胞来建立自我-非自我区分，从而预防自身免疫反应。在感染期间，免疫系统需要区分入侵细菌和病毒表达的外来抗原与身体细胞表达的自身抗原。否则，免疫系统会错误地攻击自己的细胞，对组织造成持久的损伤，并可能导致长期疾病。芝加哥大学的一项新研究展示了经过特殊训练的免疫细胞群体如何通过防止其他免疫细胞攻击自身组织来保持和平。这一发现有助于更好地了解了感染期间的免疫调节，并为开发预防或逆转自身免疫性疾病的干预措施提供了基础。相关研究结果发表在Science杂志上。
几组白细胞有助于协调免疫反应。树突细胞从外来病原体中获取蛋白质，将其切割成称为抗原的肽，并将其展示在表面上。CD4+常规T（conventional T, Tconv）细胞检查树突细胞呈递的肽。如果呈递的肽是外来抗原，这些Tconv细胞会大量扩增并转化为活化状态，专门用于根除病原体。如果树突细胞携带“自身肽”，即来自身体自身组织的肽，Tconv细胞应该会停止工作。在自身免疫反应期间，辅助性T细胞不能正确区分外源肽抗原和自身肽，无论如何都会继续攻击。为了防止这种情况发生，另一组称为CD4+调节性T细胞（regulatory T, Treg）的T细胞应该进行干预，防止Tconv细胞的友好攻击。论文共同通讯作者、芝加哥大学病理学教授Pete Savage博士说，“可以把它们（Treg细胞）看作是维和细胞。”Treg细胞显然在大多数时候都做得很好，但Savage说，它们如何知道何时进行干预并防止Tconv细胞开启自身免疫反应，以及何时抑制并让它们对抗感染，这一点一直不清楚。因此，Savage和他的团队想探索免疫系统的这种特性，即自我-非自我区分（self-nonself discrimination）。胸腺是免疫系统的一个特殊器官。T细胞在胸腺中产生。在发育过程中，Treg细胞经过训练后识别特定的肽，包括来自身体的自身肽。当树突细胞呈现自身肽时，经过训练的Treg细胞会介入以阻止Tconv细胞触发自身免疫反应。
在感染过程中，Treg细胞通过选择性地抑制具有共同自我特异性的Tconv细胞来加强自我-非自我区分
Savage团队发现，这种特异性在自我-非自我区分中起着至关重要的作用。他们通过实验剔除了小鼠体内对前列腺中单个自身肽具有特异性的Treg细胞。在没有感染的健康小鼠中，这种变化不会引发前列腺自身免疫反应。然而，当他们用表达前列腺自身肽的细菌感染小鼠时，缺乏匹配的前列腺特异性Treg细胞会触发前列腺反应性Tconv细胞，从而使得前列腺发生自身免疫反应。有趣的是，这种改变并没有损害Tconv细胞通过对外源肽的反应来控制细菌感染的能力。Tconv细胞可以通过攻击自身组织来诱发疾病，它们与这些维和的Treg细胞保持平衡。Savage说，“当我们去除对单一自身肽有反应的Treg细胞时，对该自身肽有活性的Tconv细胞不再受到控制，它们诱导了自身免疫反应。”自身免疫疾病的根本原因是遗传、环境、生活方式和免疫系统的复杂相互作用。免疫学领域的经典传统思想提倡免疫系统通过清除体内对自身肽有反应的Tconv细胞来建立自我-非自我区分，从而预防自身免疫反应。Savage说，这项研究表明虽然这种剔除的效率低下，Treg细胞的特异性匹配可能同样重要。他说，“我们的想法是，特异性很重要，而且为了一个完全健康的免疫系统，你需要拥有这些Treg细胞群体。”只要免疫系统产生足够的匹配Treg细胞，它们就可以防止自身免疫反应，而不会影响对感染的反应。Savage说，“这就像颠倒了自我-非自我区分的概念。你不必剔除所有对自身抗原有反应的Tconv细胞，只需生成足够的Treg维和细胞即可。”为了研究与学习相关的结构特征，研究人员让小鼠接受条件反射任务，并在大约一周后检查了它们大脑中的海马体区域。在一项新的研究中，研究人员揭示了小鼠大脑中广泛的神经元网络中记忆形成的结构基础。这项研究揭示了记忆如何产生的根本灵活性，以前所未有的分辨率详细描述了细胞和亚细胞水平上与学习相关的变化。理解这种灵活性可能有助于解释为什么记忆和学习过程有时会出错。相关研究结果发表在Science杂志上。
这些研究结果表明，被分配到某个记忆痕迹（memory trace）的神经元通过一种称为多突触扣结（multi-synaptic bouton）的非典型连接重新组织了它们与其他神经元的连接。在多突触丛中，传递信号和信息的神经元轴突与接收信号的多个神经元接触。根据研究人员的说法，多突触扣结可能使先前研究中观察到的信息编码的细胞灵活性成为可能。研究人员还发现，参与记忆形成的神经元并没有优先相互连接。这一发现挑战了传统学习理论所预测的“一起放电的神经元连接在一起”的观点。
此外，研究人员观察到，分配给某个记忆痕迹的神经元重组了某些细胞内结构，这些结构提供能量并支持神经元连接中的交流和可塑性。这些神经元还与称为星形胶质细胞的支持细胞增强了相互作用。
通过结合先进的遗传工具、三维电子显微镜和人工智能，斯克里普斯研究所的科学家Marco Uytiepo、Anton Maximov博士及其同事们重建了参与学习的神经元的接线图，并确定了这些神经元的结构变化及其在细胞和亚细胞水平上的连接。
为了研究与学习相关的结构特征，研究人员让小鼠接受条件反射任务，并在大约一周后检查了它们大脑中的海马体区域。他们选择这个时间点是因为它发生在记忆首次编码之后，但在记忆被重新组织以进行长期存储之前。
利用先进的遗传技术，研究人员永久标记了学习过程中激活的海马体神经元亚群，从而实现了可靠的识别。他们随后使用三维电子显微镜和人工智能算法对学习中涉及的兴奋性神经网络进行纳米级重建。
这项研究提供了一个大脑区域记忆形成的结构特征的全面视图。这也为进一步探索提出了新的问题。未来的研究对于确定类似的机制是否在不同的时间点和神经回路中起作用至关重要。此外，需要进一步研究多突触扣结的分子组成，以确定它们在记忆和其他认知过程中的确切作用。
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