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  卵巢癌(恶性卵巢肿瘤)是世界范围内的第五大致死癌症,恶性上皮性卵巢肿瘤(Malignantepithelialovariantumors,MEOTs)占据所有卵巢癌的90%。相比于恶性上皮性卵巢肿瘤,交界性上皮性卵巢肿瘤(borderlineepithelialovariantumors,BEOTs)的恶性潜能较低,具有较好的预后(五年生存率分别为40%和97%)。BEOT患者通常可根据患者需求进行保留生育能力的保守手术,而MEOT患者则需要全面分期手术,切除卵巢并辅以化疗。因此,术前准确地区分MEOT和BEOT将有助于实施精准治疗,节省医疗资源,提升患者的术后生活质量。  前期研究表明,核磁共振成像(Magneticresonanceimaging,MRI)在MEOT与BEOT的鉴别上具有较大的潜力,但目前国际上对所需MRI序列及影像学表现尚无统一标准,临床诊断依赖医生经验,因此主观性较大,诊断精度较低。近年来,机器学习作为人工智能的核心分支,旨在利用计算机进行大数据分析,自主学习样本特征与类别的关系,建立智能分析模型。将机器学习与医学影像结合,通过机器学习找出医学影像大数据中定量影像特征与疾病类别间的关系,可构建客观、精准的辅助诊断模型,有望解决卵巢癌诊断难题。  中国科学院苏州生物医学工程技术研究所高欣团队与复旦大学附属金山医院强金伟团队合作,联合华东、华南、华北等八家三甲医院,首次开展了基于MRI机器学习的卵巢癌诊断多中心研究,建立了可在术前对MEOT与BEOT进行无创鉴别的机器学习模型。该研究共入组501名患者(其中336名MEOT患者,165名BEOT患者),收集了患者的多参数MRI影像数据(包括T2WI-FS、DWI、ADC、CE-TIWI四个影像序列)及临床资料,研究团队从肿瘤实性区域和全肿瘤区域分别提取MRI影像特征,通过机器学习方法筛选特征并构建模型。此外,研究团队邀请了六位不同资质(从业时间介于2-13年)的影像科医生与机器学习模型进行诊断水平对比。  研究结果显示,机器学习模型能够很好地鉴别MEOT与BEOT(平均诊断准确度为91.7%)。基于多参数MRI建立的模型诊断性能优于基于单个MRI序列建立的模型,揭示了各MRI序列的诊断互补作用;所有单个序列中,ADC的诊断能力最强,CE-T1WI的诊断性能最弱,去除CE-T1WI后模型性能无显著下降,由于进行CE-T1WI扫描需要注射造影剂,这提示临床在对有造影剂过敏患者进行诊断时,可以选择不进行CE-T1WI扫描;肿瘤实性区域特征建立的模型在诊断性能上优于全肿瘤区域建立的模型,说明肿瘤实性区域需要临床重点关注。此外,与六位影像科医生的诊断水平(平均诊断准确度为79.5%)相比,该研究构建模型的诊断能力具有显著优势(见图1),有望在临床中辅助医生进行卵巢癌术前精准无创诊断。  该研究受国家自然科学基金委等机构资助,相关成果发表于JournalofMagneticResonanceImaging(DOI:10.1002/jmri.27084),其中李勇爱与简俊明是并列第一作者。  论文链接图1.机器学习模型与影像科医生的诊断能力对比。紫色三角形和绿色正方形分别代表六名影像科医生的诊断能力,红色圆点代表影像科医生的平均诊断能力,蓝色实线代表机器学习模型的诊断能力,红色圆点在蓝色实线的右下方表示机器学习模型的诊断能力高于影像科医生的平均诊断能力。图2.机器学习模型进行卵巢癌诊断的案例。(a)是病理证实的MEOT;(b)是病理证实的BEOT。机器学习模型对肿瘤影像进行打分,根据诊断阈值进行肿瘤类型的判别:(a)的影像分数为0.102,(b)的影像分数为0.750,模型给出的诊断阈值为0.260,将影像分数高于0.260的影像判别BEOT,反之则为MEOT。

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  众多证据表明,青藏高原隆升制约着亚洲季风系统的演化。花粉作为可以随风传播的重要媒体,有极大潜力可以发展成为衡量季风活动的风力和方向的代用指标,用于青藏高原上的古季风活动的检测和评估。因此,有必要建立对现代花粉沉降模式的正确认识。然而,前人的研究仅关注了青藏高原表土孢粉沉降与区域植被的耦合及建立花粉-植被-气候之间的转换函数关系,极大忽略了现代表土花粉沉降与季风风向、强度的直接关联。  中国科学院植物研究所王宇飞研究组通过与中国科学院地球环境研究所刘晓东团队合作,对覆盖青藏高原地区的594个地表样点的表土花粉组合数据进行综合分析,结合对青藏高原上及周边地区的植被物源追溯、地形地貌及风力场数据集成分析,发现:1)表土花粉组合能够反映高原地表高寒荒漠植被面貌,可用于评估地质历史时期的植被状况;2)其中乔木花粉多为外源花粉,其相对丰度的空间分布趋势与亚洲夏季风向青藏高原挺进的路径高度耦合。结果表明,如今青藏高原上乔木花粉的沉降受亚洲夏季风系统主控,即现代亚洲夏季风的爬坡效应驱动了低海拔植被产生的花粉雨向高海拔地区散布。如果类似的情况发生在地质历史时期亚洲季风系统发展的不同阶段,埋藏在青藏高原沉积物中的特定类群的花粉丰度数据具有极大的潜力反映当时亚洲夏季风的风向和强度,成为推演青藏高原隆升影响下的亚洲季风的风向和强度等演化历史信息的一个简单且实用的代用指标。该研究首次用花粉丰度等值图形式,量化和图形化地展示了青藏高原周边植被乔木花粉经由亚洲夏季风气流携带、攀爬进入青藏高原的历程,为评估历史时期青藏高原抬升过程中亚洲夏季风的变化提供了新的代用指标和研究方向。  该研究成果于近日发表在国际学术期刊Earth-ScienceReviews上。王宇飞研究组助理研究员李金锋和博士后谢淦为论文共同第一作者,王宇飞为通讯作者。该研究得到中科院战略性先导科技专项(A类和B类)、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、植物所系统与进化植物学国家重点实验室开放课题及中科院国际人才计划的共同资助。  论文链接青藏高原乔木植物花粉的扩散趋势线与亚洲季风主导的等降水量线的耦合。图中A,B和C为高原及周边3个乔木花粉的分布中心。

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  近日,中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室研究员江凌、中科院院士杨学明、张东辉团队,与清华大学教授李隽合作,在中性水团簇研究方面取得新进展,发展了基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验方法。  团簇在能源催化和大气雾霾等诸多化学过程中广泛存在,团簇表征与性能研究对诠释化学反应机理至关重要。目前,离子团簇研究居多,而中性团簇由于缺乏电荷、难于探测,相关实验研究甚少,其瓶颈主要在于缺乏合适的紫外光源。2017年建成的大连相干光源,是目前世界上唯一工作在极紫外波段的自由电子激光用户装置,具有高亮度和脉冲时间特性,可以有效地实现单光子阈值电离,非常适合用于中性分子和团簇的高灵敏度和高时间分辨的探测和研究。  鉴于上述情况,江凌和杨学明团队,发展了基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验方法,用于质量选择中性团簇的高灵敏探测、结构表征和性能研究。  水是生命之源,水分子二聚体((H2O)2)是研究冰和液态水氢键作用机制的模型体系。然而,(H2O)2的红外光谱指认仍然存在争议。在本工作中,江凌和杨学明团队利用自主研制的基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验站,对(H2O)2中性团簇展开了详细的研究,发现了分辨较好的四组谱峰;张东辉团队利用自行发展的全维势能面动力学方法,计算了红外谱图,将这四组谱峰精确地指认为不同化学环境下的OH伸缩振动模式;李隽团队利用分子轨道理论,剖析了成键特性,诠释了OH伸缩振动的分布规律。这些研究结果有助于理解复杂体系的红外光谱及结构特征。  由于大连相干光源的波长范围涵盖了绝大多数中性分子和团簇的第一电离势,因此,该工作为中性团簇结构与性能、催化反应中间体和自由基的探测、气溶胶成核机制、生物分子表征等领域的前沿科学研究提供了新的策略。  相关成果发表在《物理化学快报》(TheJournalofPhysicalChemistryLetters)上。该工作得到国家自然科学基金委动态化学前沿研究中心项目、中科院战略性先导专项(B类)“能源化学转化的本质与调控”﹑自然科学基金面上项目、大连化物所大连相干光源专项基金等资助。大连化物所发展基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验方法

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  1月23日,eLife期刊在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心/神经科学研究所、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室刘志勇研究组题为《耳蜗螺旋神经节在多个发育节点的深度转录组分析》的研究论文。  小鼠和人类的听觉系统在发育和功能上十分相似。耳蜗螺旋神经节负责把外周的声音信息(时间、强度和频率等)传递到脑干的耳蜗核,随后经脑干上橄榄核团、下丘、丘脑等最终到达听觉皮层。耳蜗螺旋神经节功能非常重要,临床上耳聋患者佩戴人工耳蜗的治疗效果很大程度上取决于耳蜗螺旋神经节是否具有功能。因此如何保持耳蜗螺旋神经节的功能以及如何在损伤后再生出有功能的螺旋神经节是听觉领域的一个重要且具有挑战的研究方向。  为了找到研究的切入点,研究团队首先致力于阐明两个问题:1)耳蜗螺旋神经节在从胚胎早期到成年整个发育过程中,是否特异表达一些基因?2)这些特异的基因是否具有动态的变化特征,是瞬时表达(调节发育过程),还是永久表达(维持神经节的细胞命运)?为了准确地回答这2个核心问题,研究团队利用转基因小鼠的方法,在五个不同的发育时期(E15.5,P1,P8,P14和P30),特异在螺旋神经节内表达红色荧光蛋白。然后通过组织消化、手工分选的方法获得高纯度、健康的螺旋神经节细胞。每个时间点分析三个重复,每个重复样品包含100个左右螺旋神经节细胞。此方案能够获得高深度的全基因组表达谱,是之前10x单细胞转录组分析深度的5倍。基于此,该研究分析出了众多之前未知的螺旋神经节表达特异、动态变化明显的基因。  此外研究团队选取了两个特异基因Scrt2和Celf4,利用CRISPR/Cas9基因编辑系统构建了Scrt2-P2A-tdTomato和Celf4-3xHA-P2A-iCreER-T2A-EGFP两种基因敲入模型,并在内耳进行了系统的分析,在单细胞层面确认了耳蜗螺旋神经节特异并高表达Scrt2和Celf4,进而佐证了论文中转录组测序数据的准确性和可靠性。新构建的小鼠模型对听觉领域和脑神经科学领域(Scrt2和Celf4基因也在中枢系统高表达)的研究具有重要的应用价值。  该工作由脑智卓越中心听觉系统发育再生研究组研究员刘志勇指导,博士后李超、李响、毕政鸿为共同第一作者,王广琴,朱彤以及霍华德·休斯医学研究所-詹宁斯研究中心KenSugino为此研究做出了贡献。共聚焦成像相关工作在神经所所级中心的光学成像平台完成,神经所杨辉研究组提供了显微注射仪器,应文琴(杨辉组)在胚胎移植实验中提供了帮助。该工作得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项、国家青年千人计划、国家自然科学基金面上项目、上海市科技重大专项以及勃林格殷格翰公司专项支持。   论文链接图注:(A)图示为手工分选耳蜗螺旋神经节的流程,在荧光体视显微镜下,将红色荧光标记的螺旋神经节手工挑选并清洗三次后,转移至裂解液中进行后续实验;(B)热图显示小鼠耳蜗发育过程中,21个特异性、持续高表达在螺旋神经节细胞中的基因;(C-D)图为Scrt2-P2A-tdTomato小鼠(P1)耳蜗抗体MyosinVI(特异性标记毛细胞)和tdTomato组织化学染色结果:组织铺片免疫组化染色(C)和切片免疫组化染色(D)显示Scrt2基因(tdTomato+)特异性高表达在耳蜗螺旋神经节中,毛细胞(MyosinVI+)中未见Scrt2基因表达,a:耳蜗顶圈;m:耳蜗中圈;b:耳蜗底圈;C图和D图中标尺为200um

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  近日,中国科学技术大学物理学院及合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心(ICQD)教授赵瑾团队在氧化物表面CO2光致还原机理研究工作中取得新进展,他们利用团队自主发展的第一性原理激发态动力学程序,揭示了氧化物表面的CO2分子可以通过短暂捕获电子来激发CO2分子的弯曲和非对称拉伸的振动模式,降低CO2 LUMO轨道的能量,使得CO2分子能够捕获光电子,发生还原反应。该研究结果以CO2 PhotoreductiononMetalOxideSurfaceisDrivenbyTransientCaptureofHotElectrons:AbinitioQuantumDynamicsSimulation为题,发表在《美国化学会志》[J.Am.Chem.Soc.142,6,3214(2020)]上。第一作者褚维斌在合肥微尺度物质科学国家研究中心取得博士学位,赵瑾为通讯作者。  固体表面CO2光还原一直是一个有挑战的科学问题,其中主要的瓶颈存在于CO2分子的LUMO轨道能量过高,难以捕获光激发的热电子而产生还原反应。赵瑾团队利用自主研发的第一性原理激发态动力学软件Hefei-NAMD对TiO2表面的CO2光还原机制进行了研究。研究发现,由于CO2分子的LUMO能量高于TiO2的导带底能量,因此CO2分子难以稳定地捕获电子,在一定的寿命之内,CO2上的电子将会衰减回TiO2导带。然而,如果CO2吸附在TiO2的氧缺陷位置,并且其捕获电子的寿命可以超过12飞秒,形成短暂寿命的CO2.-,那么CO2分子的弯曲和非对称拉伸两种振动模式就会被有效激发,就可以将CO2的LUMO轨道能量降低至TiO2导带底之下,并保持150fs左右的时间,此时CO2可以在80fs之内有效捕获导带上的电子,并在之后的30-40fs发生解离形成CO分子。这项工作揭示了CO2振动模式激发在光还原过程中的关键性作用,并从第一性原理计算的角度对TiO2表面CO2分子的光致还原的激发态动力学给出了清晰的描述。  该工作是Hefei-NAMD软件的又一重要应用,自2016年起,利用该软件发表的学术论文已接近30篇。  该工作受到基金委、科技部、安徽省等的支持。  论文链接图片说明: TiO2表面CO2光致解离过程。(1)光激发产生具有一定寿命的瞬态CO2.-;(2) CO2.-寿命大于12fs时,弯曲振动模式与非对称拉伸振动模式被激发,CO2 LUMO在10fs之内被降低至导带底之下;(3) CO2在80fs的时间内捕获热电子并重新形成稳定的CO2.-;(4)30-40fs之后CO2.-解离。

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  在细菌和宿主线粒体蛋白质中大量存在甲酰化的多肽,它们的普遍特征是蛋白序列中N末端甲硫氨酸被甲酰化修饰,从而被人体内一类被称为甲酰化多肽受体(Formyl-peptidereceptors,FPRs)的G蛋白偶联受体(GPCR)识别并激活下游信号传导通路,引起相关免疫细胞行为改变,达到机体对外源病原体微生物的固有免疫防御以及清除体内衰老或损伤细胞的目的。这种甲酰化修饰多肽介导的免疫细胞信号响应和炎症发生作为一种重要的趋化性质的固有分子识别模式,监测着病原菌入侵以及自身细胞损伤的发生,在人体固有免疫系统中扮演着重要角色。  FPRs由FPR1、FPR2、FPR3组成,在结构上属于ClassA类GPCR,主要存在于中性粒细胞、巨噬细胞和白细胞等。其中,FPR2在所有GPCR中是典型的配体种类杂乱,除了能够模式化识别广泛来源的甲酰化多肽配体外,还可以识别一系列结构和功能不一样的非甲酰化蛋白配体,包括HIV病毒来源多肽、β淀粉样蛋白以及趋化因子等。尽管包括甲酰化多肽配体在内的大多数配体激活FPR2后介导免疫细胞的趋化和迁徙以及后续的炎症反应发生,但FPR2可以被内源性的蛋白配体(AnnexinA1)以及脂质配体(LXA4,ResolvingD1等)所激活,介导炎症反应的消除,起到防护机体的作用。由于FPR2功能的复杂性,使之成为开发治疗包括炎症、阿尔兹海默疾病、艾滋病、甲型流感等疾病在内相关药物的重要药物靶点,同时,开发偏好性激活FPR2消除炎症反应这一信号通路的药物也成为一个新的药物研发思路和契机。然而,从FPR2基因被发现和克隆以来的30年内,虽然针对FPR2开展了很多生化研究,但由于相关结构的缺乏,FPR2的激活机制以及与下游信号蛋白的结合方式一直处于未知状态,极大阻碍了靶向FPR2的药物研发。  为解决这一科学问题,中国科学院上海药物研究所徐华强课题组与美国匹兹堡大学ChengZhang课题组合作,依托美国温安洛研究所(VanAndelInstitute)的冷冻电镜平台,解析了促炎多肽配体WKYMVm激活下FPR2-Gi信号复合物的冷冻电镜结构(3.17A),并结合计算机模拟方法阐释了FPR2的激活机制,提出了FPRs受体家族识别甲酰化多肽配体潜在的保守识别模式,为了解FPR2的配体识别机制、与下游信号蛋白Gi的结合模式以及靶向FPR2的相关药物设计和研发奠定了坚实的结构基础和理论依据。研究论文“Structureofformylpeptidereceptor2-Gicomplexrevealsinsightsintoligandrecognitionandsignaling”于2月14日在线发表于《自然-通讯》(NatureCommunication)。  研究发现,FPR2具有一个庞大的两亲性配体结合口袋,而区别于其他已知的多肽结合的趋化因子类GPCR的是,WKYMVm以C端朝里的模式完全插入到FPR2内使之能与保守的氨基酸残基W2546.48直接互作并包埋于两亲性口袋之中,计算机模拟分析发现FPR2的胞外区域十分活跃,以上特性进一步赋予了FPR2结合不同化学结构配体的能力。此外,基于FPR2-WKYMVm的结构以及FPR2和FPR1在序列上69%的高度相似性,研究人员构建了FPR1的三维模型并对FPR1/FPR2结合甲酰化配体的模式进行了模拟分析和功能试验验证,结果表明,甲酰化配体以N端朝内的形式结合到受体上,其N端的甲酰基模拟WKYMVm的C端D-Met,与FPR1/FPR2配体结合口袋内部D1063.33,R2015.38和R2055.42三个氨基酸残基形成的极性口袋相互作用,并指出该三个保守氨基酸组成了FPRs模式识别甲酰化多肽配体的重要结构基序以及确保甲酰化多肽配体以正确的构象结合并进一步激活FPRs。  FPR2与Gi存在三个不同的结合界面,分别为Gαi的α5螺旋和FPR2形成的凹槽、Gαi的αN-β1和β2-β3扭曲和受体的ICL2以及Gβ与FPR2的Helix8。这一结果揭示了GPCR在结合下游G蛋白模式上的保守性以及多样性。  上海药物所博士生庄友文、美国匹兹堡大学博士后HengLiu为该论文的共同第一作者,上海药物所为第一单位。徐华强、ChengZhang为共同通讯作者。参与这项研究的单位还有美国匹兹堡大学、美国温安洛研究所、美国奥古斯塔大学以及新加坡科技研究局(A*STAR)生物信息学研究所。该项工作得到美国国立卫生研究院、VanAndel基金会以及新加坡A*STAR的IAF-PP项目经费支持。此外,庄友文在该研究中得到了中国科学院大学国际联合培养项目的资金支持。  论文链接FPR2-Gi-scFv16-WKYMVm的冷冻电镜整体密度图以及三维结构模型

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