内容速览
1.化学学院刘文博教授课题组发现简单高效的芳香恶唑啉化反应
2.生命科学学院骆观正教授团队揭示如何利用最新的三代测序技术研究RNA修饰
3.大气科学学院崔廷伟教授团队在海洋治污评价研究中取得新进展
4.软件工程学院黄袁副教授在TOSEM发文揭示了构建函数内部文档自动生成模型的理论基础
5.药学院刘培庆科研团队发现SIRT3/PEX5调控轴通过线粒体-过氧化物酶体互作抑制病理性心肌肥大的新机制
6.中山医学院曾园山教授团队采用协同效应性电刺激增强类脊髓组织中继信息功能修复完全性脊髓损伤的研究在《Biomaterials》发表
01
化学学院刘文博教授课题组发现简单高效的芳香恶唑啉化反应
亲电芳香取代反应(SEAr)是有机化学中的重要转化,例如常见的亲电芳香溴化、硝化以及傅克烷基化和酰基化反应。发展一种强大且实用的亲电芳香取代反应以实现芳香C-H键的多样官能团化受到了人们广泛的关注。恶唑啉在有机合成中具有很高的合成价值: 1)它可以作为有力且可移除的导向基团,用于过渡金属催化的C-H活化和邻位导向金属化反应;2)它存在于很多配体中,例如众所周知的PHOX型配体;3)它在简单温和的条件下能转化为羧酸、醛和腈。目前主要是通过羧酸、醛以及腈与不同的1,2-氨基醇之间的缩合来制备恶唑啉。尽管这些方法用途广泛,但是往往需要底物上具有预官能团,因此发展一种直接通过C-H键的官能团化一步构建恶唑啉的方法具有十分重要的意义。
首先作者用苯乙醚1a和2-唑烷酮2f作为模板底物,对活化试剂的种类和当量,反应的溶剂,温度和恶唑烷酮的种类进行了筛选。实验结果表明,以3当量的三氟甲磺酸酐作为添加剂,DCE为溶剂,在70 ℃下反应,可使目标产物产率达到最佳。随后,在最优反应条件下作者对底物的普适性进行了考察。实验结果表明各种芳烃和杂芳烃都能以中等到良好收率得到目标产物。
作者还对萘普生、吉非罗齐、恶唑菌酮、吡丙醚、三氯生、维生素E、达泊西汀、酚苄明、噻氯匹啶、西力士、阿戈美拉汀、辣椒素和环丙贝特等多种药物衍生物进行了尝试,发现它们都能得到所需的恶唑啉化产物,这表明该反应在复杂分子后期官能团化方面具有很大的潜力。
为了说明该方法的合成价值,作者制备了很多其它方法很难制备的官能团化芳烃。主要包括(a)将恶唑啉直接转化成羧酸,醛,腈和恶唑;(b)直接从芳烃制备PHOX-型配体;(c)恶唑啉导向的邻位碳氢键活化反应;(d)乙氧基苯的间位硒化,氯化,溴化,氘化,甲基化,氟化和硫化等官能团化反应;(e)正庚苯的间位硒化,氯化,溴化,氘化,甲基化,氟化和硫化等官能团化反应;(f)正庚苯的苄基位甲基化,氘化和二聚。这些例子清晰地表明,该亲电芳香恶唑啉化可以用于合成其它方法不能制备的多样性芳香化合物。除了在芳香族化合物的多样化方面的应用外,作者还利用该芳香恶唑啉化反应作为关键步骤从简单的芳烃作为起始原料合成了氟比洛芬,γ-分泌酶抑制剂,氟卡尼和非布索坦四个药物分子。
最后作者还对反应机理进行了研究并且提出了反应可能的机理,2-唑烷酮在三氟甲磺酸酐的活化下形成亚胺中间体并被富电子芳烃亲核加成形成中间体65,通过KIE效应证明该过程芳香碳杂化方式经历了sp2到sp3的转变,65芳构化形成热力学不稳定的四面体中间体66并转化成最终的恶唑啉产物。
机理研究
以上研究成果以“Simple and Efficient Aromatic C–H Oxazolination”为题发表在Precision Chemistry上。中山大学化学学院刘文博教授为通讯作者,中山大学化学学院为通讯单位,2022级博士生史秋为论文第一作者。
来源:中山大学化学学院
“化学学院刘文博课题组:简单高效的芳香恶唑啉化反应”
02
生命科学学院骆观正教授团队揭示如何利用最新的三代测序技术研究RNA修饰
目前生物界中已经有超过150多种的RNA修饰碱基被报道,其中N6-甲基腺嘌呤(m6A)在脊椎动物中含量最为丰富,也是被研究得最为透彻的一种修饰碱基。目前检测m6A主要是基于二代测序的方法,这些方法存在假阳性、操作复杂以及仅限于位点检测等问题。于是纳米孔测序技术(Oxford Nanopore Technologies,ONT)成为了一种理想的取代方法。ONT测序平台根据监测单个分子在合成聚合物膜嵌入的纳米孔中穿过时引起的电流变化直接测序DNA或RNA,修饰碱基穿孔产生的电流可能与对应的经典碱基有所不同,因此可以根据检测到的电流差异来检测包括m6A在内的修饰碱基。自那时起,已经有十余种计算工具被开发出来,用于从直接RNA测序(Direct RNA Sequencing,DRS)中鉴定m6A的位置以及确定其化学计量。尽管已开发出许多高度复杂、先进的计算工具来检测和量化m6A,但目前仍缺乏对这些工具进行彻底评估和比较的研究。
本研究利用多物种多重复(小鼠胚胎细胞和拟南芥各两个重复)样本为评估数据,以多种验证集对这些工具进行了全面评估,包括使用两个连续评估指标(接受者操作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)和精确度-召回率(Precision Recall,PR)曲线)对它们的性能进行了定量评估,比较了它们检测出的top位点的精确度,以及它们在最优阈值下检测出的位点的准确度,召回率以及F1得分。结果发现大多数工具在精确度和召回率之间存在权衡。
除此之外,本研究还评估了这些工具在检测过程中的内在偏差,并证明引入负对照样本可以提高大多数工具的性能。此外,还发现检测能力在不同的motif之间存在差异,这是因为在某些序列上,电流差异不容易被检测到。对于可以对m6A进行定量的工具,在它们的计量估计中观察到了广泛的差异,即使在某些motif中可以获得可接受的结果。测序深度和修饰的化学计量也是另外两个重要的影响因素。
检测m6A的ONT工具的进一步分析
综上所述,研究为目前用于基于ONT DRS数据检测m6A的计算工具提供了深入的见解,并强调了进一步改进这些工具的潜力,这些可能会成为未来研究的基础。以上研究成果以“Systematic comparison of tools used for m6A mapping from nanopore direct RNA sequencing”为题发表在Nature Communications杂志。中山大学生命科学学院为第一作者单位。
来源:中山大学生命科学学院
“骆观正团队揭示 如何利用最新的三代测序技术研究RNA修饰”
03
大气科学学院崔廷伟教授团队在海洋治污评价研究中取得新进展
当前,人类活动导致的海洋环境污染问题受到广泛关注。联合国可持续发展目标指出,应加强海洋生态系统保护,预防和大幅减少各类海洋污染。针对近岸海域环境问题突出的我国唯一半封闭内海——渤海,我国“十三五”期间组织开展了渤海综合治理攻坚战,希望通过三年(2018-2020年)的综合治理,显著改善渤海生态环境质量。污染治理背景下海洋水质发生了哪些变化,是急需回答的重要科学问题。
针对上述问题,崔廷伟教授团队利用卫星遥感大范围、同步、重复观测的技术优势,以水色、透明度为主要评价指标,基于长时序卫星数据开展了近海水质对陆源污染治理的响应研究。结果表明,综合治理期间渤海变清、变蓝,海水透明度总体改善14.1%。渤海近岸海域(离岸20km以内)改善11.6%,其中,改善幅度最大的海域出现在秦皇岛市临近海域(33.8%)。水色、透明度最明显的改善(即时序变化的突变点)时间均出现在2018年,与渤海治污行动启动时间吻合。与渤海此前的治污行动相比,此次治理的海水透明度改善幅度最大。
通过对自然环境和人为因素的综合分析,研究发现,海面风场等自然因素与常年相比未见明显异常,渤海综合治理期间的污染物减排是渤海水质改善的主要原因。一方面,治污期间渤海入海河流水质改善,并于2020年完成了全面“消劣”;另一方面,入海排污口污染物减排显著,化学需氧量、氨氮、总氮和总磷分别减排了36%、84%、42%和79%。
渤海入海河流断面水质监测结果(a)和排污口污染物减排幅度(b)
上述研究揭示了近海水质对陆源污染治理的响应,证实了渤海污染治理已取得显著成效,展示了卫星遥感在污染治理成效评价方面发挥的重要作用,针对发现的治污薄弱环节提出了有针对性的措施建议(主要成果已报送生态环境部),以期为“十四五”重点海域综合治理攻坚战提供参考。
该研究成果以“Evaluating the effectiveness of coastal environmental management policies in China: the case of Bohai Sea”为题发表于期刊Journal of Environmental Management。论文第一作者为博士研究生向金朝,合作者包括美国马里兰大学张谦博士、中国海洋大学牟冰副教授、自然资源部第一海洋研究所刘荣杰副研究员、华南环境科学研究所赵文静正高级工程师和硕士研究生李旭燕,崔廷伟教授为论文通讯作者。
来源:中山大学大气科学学院
“科研动态 | 崔廷伟教授团队在海洋治污评价研究中取得新进展”
04
软件工程学院黄袁副教授在TOSEM发文揭示了构建函数内部文档自动生成模型的理论基础
在生成式软件工程中,利用人工智能技术自动生成软件制品成为可能。生成式软件工程可以显著降低软件开发过程中的人力投入,有效提升软件开发效率,从而节约开发成本,助力软件产业升级。
代码文档是对软件代码功能的解释和描述。研究显示,程序员由于开发任务繁重,往往会忽略代码文档的编写,因此,已有研究提出了一系列自动生成函数代码文档的方法。函数级别的代码文档分为两类,即位于函数头部的外部文档及位于函数内部的内部文档。黄袁副教授团队研究发现,函数内部文档与函数外部文档在辅助程序员理解代码的过程中发挥等价的作用,它们对于提升代码的可读性及可理解性具有同等作用。遗憾的是,与函数外部文档相比,函数内部文档自动生成研究并没有得到足够的重视。
示例:1为函数外部文档,2为函数内部文档
研究团队比较和分析了代码外部文档和内部文档的异同。首先构建了一个包含函数外部文档和内部文档的数据集,在该数据集上,通过将现有的生成函数外部文档的模型直接应用于内部文档生成任务上,发现现有模型表现较差。然后进一步探索可能的原因,并获得了一些新的观察结果:(1)在函数外部文档数据集中有很多模板(即具有相同或相似结构的文本),使生成模型表现更好;(2)在已有研究中,一些被认为是重要的术语(如API调用)在文档自动生成中并没有明显影响生成文档的质量;(3)从书写风格上看,函数外部文档中的用词比较集中,而内部文档中的用词比较多样等。
基于以上研究结果,团队为构建函数内部文档自动生成模型提供了理论基础,可以帮助研究人员为内部注释生成设计更有针对性的模型。比如考虑对文本单词多样性问题的处理,已有的函数外部文档包含规模适中的语料库,而内部文档则包含规模更大的预料库,因此,要求函数内部文档自动生成模型具有更高的语料库建模能力,能处理更为广泛的预料分布。此外,还需考虑对代码语义碎片化问题的处理。函数外部文档的覆盖范围是一个语义完整的函数,而函数内部文档的覆盖范围往往是单行或连续几行代码,因此,函数内部文档覆盖的代码具有语义碎片化的特征。最后, 该项研究工作可以将代码文档自动生成任务从单一的函数外部文档生成推广到函数内部文档生成,实现场景多样化。研究公开第一个只包括函数内部文档的数据集,可以用于研究人员的函数内部文档生成任务的BeachMark。
该研究成果以“A Comparative Study on Method Comment and Inline Comment”为题发表于软件工程领域旗舰期刊ACM Transactions on Software Engineering and Methodology。文章第一作者是软件工程学院黄袁副教授,郑子彬教授、陈湘萍副教授等为合作作者。中山大学为第一完成单位。
来源:中山大学软件工程学院
“科研快讯丨软件工程学院黄袁副教授在TOSEM发文揭示了构建函数内部文档自动生成模型的理论基础”
05
药学院刘培庆科研团队发现SIRT3/PEX5调控轴通过线粒体-过氧化物酶体互作抑制病理性心肌肥大的新机制
病理性心肌肥大是慢性心衰的前驱病变,心肌细胞的能量代谢重构是其发生发展的重要病理机制。III型组蛋白去乙酰化酶Sirtuin 3 (SIRT3) 主要定位于线粒体,对线粒体稳态、氧化应激、线粒体动力学及能量代谢等方面有重要的调控作用,被医药界列为干预心肌肥大及心衰的重要潜在靶标。然而,SIRT3 最广为人知的作用机制是通过对线粒体蛋白的去乙酰化修饰而维持线粒体的正常功能,是否存在其它调节途径尚不明确。
首先,研究者通过对SIRT3 -/-小鼠、Ang II诱导的心肌肥大模型小鼠进行mRNA microarray检测,筛查并确认了PEX5为SIRT3调控转录和表达的下游基因。在此基础上,通过一系列“补救”(rescue)实验,证实了PEX5参与SIRT3对心肌肥大的调节。为了进一步阐明PEX5是否参与SIRT3调控线粒体功能的作用,该研究通过检测线粒体膜电位、线粒体动力学、线粒体超微结构和ATP生成等指标,发现PEX5缺失可降低SIRT3对线粒体的保护作用,反之过表达PEX5则可逆转SIRT3抑制剂引起的线粒体损伤。
鉴于PEX5主要负责过氧化物酶体的组装,PEX5突变或缺失会导致过氧化物酶体损伤,研究者推测SIRT3可能通过PEX5调节过氧化物酶体的稳态。结果表明,SIRT3改善PE引起的心肌细胞过氧化物酶体生成减少、超氧化物增加、catalase降低、超微结构损伤的现象,而PEX5缺失可削弱SIRT3的过氧化物酶保护作用。以上结果明确了SIRT3/PEX5调控轴对线粒体、过氧化物酶体两种细胞器的结构和功能的协同调节作用。该研究并进一步证实了PEX5是调节过氧化物酶体-线粒体互作的关键因子。PEX5缺失介导了心肌细胞过氧化物酶体生成障碍和结构功能损伤,而在PE诱导的心肌细胞肥大中通过干预PEX5模拟过氧化物酶体功能的增强或缺失后,线粒体的稳态也随之改善或损伤。因此,SIRT3通过对PEX5的转录调节,从过氧化物酶体等线粒体外途径调节线粒体功能稳态和细胞能量代谢。
本研究揭示了SIRT3/PEX5调控轴在调节过氧化物酶体-线粒体互作、抑制病理性心肌肥大过程中的重要作用,从线粒体-过氧化物酶体这两种细胞器互作的角度剖析SIRT3干预病理性心肌肥大的新机制,开拓了我们对潜在靶标SIRT3的新认识,为靶向SIRT3的心肌肥大和心衰防治策略提供更充分的科学依据。以上研究成果以“SIRT3 improved peroxisomes-mitochondria interplay and prevented cardiac hypertrophy via preserving PEX5 expression”为题发表于Redox Biology杂志,2018级硕士王明慧、2015级博士丁燕青为本文第一作者,刘培庆、李卓明为本文通讯作者。
来源:中山大学药学院
“科研新进展 | 我院刘培庆科研团队发现SIRT3/PEX5调控轴通过线粒体-过氧化物酶体互作抑制病理性心肌肥大的新机制”
06
中山医学院曾园山教授团队采用协同效应性电刺激增强类脊髓组织中继信息功能修复完全性脊髓损伤的研究在《Biomaterials》发表
下胸段脊髓全横断可以导致损伤处下方脊髓神经环路丧失脑源性神经支配,致使兴奋性运动神经环路功能性沉默。根据Donald Hebb的理论(1949年)—“那些被激活的神经元终归会连接在一起”,对于不完全性脊髓损伤采取脊髓硬膜外电刺激,能够让损伤处下方发生功能性沉默的兴奋性运动神经环路被激活,有助于改善截瘫病人的肢体运动功能。然而,要想肢体运动功能得到更持久地恢复,需要依赖脊髓损伤处的内、外源性神经元中继脊髓断端的上、下行神经信息,尤其是来自大脑的下行神经信息,这是激活脊髓损伤处下方兴奋性运动神经环路的结构基础。如果此时再给予脊髓适宜的神经电刺激,通过电信号与中继上、下行神经信息的神经元之间的协同效应机制就有可能更有效地激活功能性沉默的兴奋性运动神经环路。
前期研究表明,在全横断脊髓损伤处移植类脊髓组织或组织工程神经网络组织能够作为神经元中继器传递下行的脑源性神经信息到达损伤/移植区以下的脊髓神经环路,可以改善瘫痪后肢的自主运动功能,但是这种运动功能仍有较大的改善空间。这可能与调控后肢自主运动功能的腰段兴奋性运动神经环路没有得到更有效激活有关。此外,另一项研究也揭示,应用神经调控技术—尾神经电刺激或电针刺激可以激活全横断脊髓损伤处以下的腰段脊髓神经环路;例如促使腰段神经元合成神经营养素-3(NT-3),增加腰段前角运动神经元的存活和维持其胆碱能神经递质的合成,缓解瘫痪后肢的肌肉萎缩。然而,该研究没有观察到瘫痪后肢的运动功能显著恢复,这可能是与脊髓损伤处没有移植组织工程神经元中继器传递下行的脑源性神经信息到达腰骶段的兴奋性运动神经环路有关。
研究结果显示,再生的脑源性神经纤维可以在全横断脊髓损伤处与移植的类脊髓组织神经元形成突触连接。与此同时,尾神经电刺激能够激活功能性沉默的兴奋性运动神经环路,提高了类脊髓组织将脑源性神经信息中继给EPHA4+/VGluT2+中间神经元以及调控后肢肌肉的运动神经元的传递效率,致使大鼠瘫痪后肢呈现支撑体重和重新站立行走。
该项研究揭示了一种神经电刺激联合类脊髓组织移植的协同效应性机制—电刺激大鼠尾部的感觉传入神经纤维并通过其将电信号传递到腰骶段脊髓神经环路,激活中枢模式发生器(CPG, EPHA4+/VGluT2+)中间神经元。这些神经元一方面分泌NT-3引导类脊髓组织过表达NT-3受体酪氨酸蛋白激酶C(TrkC)的移植神经元轴突支配它们,从而接收下行的脑源性神经信息;另一方面它们的轴突分别支配分泌NT-3的前角运动神经元。这些被激活的运动神经元促使其轴突支配靶肌肉并维护运动终板的结构和功能,提升靶肌肉代谢活动,减轻靶肌肉的萎缩,增强瘫痪后肢的自主运动功能。
将类脊髓组织(SCLT)移植入大鼠全横断脊髓损伤处后实施尾神经电刺激(TNES),随后通过逆行假狂犬病毒(PRV)和荧光金(FG)示踪以及跨背根节(DRG)霍乱毒素亚型B(CTB)示踪脊髓神经环路解析协同效应性电刺激的作用机制(蓝色三角形示意注射部位)
该项研究亦提示在中枢神经环路功能重建方面,应用在结构和功能上可替换病伤神经组织的类脊髓组织、组织工程神经网络组织或类脑组织与相关神经电刺激或人工智能脑–脊髓接口技术相结合,可以作为设计治疗难治性中枢神经病伤的多模态方案,应得到进一步的探索。
该项研究成果以“Tail nerve electrical stimulation promoted the efficiency of transplanted spinal cord-like tissue as a neuronal relay to repair the motor function of rats with transected spinal cord injury”为题发表在国际期刊Biomaterials上。
来源:中山医学院
转自:“中大科研”微信公众号
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