| 快速的关联性棘突增大是认知功能和稳定觉醒状态所必需的 |
Zhou, S. |
2026-08-16 |
PDF |
清醒认知通常归因于唤醒系统和持续的神经电活动¹，但这些并不能解释皮层处理如何与先前背景和记忆形成相耦合。关联性突触可塑性为此类耦合提供了细胞机制，但被视为与记忆相关，而非认知的在线需求。在此，我们开发了SynC，一种A/C激活的化学遗传学扰动，可选择性地、可逆地阻断关联性棘突增大，同时保留非关联性棘突动态、兴奋性、突触传递及NMDA受体介导的反应。在广泛表达SynC的额顶叶皮层的小鼠中，急性A/C处理可逆地损害了旷场中心探索，消除了激光点追逐行为，并延迟了进食启动。在安静清醒的静止期，皮层放电率和γ频带功率得以保持，但成对尖峰相关性降低。小鼠还间歇性地表现出突然的行为停滞，伴随γ活动减少，但缺乏慢波睡眠的强δ波升高。关键的是，体内双光子谷氨酸解笼锁诱导了约24%新皮层棘突的秒级关联性增大，而SynC-A/C可急性阻断此效应。这些A/C诱导的行为、回路和棘突增大效应在1小时内恢复。因此，清醒样放电和γ活动不足以维持清醒认知功能。快速关联性棘突增大是维持功能性皮层耦合和稳定清醒状态所必需的。 |
| 社会知识从观察到的社会互动中涌现的神经几何 |
Kwon, D. |
2026-08-16 |
PDF |
人类能够从日常社交互动中轻易推断他人的特质及其复杂的社会关系网络。然而，将这些短暂互动转化为结构化、多维社会知识的神经机制仍属未知。在此，我们利用自然情境下的功能性磁共振成像范式，开发了一个计算框架，展示人脑如何分解并整合动态社交互动，以构建多重社会知识。该方法不仅能预测观影期间的神经反应，还能直接从大脑活动中重建主观社会认知图谱。关键在于，这些重建图谱的关系几何结构能准确预测推断出的人格特质，表明关系知识与特质知识源自反映互动动态的共享神经表征。综合而言，这些发现为大脑如何从观察随时间展开的自然社交互动中构建多重社会知识，提供了一个统一的计算框架。 |
| 代谢脑网络在稀疏连接的基线与高度整合的状态之间切换，以支持认知功能。 |
Deery, H. |
2026-08-16 |
PDF |
人脑通过在大规模功能网络状态之间快速切换来实现认知灵活性。尽管网络状态切换被认为是一个能量需求较高的过程，但支撑状态切换的直接代谢和神经化学基础尚未被表征。在此，我们结合功能性FDG-PET（fPET）成像和滑动窗口分析，表征了85名健康成年人（20-86岁）的代谢网络状态切换。在整个动态fPET扫描过程中，识别出四种反复出现的代谢网络状态：一种高度普遍、连接稀疏的基线状态，以及三种短暂的、全局整合的认知控制和注意力网络状态。认知表现依赖于调动整合且代谢高效的联想系统状态的能力。这种灵活的网络切换直接由底层区域葡萄糖信号的瞬时动态范围所促成，该范围支持大脑偏离基线，并使得在高阶认知支持的网络状态中停留时间延长。神经递质分析揭示了一个低维的神经化学层级结构，主导动态网络状态，以內源性大麻素、代谢、血清素能和GABA能系统的主要轴为锚点。偏离这一稳定轴的动态变化由专门的去甲肾上腺素能状态切换门控控制。动态代谢网络架构在老年人中也表现出减弱，他们表现出网络灵活性丧失，并被锚定在稀疏连接的基线状态。这些发现表明，功能网络状态切换是大脑代谢架构的涌现特性，且大规模神经网络的组织受能量和神经化学原理约束。这一理解可能为大脑老化、神经退行性疾病和精神疾病状态的代谢基础提供关键的新见解。 |
| 磷脂酰肌醇5-磷酸4-激酶（PIP4K）调控果蝇的糖稳态 |
Karmaker, A. |
2026-08-16 |
PDF |
代谢适应如糖稳态是生物体对环境变化响应的核心，在昆虫中，糖稳态是幼虫代谢的组成部分。磷脂酰肌醇5-磷酸4-激酶（dPIP4K）的突变体表现出生长和幼虫发育的改变。我们发现，dPIP4K突变体（dPIP4K29）在取食的第三龄幼虫中，脂肪体对葡萄糖的摄取增强，伴随循环海藻糖水平升高。在低糖饮食急性饥饿后，dPIP4K29幼虫表现出存活率降低，与高循环海藻糖水平相关，而在同等条件下，野生型幼虫则经历循环海藻糖的耗竭。虽然Tret1-1PA转录本在对照组肌肉和脑组织中因饥饿而上调，但这种增强在dPIP4K29中被消除。野生型幼虫中肌肉特异性耗竭Tret1-1PA阻止了饥饿时循环海藻糖水平的降低，表型复制了dPIP4K29中的情况，而在dPIP4K29肌肉中选择性重建dPIP4K能将饥饿反应恢复到野生型水平。综合这些发现，确定了dPIP4K是幼虫组织中糖稳态和饥饿期间幼虫存活的关键调节因子。 |
| 土壤宏转录组揭示配对草原与农业站点中Candidatus Udaeobacter的系统发育过滤效应 |
Lord, S. |
2026-08-16 |
PDF |
长期农业转化已知会改变曾支持原生草原的土壤中的微生物多样性和丰度，但这些变化是否反映为对细菌属的均匀抑制，还是对特定进化谱系的选择性过滤，仍知之甚少。我们在Candidatus Udaeobacter中探讨了这一问题，该菌是疣微菌门中全球丰富的成员，也是寡营养土壤细菌的模型。我们收集了密苏里州三个配对的原生草原和长期农业地点的40份土壤样本，进行RNA-Seq宏转录组分析，并将转录招募映射到由36个一致的NCBI和GTDB Candidatus Udaeobacter基因组组装构建的分类学精选共识参考上。草原土壤中Ca. Udaeobacter的总转录招募量高出近十一倍，即使在标准化这一差异后，招募组成在土地利用间仍显著不同，表明土地利用重塑了哪些谱系保持活跃，而非均匀降低整个属的活性。这种与土地利用相关的招募显示出强烈的系统发育信号，密切相关的基因组对土地利用表现出相似响应。基因组结构追踪了这一模式，草原富集谱系携带的基因组持续较小，并表达了比农业富集谱系更大比例的编码能力。这些结果表明，Candidatus Udaeobacter中的环境选择在属水平以下运作。将精选参考基因组与宏转录组招募相结合，为解析其他丰富但特征不明的微生物类群的谱系级生态响应提供了可扩展框架。研究资金本研究由美国农业部农业研究服务局（ARS）根据协议号59-6020-5-001支持，并得到密苏里大学农林业中心和美国农业部ARS Dale Bumpers小农场研究中心的额外资助。 |
| 遗传密码在物理化学度量与变异密码下的鲁棒误差最小化：GF(2)6中的图论分析 |
Clayworth, P. |
2026-08-16 |
PDF |
标准遗传密码降低了点突变的影响，但这一特性在不同理化指标、自然发生的变体密码子及密码子重分配机制下的稳健性尚未完全量化。将64个密码子嵌入GF(2)6，表示超立方体6作为编码无关的单核苷酸突变图(3, 4)的坐标依赖子图，并实现两者之间的连续-插值。在四联体模式洗牌零模型(=10,000)下，标准密码子在四种已确立的、内容部分重叠的编码无关理化距离指标上显著低成本（Grantham = 0.0062；Miyata < 0.001；Woese极性需求 = 0.003；Kyte-Doolittle疏水性 = 0.001），且信号随6从[->] (3, 4)单调增强。基于比对衍生的ProtSub矩阵（Jia & Jernigan 2021）的结构感知敏感性分析，得到所有测试指标中最极端的百分位（= 0.0004；所有五个p值在= 0.05下通过Bonferroni校正）。在27个NCBI翻译表中，近最优性得以保留：12个信息性距离变体中有11个在BH-FDR校正后仍保持前5%位置。自然密码子重分配避免破坏密码子家族连通性：在编码无关(3, 4)邻接下，观察事件相对于候选景观的拓扑破坏相对风险为0.32（置换[≤] 10-4）。(3, 4)结果在构造上稳定；6分解是表示特异的，在24种碱基到比特编码中的8种下未能显示耗尽，因此我们报告(3, 4)作为主要测试，6作为敏感性分析。事件级条件逻辑模型显示，拓扑避免和局部理化成本提供互补且仅弱相关的信号（= 0.15），且拓扑在6和编码无关(3, 4)邻接下均增加超越理化性质的解释价值。对九个基因组重编码数据集的回顾性再分析一致表明，密码子家族拓扑作为进化轨迹约束，区别于急性工程适应性。贡献在于第二轴：密码子进化受理化平滑性和密码子家族拓扑完整性共同约束，且这两个约束部分独立。 |
| 重新审视偏好协调比率恒定性的低速边界：估计量依赖性与竞争性断点区域 |
Kurayama, T. |
2026-08-16 |
PDF |
背景：优选协调比（PCR），定义为步长除以步频，在健康成年人的广泛步行速度范围内大致恒定，除了最慢速度时。先前一项研究通过速度和PCR的K-means聚类报告其下限约为62米/分钟。然而，K-means对观测进行划分而非正式估计变化点，因此该值在识别PCR变化位置方面的准确性尚不明确。目的：使用已发表数据重新审视该边界的位置和可识别性。方法：从已发表图形中独立恢复坐标，获得95个标记点的速度和PCR。复现了报告的K-means衍生边界，并与变化点和分段模型估计进行比较。敏感性分析检查了数字化和模型规格。结果：对于参考稳健异方差分段模型，轮廓似然呈多峰性，全局最大值在50米/分钟，竞争模式在62米/分钟；两倍对数似然差为0.82。支持集不连续：43-52和56-66米/分钟。在八种分段模型规格中，最大化断点范围从45到62米/分钟，而高斯均值和方差变化点估计器得出38米/分钟。参考分段估计在所有坐标恢复分析中保持在50米/分钟。已发表的K-means衍生边界在62.4米/分钟处复现。解释：重新分析发现竞争性断点区域而非单一主导边界。替代公式表明边界可能低于约62米/分钟，需要用新数据进行直接测试。 |
| 自监督生成逼真训练数据，使得在挑战性条件下实现纳米级定位成为可能。 |
Goldenberg, O. |
2026-08-16 |
PDF |
定位显微镜已突破衍射极限，即传统显微镜的分辨率极限，通过精确定位单个发射体（如单荧光分子）的位置，实现纳米级生物成像。然而，常用于这些任务的深度学习方法，其性能在很大程度上依赖于训练数据的质量，而这些数据通常通过模拟生成。创建能完美复现实验条件的模拟仍具挑战性，导致模拟与实验之间存在持续差距。为弥合这一差距，我们提出了一种物理信息生成模型，利用自监督学习直接在实验数据上进行训练。我们的模型扩展了深度潜变量粒子（DLP）框架，将点扩散函数（PSF；显微镜中单个点源的图像）的物理模型纳入解码器，使其能够将学习到的真实环境与发射体分离。直接在未标记的实验图像上训练，我们的模型固有地捕获了真实的背景、噪声模式和发射体特征。解码器因此充当高保真生成器，产生具有已知发射体位置的全标记、真实训练图像。使用这些生成的数据集显著提升了监督式定位网络的性能，尤其在复杂背景和低信噪比等挑战性场景中。我们在多种实验测量的显微镜数据上展示了我们的方法，包括二维和三维超分辨成像以及活细胞中的粒子追踪，显示出在定位精度和发射体检测方面的显著改进。 |
| 活细菌中的DNA旋转酶通过过量GyrB的弱多价结合形成液体凝聚体 |
Syeda, A. H. |
2026-08-16 |
PDF |
IIA型细菌拓扑异构酶DNA旋转酶，一种GyrA/GyrB异四聚体，通过引入负超螺旋松弛正超螺旋，在维持转录和DNA复制中发挥关键作用。然而，体外旋转酶催化的超螺旋速率无法解释体内所需的更高速率。为解决这一谜题，我们使用高速单分子荧光成像技术对活体大肠杆菌中的GyrA/GyrB报告基因进行研究，结果表明细胞中GyrB的表达量比GyrA多约40%，这些蛋白以弥散池或簇状形式存在，其流动性取决于是否与DNA结合。出乎意料的是，我们发现这些簇是非化学计量的，其中GyrB比GyrA多约150%，显著高于细胞平均水平，荧光恢复后光漂白实验揭示，聚集的GyrA和GyrB表现为一种液体，其丰度可通过施加靶向旋转酶的抗生素而增加。结构对接表明，这种液态通过过量GyrB以弱多价相互作用逐步结合到现有簇上而得以稳定。通过在液体凝聚体中运作，从DNA解离的A2B2可以快速重新结合而非扩散离开，从而提高酶的过程性，实现多轮催化，以跟上体内转录和DNA复制的步伐。这展示了凝聚体在克服扩散所施加的动力学限制方面的新作用。 |
| 实验锚定的丰度覆盖前沿定义了TP53错义肿瘤中的条件性RHSVV暴露需求 |
Ishikawa, T. |
2026-08-16 |
PDF |
突变型p53的积累已得到确认，但其丰度是否能补充条件性RHSVV/PAb240样暴露，取决于靶点覆盖与正常组织分离度之间的权衡。我们分析了来自八个CPTAC队列的809例肿瘤和523例器官匹配的邻近正常标本。在定量DNA结合域错义肿瘤中，67.5%的高p53比例以及2.59倍的配对肿瘤/正常中位数仅作为数据集特异性的次级校准。设计库包含316例注释兼容的错义肿瘤；其中268例具有定量p53。资格筛选在队列正常P95下保留179例肿瘤，R>=2时159例，R>=3时90例，R>=4时54例，R>=6时21例，R>=8时8例，其中R为相对于队列正常中位数的丰度。正常应激使用预设的2.1倍总p53丰度乘数，该乘数来源于早期传代野生型Mdm2+/+小鼠胚胎成纤维细胞中经纽蛋白归一化、多时间点电离辐射研究；该来源满足所有主要锚定资格标准。在此锚定及样本水平暴露态混合权重p=0.90下，全数据最低通过靶点/背景暴露网格点为P95时合并q=2.00和最差队列q=2.50，而R>=3时两者均为q=1.25；R>=3覆盖33.6%，作为探索性实用中间值呈现，并非最优。在500次全流程重采样中，所有七个固定队列在R>=3时于416次（83.2%）中可评估；此为可评估比例，而非设计或治疗成功。单独的0.05边际缓冲固定R>=3自举候选使用合并q=1.50和最差队列q=1.75，在678/1,000次合并重采样及628/863次可评估最差队列重采样（总体628/1,000；137次不可队列评估）中满足内部约束。这些选择后的内部抽样审计既非治疗概率也非验证。主要结果为实验锚定的覆盖-q前沿，规定了条件性实验要求；天然RHSVV暴露、肿瘤杀伤及安全性仍未测量。 |