原标题：科大资讯 | 近期科研成果速览

　　1.中国科大探测到电离气体对星系中心超大质量黑洞辐射响应的关键性突变信号

　　2.中国科大在神经细胞GABAA受体转运调控研究中取得重要进展

　　3.中国科大研制新型仿生手术缝线

　　4.中国科大实现远距离量子纠缠纯化

　　5.中国科大发现糖尿病相关认知障碍发生新机制与诊断标记物

　　6.中科大在氢氧燃料电池阴极催化剂设计方面取得重要进展

　　7.中国科大揭示了E3泛素连接酶识别羧基端精氨酸-降解决定子的分子机制

　　中国科大探测到电离气体对星系中心超大质量黑洞辐射响应的关键性突变信号

　　在活动星系SDSS J141955.26+522741.1观测到吸收线突变现象。

　　中国科学技术大学天文学系活动星系团队探测到星系中的电离气体对星系中心辐射作出响应过程中所显示的关键性突变信号，该信号可用于测定星系中电离气体的密度。论文于2021年1月11日发表在天文学领域知名期刊The Astrophysical Journal Letters上。

　　在物理层面上，星系中心电离辐射变化后，电离气体中电子的复合过程需要一定时间，这一“复合时标”与气体的密度成反比。此前，王挺贵和刘桂琳课题组通过考查光变类星体的复合时标，间接测量出气体的密度。该团队2019年在发表于Nature Astronomy的工作中，从理论上提出，吸收线特征对中心辐射的响应可假设为阶梯函数形式，即当观测时间间隔大于复合时标时可以观测到吸收线的变化，反之则观测不到吸收线的变化。

　　根据这一假设，在时间间隔等于复合时标附近应可以观察到吸收线变化的陡增现象。这种突变信号的成功探测将为该团队测量气体密度所采用的上述方法提供强有力的支持。该团队通过仔细分析SDSS数据库中数据质量较高且有数十次观测的类星体SDSS J141955.26+522741.1，发现它的几个不同的吸收线同时存在陡增现象，从而有力地证明了模型假设的可靠性。另外，通过进一步分析，该团队发现探测率曲线还可以将速度空间和天空位置同时重叠的不同密度气体成分分离开来，此前并无有效方法做到这一点。由此，该团队在系列论文中所提出的测量光变类星体中电离气体密度的“复合时标”方法逐步趋于完善。

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73323.htm

　　论文链接：

　　https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abd318

　　https://www.nature.com/articles/s41550-018-0669-8http://news.ustc.edu.cn/info/1055/73949.htm

　　中国科大在神经细胞GABAA受体转运调控研究中取得重要进展

　　GABARAPL1/γ2-GIM复合物晶体结构以及GABARAP对GABA能神经信号传递的影响。

　　近日，中国科学技术大学无膜细胞器与细胞动力学教育部重点实验室、微尺度物质科学国家研究中心、生命科学与医学部王朝教授课题组和熊伟教授课题组合作在《Nature Communications》上在线发表了题为“Structural basis of GABARAP-mediated GABAAreceptor trafficking and functions on GABAergic synaptic transmission”的研究论文。该研究利用结构生物学、神经生物学和化学生物学的深度交叉合作，揭示了GABARAP促进GABAA受体细胞膜转运的分子机制。

　　GABARAP最早被鉴定为与GABAA受体γ2亚基相互作用的蛋白，是参与GABAA受体细胞膜定位过程的重要蛋白之一。过往的研究发现，GABARAP可以提高GABAA受体在COS-7细胞膜和海马神经元细胞膜上的分布水平，但其具体作用途径仍然不清晰。在此项研究中，研究人员通过体外生化实验发现γ2亚基的TM3-TM4胞内段一段18个氨基酸的短肽（γ2-GIM）能直接结合GABARAP，并利用多种生化手段进行了定量的相互作用分析。研究团队进一步发现γ2-GIM结合GABARAP和GABARAPL1的特异性，并解析了GABARAPL1/γ2-GIM复合物的三维结构，确定了复合物组装的分子机制。接下来，研究人员在HEK293细胞中共表达GABAA受体和GABARAP，并通过电生理手段发现GABARAP显著提高了GABAA介导的氯离子电流。这种作用可以被膜蛋白内吞抑制剂进一步增强；但当加入细胞外泌抑制剂后GABAA介导的氯离子电流则明显降低，证明GABARAP的作用途径为促进受体的转运过程。最后，研究团队利用课题组此前开发的Ankyrin来源的干扰性多肽工具(Nat Chem Biol, 2018)，内源性的破坏小鼠脑内GABAA受体和GABARAP的相互结合后，发现运动皮层神经元的微小抑制性突触后电流的发放（mIPSCs）显著降低。该工作过运用多种生物学研究方法来研究GABAA受体与GABARAP的复合物的结构和功能，揭示GABARAP调节GABAA受体在细胞膜上动态分布水平的分子机理，为相关的人类神经系统疾病的治疗和高效特异性药物的研发提供了充实的结构信息和分子基础。

　　注：GABAA中最后一个A为下标，微信无法显示

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73970.htm

　　论文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-020-20624-z

　　中国科大研制新型仿生手术缝线

　　仿生水凝胶纤维的制备、结构分析与应用。

　　医用材料是一类具有高附加值的材料，目前市面上的高端医用材料大多依赖进口，价格十分昂贵，因此发展具有自主知识产权的国产高端医用材料迫在眉睫。近期，中国科学技术大学俞书宏院士团队基于“藕断丝连”这一自然现象，深入探究了莲丝纤维的微观结构与力学性能，并受此启发研制出了一种可用于手术缝线的仿莲丝细菌纤维素水凝胶纤维。

　　研究人员将细菌纤维素（BC）水凝胶加工成具有仿莲丝微米螺旋结构的水凝胶纤维（BHF），该水凝胶纤维兼具较高的强度和韧性，同时具有优异的亲水性和生物相容性，此外，仿生螺旋结构还赋予了该材料与人体皮肤相近的弹性模量，在伤口处受力变形时，BHF可有效缓冲并吸收能量，并与人体组织实现同步形变，从而避免割伤伤口造成二次伤害。相对于传统的棉线或聚合物线，水凝胶纤维缝线具有高生物相容性、高含水量、低刺激性和低摩擦阻力等特点，在保护受损组织，促进伤口愈合以及减少不良反应方面都具有显著的优势，因此有希望成为下一代新型高端手术缝线。相关研究成果以“Bio-Inspired Lotus-Fiber-like Spiral Hydrogel Bacterial Cellulose Fibers”为题发表在Nano Letters上。目前该材料相关专利已审核通过并获得授权。

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73971.htm

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　　https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03707

　　中国科大实现远距离量子纠缠纯化

　　（a）实验概念图，（b）实验原理图。

　　我校郭光灿院士团队在量子通信和量子网络的研究中取得重要进展。该团队李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学盛宇波等人合作，利用高品质的超纠缠源，首次实现了11公里的远距离量子纠缠纯化，纯化效率比此前国际最好水平提升了6000多倍。该成果2021年1月8日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

　　研究组与合作者提出仅需一对超纠缠光子对的纠缠纯化方案。他们实验上制备出偏振和路径分别处于纠缠态的超纠缠光子对，并在11公里长的多芯光纤里进行纠缠分发，然后进行量子纠缠纯化操作。实验结果表明，分发后的偏振纠缠和路径纠缠初始保真度均为约0.665时，纯化得到的纠缠态的保真度可以提升到0.774，而初始保真度均为约0.771时，纯化后的保真度则可提升到0.887。他们还首次将纠缠纯化用于量子密钥分发，纯化前纠缠态的纠缠度太低，产生的有效密钥率为0，而经过纯化后，有效密钥率则提升到0.371。此外，由于只需要使用一对超纠缠光子对，该方案的纯化效率（每秒大约输出400对）比此前国际上的最好水平提升了6000多倍。

　　该成果迈出了纠缠纯化从实验室平台到远距离的关键一步，同时大幅提升了纠缠纯化效率，为将来实现高效率的量子中继提供了有力的技术保障。

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73972.htm

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　　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.010503

　　中国科大发现糖尿病相关认知障碍发生新机制与诊断标记物

　　BACE1通过多条通路参与二型糖尿病人认知损伤发生。

　　2021年1月7日，中国科学技术大学申勇教授课题组在国际著名阿尔兹海默病协会的官方杂志Alzheimer's & Dementia:在线发表题为“Increased β-site APP cleaving enzyme 1-mediated insulin receptor cleavage in type 2 diabetes mellitus with cognitive impairment”的研究论文。发现了阿尔兹海默病（AD）致病关键蛋白酶，β-淀粉样前体蛋白（APP）切割酶（BACE1）在二型糖尿病患者体内异常升高，通过剪切胰岛素受体而影响胰岛素敏感性，参与胰岛素抵抗的发生。并首次提出BACE1不仅通过促进淀粉样蛋白（Aβ）的产生、且可能通过促进胰岛素抵抗进而增加二型糖尿病患者的认知损伤发生风险。

　　该课题组通过和中国科学技术大学附属第一医院老年科康冬梅、葛余浩和张薇薇主任等合作开展的临床队列研究中发现，传统上认为只有在认知障碍病人血液内增加的BACE1蛋白水平及其切割β-淀粉样前体蛋白的活性，同样也在二型糖尿病人群中增加。该研究组还发现，BACE1蛋白在糖尿病人体内的增加，会过度的切割胰岛素受体（INSR），释放细胞膜胰岛素受体到血液中，影响胰岛素信号传递，因此，BACE1的上调是胰岛素抵抗发生新的风险因素。鉴于胰岛素抵抗本身是认知损伤的重要病理机制，糖尿病患者体内的BACE1可能通过促进 Aβ产生与胰岛素抵抗等多种机制促进认知损伤发生。

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73973.htm

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　　https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/alz.12276

　　中科大在氢氧燃料电池阴极催化剂设计方面取得重要进展

　　几种钯铂框架结构催化剂和商用铂碳催化剂的单位质量活性对比。

　　近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心及化学与材料科学学院的曾杰教授团队和国家同步辐射实验室鲍骏教授团队合作，通过精准的氧化刻蚀，调控钯铂合金的形貌和组分，设计并构筑出了超立方体框架结构催化剂，其在氢氧燃料电池阴极反应中表现出高活性和高稳定性。研究成果以“Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”为题发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。

　　该研究团队受三维立方体向四维超立方体演变的启发，将钯铂均匀合金立方体进行氧化刻蚀，通过精准调控钯原子的去除和余下钯原子与铂原子的重排，得到钯铂合金超立方体框架结构（图1）。此外，通过调节初始立方体中钯、铂两种元素的比例，还可以得到八足体和立方框架结构。

　　在氢氧燃料电池阴极催化测试中，立方框架结构、超立方体结构和八足体结构的单位质量活性分别达到了商用铂碳催化剂的4.1倍，11.6倍和8.3倍（图2）。此外，超立方体结构催化剂还表现出了最高的本征活性（2.09安培每平方厘米）和优异的性能稳定性。密度泛函理论计算表明超立方体表面晶面的氧吸附能最接近于理论最优值，这一趋势与实际测试的氧还原活性顺序相一致。这种新的超立方体框架催化剂设计理念为今后相关电催化剂的设计提供了新的思路。

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73974.htm

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　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12282

　　中国科大揭示了E3泛素连接酶识别羧基端精氨酸-降解决定子的分子机制

　　FEM1C、FEM1B选择性识别不同的Arg/C-degron。

　　许超课题组针对Cul2 E3连接酶复合物中的受体蛋白质FEM1家族成员FEM1A、FEM1B、FEM1C开展研究。首先通过结合实验发现FEM1蛋白质均通过氨基端含锚蛋白重复(ankyrin repeats)的区域识别含羧基精氨酸的C-degron (Arg/C-degron)，但FEM1A/C与FEM1B体现出了不同的序列偏好性。我们首先解析了FEM1C分别与SIL1、NS11、OR51B2、Clone13的Arg/C-degron的4个复合物晶体结构，通过结构分析发现FEM1C通过双位点模式特异识别含-K/R-X1-2-R的Arg/C-degron；进而解析了FEM1B和CDK5R1 C-degron的复合物晶体结构，并与FEM1C复合物比较，揭示了FEM1B识别CDK5R1 C-degron的-G-L-X-R序列的分子机制。基于结构，我们不仅揭示了FEM1A/C与FEM1B底物不同选择性，还通过突变关键氨基酸将FEM1C向FEM1B改造，使突变后FEM1C偏好性从SIL1(K-X-X-R)转向CDK5R1(G-L-X-R)。最后我们在哺乳动物细胞中构建基于双荧光的蛋白质稳定性全局报告质粒系统(Global Protein Stability, GPS)。在GFP荧光蛋白质末端融合C-degron，发现任何削弱或者破坏C-degron和FEM1蛋白质相互作用的突变都会导致GFP更加稳定，通过体内实验验证了Cul2FEM1 通过识别蛋白质Arg/C-degron有效调控蛋白质泛素化降解过程。

　　该研究共解析了9个FEM1B或FEM1C与C-degron的复合物晶体结构，揭示了Cul2FEM1通过受体FEM1家族成员识别不同Arg/C-degron的分子机制，还基于FEM1的底物识别机制鉴定了更多Cul2FEM1潜在的新底物，并为将来以Cul2FEM1为靶点设计PROTAC型小分子提供了结构基础。相关论文已被《Nature Chemical Biology》接收，于2021年1月4日在线发表。

　　注：-K/R-X1-2-R中1-2为X的下标；Cul2FEM1中FEM1为Cul2的上标，微信无法显示

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　　http://news.ustc.edu.cn/2019/1217/c15884a408640/page.htm

　　论文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41589-020-00704-3http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73894.htm

　　来源：中国科大新闻网

　　本期编辑：孙宗哲