1.中國科大探測到電離氣體對星系中心超大質量黑洞輻射響應的關鍵性突變訊號

2.中國科大在神經細胞GABAA受體轉運調控研究中取得重要進展

3.中國科大研製新型仿生手術縫線

4.中國科大實現遠距離量子糾纏純化

5.中國科大發現糖尿病相關認知障礙發生新機制與診斷標記物

6.中科大在氫氧燃料電池陰極催化劑設計方面取得重要進展

7.中國科大揭示了E3泛素連線酶識別羧基端精氨酸-降解決定子的分子機制

中國科大探測到電離氣體對星系中心超大質量黑洞輻射響應的關鍵性突變訊號

（在活動星系SDSS J141955.26+522741.1觀測到吸收線突變現象）

中國科學技術大學天文學系活動星系團隊探測到星系中的電離氣體對星系中心輻射作出響應過程中所顯示的關鍵性突變訊號，該訊號可用於測定星系中電離氣體的密度。論文於2021年1月11日發表在天文學領域知名期刊The Astrophysical Journal Letters上。

在物理層面上，星系中心電離輻射變化後，電離氣體中電子的複合過程需要一定時間，這一“複合時標”與氣體的密度成反比。此前，王挺貴和劉桂琳課題組透過考查光變類星體的複合時標，間接測量出氣體的密度。該團隊2019年在發表於Nature Astronomy的工作中，從理論上提出，吸收線特徵對中心輻射的響應可假設為階梯函式形式，即當觀測時間間隔大於複合時標時可以觀測到吸收線的變化，反之則觀測不到吸收線的變化。

根據這一假設，在時間間隔等於複合時標附近應可以觀察到吸收線變化的陡增現象。這種突變訊號的成功探測將為該團隊測量氣體密度所採用的上述方法提供強有力的支援。該團隊透過仔細分析SDSS資料庫中資料質量較高且有數十次觀測的類星體SDSS J141955.26+522741.1，發現它的幾個不同的吸收線同時存在陡增現象，從而有力地證明了模型假設的可靠性。另外，透過進一步分析，該團隊發現探測率曲線還可以將速度空間和天空位置同時重疊的不同密度氣體成分分離開來，此前並無有效方法做到這一點。由此，該團隊在系列論文中所提出的測量光變類星體中電離氣體密度的“複合時標”方法逐步趨於完善。

中國科大在神經細胞GABAA受體轉運調控研究中取得重要進展

（GABARAPL1/γ2-GIM複合物晶體結構以及GABARAP對GABA能神經訊號傳遞的影響）

近日，中國科學技術大學無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、微尺度物質科學國家研究中心、生命科學與醫學部王朝教授課題組和熊偉教授課題組合作在《Nature Communications》上線上發表了題為“Structural basis of GABARAP-mediated GABAAreceptor trafficking and functions on GABAergic synaptic transmission”的研究論文。該研究利用結構生物學、神經生物學和化學生物學的深度交叉合作，揭示了GABARAP促進GABAA受體細胞膜轉運的分子機制。

GABARAP最早被鑑定為與GABAA受體γ2亞基相互作用的蛋白，是參與GABAA受體細胞膜定位過程的重要蛋白之一。過往的研究發現，GABARAP可以提高GABAA受體在COS-7細胞膜和海馬神經元細胞膜上的分佈水平，但其具體作用途徑仍然不清晰。在此項研究中，研究人員透過體外生化實驗發現γ2亞基的TM3-TM4胞內段一段18個氨基酸的短肽（γ2-GIM）能直接結合GABARAP，並利用多種生化手段進行了定量的相互作用分析。研究團隊進一步發現γ2-GIM結合GABARAP和GABARAPL1的特異性，並解析了GABARAPL1/γ2-GIM複合物的三維結構，確定了複合物組裝的分子機制。接下來，研究人員在HEK293細胞中共表達GABAA受體和GABARAP，並透過電生理手段發現GABARAP顯著提高了GABAA介導的氯離子電流。這種作用可以被膜蛋白內吞抑制劑進一步增強；但當加入細胞外泌抑制劑後GABAA介導的氯離子電流則明顯降低，證明GABARAP的作用途徑為促進受體的轉運過程。最後，研究團隊利用課題組此前開發的Ankyrin來源的干擾性多肽工具(Nat Chem Biol, 2018)，內源性的破壞小鼠腦內GABAA受體和GABARAP的相互結合後，發現運動皮層神經元的微小抑制性突觸後電流的發放（mIPSCs）顯著降低。該工作過運用多種生物學研究方法來研究GABAA受體與GABARAP的複合物的結構和功能，揭示GABARAP調節GABAA受體在細胞膜上動態分佈水平的分子機理，為相關的人類神經系統疾病的治療和高效特異性藥物的研發提供了充實的結構資訊和分子基礎。

中國科大研製新型仿生手術縫線

（仿生水凝膠纖維的製備、結構分析與應用）

醫用材料是一類具有高附加值的材料，目前市面上的高階醫用材料大多依賴進口，價格十分昂貴，因此發展具有自主智慧財產權的國產高階醫用材料迫在眉睫。近期，中國科學技術大學俞書宏院士團隊基於“藕斷絲連”這一自然現象，深入探究了蓮絲纖維的微觀結構與力學效能，並受此啟發研製出了一種可用於手術縫線的仿蓮絲細菌纖維素水凝膠纖維。

研究人員將細菌纖維素（BC）水凝膠加工成具有仿蓮絲微米螺旋結構的水凝膠纖維（BHF），該水凝膠纖維兼具較高的強度和韌性，同時具有優異的親水性和生物相容性，此外，仿生螺旋結構還賦予了該材料與人體面板相近的彈性模量，在傷口處受力變形時，BHF可有效緩衝並吸收能量，並與人體組織實現同步形變，從而避免割傷傷口造成二次傷害。相對於傳統的棉線或聚合物線，水凝膠纖維縫線具有高生物相容性、高含水量、低刺激性和低摩擦阻力等特點，在保護受損組織，促進傷口癒合以及減少不良反應方面都具有顯著的優勢，因此有希望成為下一代新型高階手術縫線。相關研究成果以“Bio-Inspired Lotus-Fiber-like Spiral Hydrogel Bacterial Cellulose Fibers”為題發表在Nano Letters上。目前該材料相關專利已稽核透過並獲得授權。

中國科大實現遠距離量子糾纏純化

（（a）實驗概念圖，（b）實驗原理圖）

我校郭光燦院士團隊在量子通訊和量子網路的研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作，利用高品質的超糾纏源，首次實現了11公里的遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提升了6000多倍。該成果2021年1月8日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

研究組與合作者提出僅需一對超糾纏光子對的糾纏純化方案。他們實驗上製備出偏振和路徑分別處於糾纏態的超糾纏光子對，並在11公里長的多芯光纖裡進行糾纏分發，然後進行量子糾纏純化操作。實驗結果表明，分發後的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時，純化得到的糾纏態的保真度可以提升到0.774，而初始保真度均為約0.771時，純化後的保真度則可提升到0.887。他們還首次將糾纏純化用於量子金鑰分發，純化前糾纏態的糾纏度太低，產生的有效金鑰率為0，而經過純化後，有效金鑰率則提升到0.371。此外，由於只需要使用一對超糾纏光子對，該方案的純化效率（每秒大約輸出400對）比此前國際上的最好水平提升了6000多倍。

該成果邁出了糾纏純化從實驗室平臺到遠距離的關鍵一步，同時大幅提升了糾纏純化效率，為將來實現高效率的量子中繼提供了有力的技術保障。

中國科大發現糖尿病相關認知障礙發生新機制與診斷標記物

（BACE1透過多條通路參與二型糖尿病人認知損傷發生）

2021年1月7日，中國科學技術大學申勇教授課題組在國際著名阿爾茲海默病協會的官方雜誌Alzheimer's & Dementia:線上發表題為“Increased β-site APP cleaving enzyme 1-mediated insulin receptor cleavage in type 2 diabetes mellitus with cognitive impairment”的研究論文。發現了阿爾茲海默病（AD）致病關鍵蛋白酶，β-澱粉樣前體蛋白（APP）切割酶（BACE1）在二型糖尿病患者體內異常升高，透過剪下胰島素受體而影響胰島素敏感性，參與胰島素抵抗的發生。並首次提出BACE1不僅透過促進澱粉樣蛋白（Aβ）的產生、且可能透過促進胰島素抵抗進而增加二型糖尿病患者的認知損傷發生風險。

該課題組透過和中國科學技術大學附屬第一醫院老年科康冬梅、葛餘浩和張薇薇主任等合作開展的臨床佇列研究中發現，傳統上認為只有在認知障礙病人血液內增加的BACE1蛋白水平及其切割β-澱粉樣前體蛋白的活性，同樣也在二型糖尿病人群中增加。該研究組還發現，BACE1蛋白在糖尿病人體內的增加，會過度的切割胰島素受體（INSR），釋放細胞膜胰島素受體到血液中，影響胰島素訊號傳遞，因此，BACE1的上調是胰島素抵抗發生新的風險因素。鑑於胰島素抵抗本身是認知損傷的重要病理機制，糖尿病患者體內的BACE1可能透過促進 Aβ產生與胰島素抵抗等多種機制促進認知損傷發生。

中科大在氫氧燃料電池陰極催化劑設計方面取得重要進展

（幾種鈀鉑框架結構催化劑和商用鉑碳催化劑的單位質量活性對比）

近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心及化學與材料科學學院的曾傑教授團隊和國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作，透過精準的氧化刻蝕，調控鈀鉑合金的形貌和組分，設計並構築出了超立方體框架結構催化劑，其在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性。研究成果以“Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”為題發表在《美國化學會志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。

該研究團隊受三維立方體向四維超立方體演變的啟發，將鈀鉑均勻合金立方體進行氧化刻蝕，透過精準調控鈀原子的去除和餘下鈀原子與鉑原子的重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結構（圖1）。此外，透過調節初始立方體中鈀、鉑兩種元素的比例，還可以得到八足體和立方框架結構。

在氫氧燃料電池陰極催化測試中，立方框架結構、超立方體結構和八足體結構的單位質量活性分別達到了商用鉑碳催化劑的4.1倍，11.6倍和8.3倍（圖2）。此外，超立方體結構催化劑還表現出了最高的本徵活性（2.09安培每平方釐米）和優異的效能穩定性。密度泛函理論計算表明超立方體表面晶面的氧吸附能最接近於理論最優值，這一趨勢與實際測試的氧還原活性順序相一致。這種新的超立方體框架催化劑設計理念為今後相關電催化劑的設計提供了新的思路。

中國科大揭示了E3泛素連線酶識別羧基端精氨酸-降解決定子的分子機制

（FEM1C、FEM1B選擇性識別不同的Arg/C-degron）

許超課題組針對Cul2 E3連線酶複合物中的受體蛋白質FEM1家族成員FEM1A、FEM1B、FEM1C開展研究。首先透過結合實驗發現FEM1蛋白質均透過氨基端含錨蛋白重複(ankyrin repeats)的區域識別含羧基精氨酸的C-degron (Arg/C-degron)，但FEM1A/C與FEM1B體現出了不同的序列偏好性。我們首先解析了FEM1C分別與SIL1、NS11、OR51B2、Clone13的Arg/C-degron的4個複合物晶體結構，透過結構分析發現FEM1C透過雙位點模式特異識別含-K/R-X1-2-R的Arg/C-degron；進而解析了FEM1B和CDK5R1 C-degron的複合物晶體結構，並與FEM1C複合物比較，揭示了FEM1B識別CDK5R1 C-degron的-G-L-X-R序列的分子機制。基於結構，我們不僅揭示了FEM1A/C與FEM1B底物不同選擇性，還透過突變關鍵氨基酸將FEM1C向FEM1B改造，使突變後FEM1C偏好性從SIL1(K-X-X-R)轉向CDK5R1(G-L-X-R)。最後我們在哺乳動物細胞中構建基於雙熒光的蛋白質穩定性全域性報告質粒系統(Global Protein Stability, GPS)。在GFP熒光蛋白質末端融合C-degron，發現任何削弱或者破壞C-degron和FEM1蛋白質相互作用的突變都會導致GFP更加穩定，透過體內實驗驗證了Cul2FEM1 透過識別蛋白質Arg/C-degron有效調控蛋白質泛素化降解過程。

該研究共解析了9個FEM1B或FEM1C與C-degron的複合物晶體結構，揭示了Cul2FEM1透過受體FEM1家族成員識別不同Arg/C-degron的分子機制，還基於FEM1的底物識別機制鑑定了更多Cul2FEM1潛在的新底物，併為將來以Cul2FEM1為靶點設計PROTAC型小分子提供了結構基礎。相關論文已被《Nature Chemical Biology》接收，於2021年1月4日線上發表。