目次

Editorials

NIHが研究者の経済的利害関係の開示指針を強化したことは歓迎すべきだが、ネットでの一般公開を要件にすべきだ。

Accountable and transparent p.5

doi: 10.1038/489005a

Natureでは、ENCODE計画の論文の出版に際し、テーマに沿って細かく関連付け、データマイニングを容易にする新しいやり方を導入する。

Spinning threads p.5

doi: 10.1038/489005b

NASAの探査機ボイジャーは35年も飛行を続け、現在も太陽系の境界付近から貴重なデータを送り続けている。

Moonlight drive p.6

doi: 10.1038/489006a

News

衛星を利用したインドの森林の調査結果に疑問が。

India’s forest area in doubt

doi: 10.1038/489014a

光チップ開発をめぐり、助成機関への経過報告の倫理問題が論争に。

Electro-optic dye triggers ethics row

doi: 10.1038/489017a

未知の領域での探査を続けるボイジャーから、さまざまな発見が。

Voyager’s long goodbye

doi: 10.1038/489020a

アルツハイマー病治療薬の臨床試験が失敗に終わり、より早期の予防投与に研究の関心が。

Alzheimer’s drugs take a new tack

doi: 10.1038/489013a

TPPでの特許保護の強化が、貧困国での医薬品価格の上昇を招くと、批判が。

Trade deal to curb generic-drug use

doi: 10.1038/489016a

生物学データベースはますます重要度を増しているが、NIHの予算削減で、財政基盤は不安定に。

Databases fight funding cuts

doi: 10.1038/489019a

News Features

古生物学:開拓者

China's dinosaur hunter: The ground breaker

恐竜の進化についての見方を大きく変え、中国を古生物学研究の大国にした研究者がいる。

doi: 10.1038/489022a

ヒトの百科事典

ENCODE: The human encyclopaedia

ヒトゲノムが解読され、現在はそこに記された情報の解析が進んでいるが、秘められた情報がどれほどあるか、どこまで情報探しを続けるべきか、誰にもわからない。

doi: 10.1038/489046a

News & Views

材料科学:ソフトマターにおけるハードな考え方

Materials science: A hard concept in soft matter p.36

ヒドロゲルには多くの応用が考えられるが、その力学的強度は低い。今回、2種類のポリマーを別のやり方で同時に架橋することにより、破壊耐性が高いヒドロゲルが作製された。

doi: 10.1038/489036a

宇宙論:リチウムの問題

Cosmology: The lithium problem p.37

最も軽い元素群がビッグバン後に作られた仕組みを予測する理論では、宇宙に存在するリチウムの量を説明することが今までできていなかった。天の川銀河の外の星間リチウムの観測によって、この理論の裏付けが得られた。

doi: 10.1038/489037a

神経科学:失恋から得られた教訓

Neuroscience: Lessons from heartbreak p.38

雄のショウジョウバエは、交尾が済んだ雌を「口説く」のは無駄なことをすぐに学習する。雄の脳にある少数のニューロンがこうした負の経験についての信号を送り、フェロモンに対する感受性を調節していることが今回明らかにされた。

doi: 10.1038/489038a

気候変動:南極の夏は短いが暖かい

Climate change: Brief but warm Antarctic summer p.39

南極のジェームズ・ロス島で掘削された氷床コアの測定から得られた気温記録は、南極半島における最近の温暖化傾向の原因について再考を促している。

doi: 10.1038/nature11483

表面化学:再配置による分離

Surface science: Separation by reconfiguration p.41

湿度に応答する膜が作られた。この膜の濡れ性は水に浸けると変化する。この珍しい性質によって、この膜はエマルジョンを油分と水分とに分離することができる。

doi: 10.1038/489041a

天文学:最初のクエーサーからのアウトフロー

Astronomy: Outflows from the first quasars p.42

ブラックホールは物質を引きずり込む性質が最もよく知られている。しかし、遠方の超大質量ブラックホールについて、宇宙の年齢が10億年に達していなかった頃の状態が観測され、そのホスト銀河からガスを押し出していることが示された。

doi: 10.1038/489042a

構造生物学:タンパク質の連結用RING

Structural biology: A protein engagement RING p.43

小型のタンパク質であるユビキチンが、ほかのタンパク質に結合する仕組みの詳細はまだわかっていなかった。今回、E2-ユビキチンとRING型E3酵素が作る複合体の結晶構造から、新たな手がかりが得られた。

doi: 10.1038/489043a

フォーラム:ゲノミクス:読み解かれたENCODE

Genomics: ENCODE explained p.52

ENCODE(DNAエレメントの百科事典)計画では、ヒトゲノム中の機能エレメントの役割を明らかにする多様で大量のデータを「料理」し直して、わかりやすくまとめている。このフォーラムでは、6人の研究者がこの計画について報告し、得られたデータが多くの分野で研究の方向にどのように影響を与えていくかを論じている。

doi: 10.1038/489052a

News & Views Forum

11 years ago: The draft human genome p.54

doi: 10.1038/489054a

Articles

遺伝:ヒトゲノムのDNAエレメントの総合百科事典

An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome p.57

doi: 10.1038/nature11247

遺伝:ヒトゲノムにおける接近可能なクロマチンの全体像

The accessible chromatin landscape of the human genome p.75

DNase I hypersensitive sites (DHSs) are markers of regulatory DNA and have underpinned the discovery of all classes of cis-regulatory elements including enhancers, promoters, insulators, silencers and locus control regions. Here we present the first extensive map of human DHSs identified through genome-wide profiling in 125 diverse cell and tissue types. We identify ∼2.9 million DHSs that encompass virtually all known experimentally validated cis-regulatory sequences and expose a vast trove of novel elements, most with highly cell-selective regulation. Annotating these elements using ENCODE data reveals novel relationships between chromatin accessibility, transcription, DNA methylation and regulatory factor occupancy patterns. We connect ∼580,000 distal DHSs with their target promoters, revealing systematic pairing of different classes of distal DHSs and specific promoter types. Patterning of chromatin accessibility at many regulatory regions is organized with dozens to hundreds of co-activated elements, and the transcellular DNase I sensitivity pattern at a given region can predict cell-type-specific functional behaviours. The DHS landscape shows signatures of recent functional evolutionary constraint. However, the DHS compartment in pluripotent and immortalized cells exhibits higher mutation rates than that in highly differentiated cells, exposing an unexpected link between chromatin accessibility, proliferative potential and patterns of human variation.

doi: 10.1038/nature11232

遺伝:転写因子フットプリントにコードされているヒト調節配列の包括的な目録

An expansive human regulatory lexicon encoded in transcription factor footprints p.83

Regulatory factor binding to genomic DNA protects the underlying sequence from cleavage by DNase I, leaving nucleotide-resolution footprints. Using genomic DNase I footprinting across 41 diverse cell and tissue types, we detected 45 million transcription factor occupancy events within regulatory regions, representing differential binding to 8.4 million distinct short sequence elements. Here we show that this small genomic sequence compartment, roughly twice the size of the exome, encodes an expansive repertoire of conserved recognition sequences for DNA-binding proteins that nearly doubles the size of the human cis–regulatory lexicon. We find that genetic variants affecting allelic chromatin states are concentrated in footprints, and that these elements are preferentially sheltered from DNA methylation. High-resolution DNase I cleavage patterns mirror nucleotide-level evolutionary conservation and track the crystallographic topography of protein–DNA interfaces, indicating that transcription factor structure has been evolutionarily imprinted on the human genome sequence. We identify a stereotyped 50-base-pair footprint that precisely defines the site of transcript origination within thousands of human promoters. Finally, we describe a large collection of novel regulatory factor recognition motifs that are highly conserved in both sequence and function, and exhibit cell-selective occupancy patterns that closely parallel major regulators of development, differentiation and pluripotency.

doi: 10.1038/nature11212

遺伝:ENCODEデータから得られたヒトの調節ネットワークの構造

Architecture of the human regulatory network derived from ENCODE data p.91

Transcription factors bind in a combinatorial fashion to specify the on-and-off states of genes; the ensemble of these binding events forms a regulatory network, constituting the wiring diagram for a cell. To examine the principles of the human transcriptional regulatory network, we determined the genomic binding information of 119 transcription-related factors in over 450 distinct experiments. We found the combinatorial, co-association of transcription factors to be highly context specific: distinct combinations of factors bind at specific genomic locations. In particular, there are significant differences in the binding proximal and distal to genes. We organized all the transcription factor binding into a hierarchy and integrated it with other genomic information (for example, microRNA regulation), forming a dense meta-network. Factors at different levels have different properties; for instance, top-level transcription factors more strongly influence expression and middle-level ones co-regulate targets to mitigate information-flow bottlenecks. Moreover, these co-regulations give rise to many enriched network motifs (for example, noise-buffering feed-forward loops). Finally, more connected network components are under stronger selection and exhibit a greater degree of allele-specific activity (that is, differential binding to the two parental alleles). The regulatory information obtained in this study will be crucial for interpreting personal genome sequences and understanding basic principles of human biology and disease.

doi: 10.1038/nature11245

遺伝:ヒト細胞における転写の全体像

Landscape of transcription in human cells p.101

Eukaryotic cells make many types of primary and processed RNAs that are found either in specific subcellular compartments or throughout the cells. A complete catalogue of these RNAs is not yet available and their characteristic subcellular localizations are also poorly understood. Because RNA represents the direct output of the genetic information encoded by genomes and a significant proportion of a cell’s regulatory capabilities are focused on its synthesis, processing, transport, modification and translation, the generation of such a catalogue is crucial for understanding genome function. Here we report evidence that three-quarters of the human genome is capable of being transcribed, as well as observations about the range and levels of expression, localization, processing fates, regulatory regions and modifications of almost all currently annotated and thousands of previously unannotated RNAs. These observations, taken together, prompt a redefinition of the concept of a gene.

doi: 10.1038/nature11233

Letter

遺伝:遺伝子プロモーターの長距離相互作用の全体像

The long-range interaction landscape of gene promoters p.109

doi: 10.1038/nature11279

Article

生化学:触媒反応の準備が整った状態のRING型E3リガーゼおよびユビキチンを結合したE2の構造

Structure of a RING E3 ligase and ubiquitin-loaded E2 primed for catalysis p.115

Ubiquitin modification is mediated by a large family of specificity determining ubiquitin E3 ligases. To facilitate ubiquitin transfer, RING E3 ligases bind both substrate and a ubiquitin E2 conjugating enzyme linked to ubiquitin via a thioester bond, but the mechanism of transfer has remained elusive. Here we report the crystal structure of the dimeric RING domain of rat RNF4 in complex with E2 (UbcH5A) linked by an isopeptide bond to ubiquitin. While the E2 contacts a single protomer of the RING, ubiquitin is folded back onto the E2 by contacts from both RING protomers. The carboxy-terminal tail of ubiquitin is locked into an active site groove on the E2 by an intricate network of interactions, resulting in changes at the E2 active site. This arrangement is primed for catalysis as it can deprotonate the incoming substrate lysine residue and stabilize the consequent tetrahedral transition-state intermediate.

doi: 10.1038/nature11376

Letters

宇宙:低金属量の小マゼラン雲における星間リチウムの観測

Observation of interstellar lithium in the low-metallicity Small Magellanic Cloud p.121

doi: 10.1038/nature11407

宇宙:太陽系末端部の遷移領域での子午線方向に流れるプラズマ流は存在しない

No meridional plasma flow in the heliosheath transition region p.124

doi: 10.1038/nature11441

化学:ゾル–ゲル膜の室温での光化学的活性化によって作製されるフレキシブル金属酸化物デバイス

Flexible metal-oxide devices made by room-temperature photochemical activation of sol–gel films p.128

doi: 10.1038/nature11434

材料:高伸縮性と高靭性を有するヒドロゲル

Highly stretchable and tough hydrogels p.133

doi: 10.1038/nature11409

気候:北極シベリアにおける沿岸域と海中の永久凍土層の浸食による古い炭素の活性化

Activation of old carbon by erosion of coastal and subsea permafrost in Arctic Siberia p.137

doi: 10.1038/nature11392

気候:完新世の気候と氷棚の歴史に関連する最近の南極半島の温暖化

Recent Antarctic Peninsula warming relative to Holocene climate and ice-shelf history p.141

doi: 10.1038/nature11391

行動:ショウジョウバエの求愛行動学習でフェロモン応答性を制御するドーパミンニューロン

Dopamine neurons modulate pheromone responses in Drosophila courtship learning p.145

doi: 10.1038/nature11345

神経:成体の休止期神経幹細胞の運命決定を制御するニューロン回路機構

Neuronal circuitry mechanism regulating adult quiescent neural stem-cell fate decision p.150

doi: 10.1038/nature11306

医学:JAK2阻害薬治療後の腫瘍残存の機序はヘテロ二量体JAK–STATの活性化である

Heterodimeric JAK–STAT activation as a mechanism of persistence to JAK2 inhibitor therapy p.155

doi: 10.1038/nature11303

免疫:内在性抗原はナイーブB細胞の応答性を調節するがT細胞の応答性は調節しない

Endogenous antigen tunes the responsiveness of naive B cells but not T cells p.160

doi: 10.1038/nature11311

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