톱10 하이라이트

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1년 간의10건의 이야기

Nature 576 (2019년12월19일)

2019년이 마무리 되어감에 따라 Nature지에서는 올해 과학 분야에서 중요한 역할을 한 10인을 선정하였다. 표지 이미지는 별과 은하에서 천문학적 미스터리로 알려진 빠른 전파 폭발(Radio burst)에 의해 발생한 방사선을 묘사하였다. 수많은 장비 중 특히 Square Kilometer Array Pathfinder 전파망원경은 수백 개의 폭발을 감지하여 그 기원을 밝히는데 유용하게 이용되고 있다. 표지 이미지: davidope (David Szakaly) (Feature)

Cover Story doi: 10.1038/JNature7787cvst-1

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양자 센서를 이용한 27-핵-스핀 클러스터의 원자 규모 이미징

Nature 576 (2019년12월19일)

다이아몬드의 질소 공극 (Nitrogen-vacancy, NV) 중심에 기반한 단일 스핀 양자 센서(Single-spin quantum sensor)는 개별 분자의 자기 이미지화를 위한 전통적인 핵 자기 공명 기술에 대한 유용한 대안을 제공할 수 있지만, 분광해상도(Spectral resolution) 및 공간 재구성(Spatial reconstruction)이 요구된다. Tim Hugo Taminiau와 공동 연구자들은 양자 센서로 단일 NV 센터를 사용하여 다이아몬드에 27 개의 결합된 13C 핵 스핀 시스템의 원자 규모 이미징 구현에 대해 발표하였다. 이들의 다차원 분광법은 높은 분광해상도 (80mHz 이하) 및 높은 정확도 (약 2mHz)로 개별 핵-핵 스핀 상호작용을 성공적으로 분리할 수 있게 해주었다. 이러한 성과는 복잡한 대형 스핀 시스템의 자기 이미징 목표 달성에 한 단계 더 가깝게 다가가게 해주었다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1834-7

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줄기 세포와 유사한 CD8 T 세포를 유지하고 활성화하는 종양 내 틈새(Inta-tumoral niche)

Nature 576 (2019년12월19일)

이 연구에서 Haydn Kissick과 그의 동료들은 환자 유래 종양의 면역 세포 침윤을 조사하고 증가된 CD8 T 세포 침윤이 개선된 환자 결과와 관련이 있음을 보여주었다. 이들은 시험관 내(In vitro)에서 분화된 effector 세포를 발생시키는 것으로 확인된 기억 줄기 세포의 특성과 증식 능력을 갖는 CD8 T 세포 집단에 대한 증거를 제공하였다. 이들 줄기 세포 유사 T 세포는 항원 제시 세포에 근접한 종양 내 틈새에 존재하며, priming에 관여하는 것으로 보인다. 종양 내 틈새(Intra-tumoral niche)의 붕괴는 T 세포 반응의 손실을 유발한다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1836-5

News & Views doi: 10.1038/d41586-019-03670-6

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Bi2Te3 / MnBi2Te4 이종 구조(Heterostructure)의 Dirac point에서 큰 자기 간격(Magnetic gap)

Nature 576 (2019년12월19일)

위상 절연체(Topological insulator)는 전도성 및 갭(Gap)이 없는 표면을 가지고 있는 것이 특징이다. 자기 질서(Magnetic order)로 인해, 2차원 상태에서 갭을 도입함으로써 양자 변형 홀 효과(The quantum anomalous Hall effect)의 관찰이 가능해졌다. 그러나, 화학적 도핑(Doping), 즉 Bi2Te3의 Mn 도핑에 의한 위상 절연체에서의 자성은 논쟁적 이슈로 여겨져 왔다. Oliver Rader와 그의 동료들은 Mn 도핑이 Bi2Te3/ MnBi2Te4의 자가 정렬된 이종 구조(Heterostructure)를 형성하고 자기 갭(Magnetic gap)의 존재를 관찰할 수 있게 해준다는 사실을 보여주었다. 갭의 큰 크기는 실온에 가까운 양자 변형 홀 효과의 관찰을 용이하게 해주며, 이종 구조는 자기 토폴로지 위상(Magnet davidope (David Szakaly) ic topological phase) 및 액시온(Axion) 상태와 같은 효과를 조사할 수 있게 해준다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1826-7

News & Views doi: 10.1038/d41586-019-03831-7

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재구성 가능한 네마틱 액정 방울

Nature 576 (2019년12월19일)

액체 방울은 일반적으로 표면장력을 최소화하기 위하여 구 형태를 형성하지만, 매우 특이적인 조건에서는 더 복잡한 형태가 관찰될 수도 있다. Wei-Shao Wei와 그의 동료들은 네마틱 액정 올리고머(Nematic liquid crystal oligomers) 방울을 연구하여 '기본' 구체에서 형태 변형이 일어날 가능성에 대하여 조사하였다. 그들은 단분산 사슬 길이(즉, 모든 올리고머가 동일한 길이를 가짐)를 이용할 경우, 형태 전이가 발생하지 않지만, 사슬 길이의 분포가 이질적인 경우, 체인 간의 탄성 에너지와 계면 에너지의 균형으로 인해 냉각 시 형태 변형을 유도한다. 이 연구는 분산성(Dispersity)이 정렬된 구조를 형성할 때 피해야 할 것이 아니라 보다 복잡한 형태를 만드는 데 유용하게 활용될 수 있음을 보여주고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1809-8

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Regnase-1 타겟팅을 이용한 오래 지속되는(Long-lived) effector T 세포를 통한 암 치료

Nature 576 (2019년12월19일)

Hongbo Chi와 그의 동료들은 게놈 규모의 CRISPR 스크린을 사용하여 항종양 반응을 결정하는 T 세포에 특이적인 단백질을 식별하였다. 스크린을 이용하여 CD8-T-세포-매개 항종양 반응의 주요 음성 조절인자인 REGNASE-1을 확인하였으며, 이의 결핍은 T 세포 축적을 증가시키고 산화적 대사의 변화로 인하여 최종적으로 분화된 effector로서의 기능을 나타내는 것으로 나타났다. REGNASE-1의 제거는 백혈병 마우스 모델에서 CAR T 세포에 증가된 효능을 부여하여 본 연구 결과의 잠재적인 해석 가능성을 뒷받침할 수 있을 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1821-z

News & Views doi: 10.1038/d41586-019-03731-w

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그래핀 옥사이드 나노 시트(Graphene oxide nanosheets)를 함유한 얼음의 임계 핵 크기 탐색

Nature 576 (2019년12월19일)

물 결빙은 매우 흔한 현상이며, 얼음 핵의 형성은 오랫동안 물 결빙의 필수적인 첫 단계로 여겨져 왔다. 이러한 핵의 일시적인 특성과 미세한 크기는 실험적 관찰을 방해했지만, Jianjun Wang과 그의 동료들은 서로 다른 크기의 그래핀 옥사이드 나노 시트(Graphene oxide nanosheets)를 함유한 물방울을 사용한 얼음 핵 생성 실험을 통해 이를 조사하였다. 나노 시트의 크기가 얼음 핵 생성을 유도하는 능력에 미치는 강한 영향과 물이 과냉각되는 정도의 편차는 얼음 핵의 온도 의존적 크기의 첫 번째 실험적 지표를 제공하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1827-6

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단일 결정 변수를 범주형으로 인코딩하는 전두엽 피질 뉴런

Nature 576 (2019년12월19일)

전두엽 피질에서, 개별 뉴런은 감각, 기억, 운동, 보상 신호에 대한 복잡한 정보를 운반하는 것으로 알려져 있다. 그러나 정보가 어떻게 뉴런 집단 전체에 전달되는지는 명확하게 밝혀져 있지 않다. Adam Kepecs과 그의 동료들은 뉴런이 보상 크기, 결정 신뢰도 또는 값과 같은 특정 결정 변수에 해당하는 범주형 응답 유형으로 그룹화될 수 있으며 개별 변수는 별도의 투영 집단으로 인코딩될 수 있음을 보여주고 있다. 그들은 감각 뉴런과 같이 전두 뉴런이 주변 환경에서 중요한 변수를 드물고 과도하게 표현하는 것으로 보인다고 발표하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1816-9

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그람 음성 박테리아에 대한 Chimeric peptidomimetic 항생제

Nature 576 (2019년12월19일)

몇몇 그람 음성 박테리아 병원체는 현재의 항생제에 엄청난 도전을 제기한다. John A. Robinson과 그의 동료들은 다약제 내성(Multi-drug-resistant) 그람 음성 병원체에 대해 활성이 있고 낮은 신독성(Nephrotoxicity)을 나타내며 시험관 내(In vitro)와 생체 내(In vivo)에서 콜리스틴 내성을 극복한 지질 다당류와 외막 단백질 BamA에 모두 결합하는 새로운 합성 peptidomimetic 항생제 개발에 대해 발표하였다. 이들 화합물은 치료하기 어려운 박테리아 감염 치료에 대한 충족되지 않은 주요 임상적 요구를 충족시킬 수 있는 가능성을 가지고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1665-6

News & Views doi: 10.1038/d41586-019-03730-x

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APO 및 차단제(Blocker) 결합 인간 Cav3.1의 Cryo-EM 구조

Nature 576 (2019년12월19일)

Cav3 또는 T형 칼슘 채널은 막 탈분극 하에서 열리는 저전압 활성화 Ca (II) 채널이다. 이들 이온 채널은 인간 생리학 및 병태 생리학에서 중요한 역할을 하며, 이들의 기능 장애는 간질, 정신 장애 및 통증과 관련이 있다. 본 연구에서 Nieng Yan과 그의 동료들은 Cav3.1의 부분 구조와 발작 및 신경병증성 통증에 대한 임상 2상 약물 후보와 복잡한 구조에 대해 발표하였다. T 형 Ca (II) 채널의 전체 architecture를 제시하고 그들의 게이팅(Gating) 및 침투 메커니즘에 대한 통찰력을 제공하고 어떻게 이들이 작은 분자 차단제(Blocker)에 의해 조절되는지 기술하고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-019-1801-3