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    2017年度盘点:基因组学领域重磅级研究Top10

    日期:2017-12-29 21:38:01 来源: 生物谷 点击:
        【1】MBE:重磅!247项全基因组关联性研究发现:较高的癌症风险或归因于机体的进化适应性

        最近,一篇刊登在国际杂志Molecular Biology and Evolution上的研究报告中,来自塞浦路斯大学的医学院的研究人员通过研究发现,居住诸如丹麦和挪威等低温度地区的人群或许是世界上癌症发病率最高的。这篇研究报告中,研究人员就提出了一种假设,即人类在极端温度下(比如寒冷和高海拔)机体的适应性或许和癌症风险增加存在一种进化关系。

        研究者Konstantinos Voskarides博士指出,本文研究提出了证据表明,在极端温度下机体中或许会产生一些有益的基因突变,但同时其会促进人类癌症风险增加;细胞对低温和高海拔的耐受性或许会增加机体恶性肿瘤发生的可能性,而这种效应或许也很难被自然选择所过滤掉,因为大多数癌症都是人们在孕育下一代之后才患上的。

        文章中,研究者重点研究了低温对机体健康的影响,比如北欧/北极气候和高海拔地区等,他们分析了人群的癌症风险和人群所居住区域每年局地平均气温之间的关联,最后研究者发现,极端的寒冷环境或增加人群患癌的风险。随后研究者分析了全球癌症发生率最准确和可靠的数据,同时也在247个不同的癌症基因组关联性研究中寻找遗传线索,此外研究人员还分析了关于癌症发病率的相关资料,以及极端寒冷和高海拔地区人群的遗传学数据等信息。

        【2】Cell:新技术允许更加精确地开展多重基因组编辑

        在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学的研究人员构建出一种更加精确的和高效的技术来对活的有机体的基因组进行编辑。这种新的方法会消除基因组编辑技术的一些缺点,这能够让科学家们插入或清除DNA中的基因。这一成果正在引发医学和生物技术变革。相关研究结果于2017年11月16日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Precise Editing at DNA Replication Forks Enables Multiplex Genome Engineering in Eukaryotes”。

        论文通信作者、耶鲁大学西校区系统生物学研究所分子、细胞与发育生物学副教授Farren Isaacs说,“你能够将现有的技术看作是一把锯子,将这种方法看作一把手术刀。这种方法能够让我们高效地在真核生物基因组的多个位点上进行精确的基因修饰。”

        当进行基因修饰时,现有的基因编辑技术,比如CRISPR/cas9,通常会让两条DNA链发生断裂。有机体动员起来以便修复DNA中的这些对细胞是致命性的断裂。然而,有时这些断裂不会被修复,或者这种修复产生微小的DNA序列错误,从而改变细胞的功能。

        【3】Cell:绘制出人基因组自我折叠的四维图谱

        在一项新的研究中,来自美国贝勒医学院、莱斯大学、斯坦福大学和布罗德研究所等研究机构的研究人员首次构建出高分辨率的人基因组折叠的四维图谱,这样当它随着时间的推移进行折叠时,就可对它进行追踪。这一发现可能会带来研究遗传疾病的新方法。相关研究结果发表在2017年10月5日的Cell期刊上,论文标题为“Cohesin Loss Eliminates All Loop Domains”。论文通信作者为贝勒医学院基因组结构中心主任Erez Lieberman Aiden博士。论文第一作者为斯坦福大学医学生、Aiden实验室成员Suhas Rao。

        几十年来,科学家们一直猜测,当人细胞对一种刺激作出反应时,在基因组中相隔很远的DNA序列元件快速地找到彼此,在染色体上形成环状结构。通过在空间上重排这些DNA序列元件,细胞能够改变哪些基因是有活性的。

        在2014年,这些研究人员就已证实绘制这些环状结构是可能的。但是他们首次绘制的这些图谱是静态的,而不能够观察这些环状结构发生的变化。仍然不清楚的是,在细胞核拥挤的空间中,DNA序列元件是否足够快地找到彼此,从而控制细胞反应。

        【4】重磅!多篇Nature揭示调节人基因表达的基因组图谱

        接受美国国家卫生研究院(NIH)资助的研究人员绘制出记录人DNA中影响基因表达的序列片段的详细图谱。这种影响基因表达的方式是一个人的基因组产生可观察到的性状如头发颜色或疾病风险的一种关键的方法。对个人的基因组变异如何导致生物学差异(如人组织和细胞的健康状态和患病状态)感兴趣的科学界而言,这种图谱是一种至关重要的资源。
       
        这种图谱是基因型-组织表达联盟(Genotype-Tissue Expression Consortium, GTEx)的研究成果。GTEx成立的宗旨在于记录基因组变异如何影响基因开启和关闭。

        美国国家基因组研究所(National Human Genome Research Institute, NHGRI)GTEx项目主任Simona Volpi博士说,“GTEx的独特之处在于它的研究人员探究了基因组变异如何影响不同人甚至同一个人的单个组织中的基因表达。”

        根据Volpi博士的说法,在此之前,在GTEx使用的规模上不存在资源来让研究人员研究肝脏中的基因表达如何可能与肺部或心脏中的存在差异,以及这些差异如何与个人中的遗传性基因组变异存在关联。

        【5】Nat Genet:为何榴莲闻起来如此“臭”?科学家全基因组测序找原因!

        日前,发表在国际著名杂志Nature Genetics上的一篇研究报告中,来自新加坡国立癌症中心等机构的研究人员通过研究首次完成了对榴莲全基因组图谱的解析,榴莲是一种珍贵的热带水果,素有“水果之王”的称号。

        研究者Teh Bin Tean表示,作为一名遗传学家,我对榴莲的基因组非常好奇,是什么基因让榴莲产生了刺鼻的气味?而且榴莲带刺的外壳又是如何产生的呢?基于最先进的测序平台,研究人员对猫山王榴莲(Musang King)进行了基因组图谱的绘制,这种榴莲因其具有极其细腻的口感和强烈的香气而闻名于世,在当地的榴莲世界里被认为是榴莲中的王中之王。

        研究者发现,榴莲的基因组中含有大约4.6万个基因,几乎是人类基因数量的两倍(2.3万个基因),基于最新产生的基因组数据,随后研究人员对榴莲的进化进行了研究,并且追溯到了6500万年前与可可树的关系(可可树能够产生巧克力)。随后研究人员重点研究了到底是什么让榴莲问起来那么“臭”?通过对比榴莲树不同部分的基因表达模式,包括树叶、根部以及成熟的果实,研究人员鉴别出了一类名为MGLs的基因(methionine gamma lyases,甲硫氨酸γ裂解酶),这种基因能够调节榴莲中挥发性硫化物(VSCs)的产生。

        【6】Nature:首次对成神经管细胞瘤进行全基因组分析

        在一项新的划时代研究中,来自德国、加拿大、美国、荷兰、丹麦、俄罗斯、西班牙和日本的研究人员对成神经管细胞瘤(medulloblastoma)开展迄今为止最为全面的分析,鉴定出导致75%以上的成神经管细胞瘤的基因组变化,包括仅在这个最少了解的脑瘤亚群中发现的两个新的潜在癌基因。相关研究结果于2017年7月19日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“The whole-genome landscape of medulloblastoma subtypes”。

        对来自将近500名患者的肿瘤和正常组织开展的综合基因组分析结果揭示出新的突变和遗传错误。这些发现将有助开发迫切需要的精准疗法。这些靶向疗法旨在增加存活率,同时降低治疗相关的副作用。

            论文共同第一作者、美国圣犹大儿童研究医院发育神经生物学科研究员Paul Northcott博士说,“我们的目标是在分子水平上理解每名患者的肿瘤以便更好地开发出个人化疗法。这项研究为全世界的神经肿瘤学研究人员和医生提供一种丰富的资源进行挖掘以便更好地理解和靶向这些肿瘤。”

        【7】重大突破!两篇Nature揭示基因组调节新机制

        在一项新的研究中,来自美国劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和阿尔伯特-爱因斯坦医学院的研究人员提供证据证实作为DNA中的一个不同寻常的部分,异染色质利用液-液相分离(liquid-liquid phase separation)将基因组中的大部分组装成细胞核中的特定区域。液-液相分离是一种在物理学上广为人所知的机制,但是它在生物学上的重要性仅在最近才被揭示出。这些发现解决了一个长期存在的问题,即DNA功能如何在空间和时间上有序地安排,包括基因如何受到调节而发生沉默或表达。相关研究结果于2017年6月21日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Phase separation drives heterochromatin domain formation”。

        论文通信作者、劳伦斯伯克利国家实验室生物系统与工程系高级科学家Gary Karpen说,“几十年来,DNA序列在健康和疾病中的重要性是清晰的,但是我们仅在最近才意识到将DNA片段组装成细胞核内的不同结构域或者区室对促进不同的基因组功能是至关重要的。”

        异染色质中的长片段DNA含有在大多数情况下需要被沉默的序列,这样细胞才能够正确地发挥作用。科学家们曾经认为DNA的这种压缩是控制哪些酶和分子接触到这些序列的一种主要机制。据推断,DNA链缠绕得越紧,接触到内部的遗传物质就变得越难。

        【8】Nat Genet:全基因组关联性研究阐明诱发肺癌的新型易感位点

        近日,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自多伦多大学等机构的研究人员进行了一项大型的全基因组关联性研究,他们利用多个癌症研究机构所开发的基因分型平台鉴别出了肺癌的新型易感性位点。

        尽管吸烟是引发肺癌的主要风险因子,但过去研究结果表明,肺癌的遗传性或许占到了18%;当然此前的全基因组关联性研究中,研究人员也鉴别出了多个肺癌易感位点,但研究者对于大部分疾病遗传性都无法解释,本文研究中研究人员就在该项研究上取得了重大突破。

        这项研究中,研究人员对有现有数据的欧洲个体进行研究(包括14803名研究对象和12262名对照个体),最终他们鉴别出了18个疾病易感位点,其中包括10个新型位点;这些新型位点能够揭示出肺腺癌和鳞状肺癌两种肺癌亚型之间风险模式的惊人变化,其中4个位点和总体的肺癌相关,6个位点和肺腺癌直接相关,研究者还发现,和端粒功能相关的多个基因的突变或许在诱发肺腺癌风险上扮演着关键角色(并非鳞状肺癌风险)。

        【9】AJHG:突破!科学家在人类基因组中鉴别出111个2型糖尿病易感位点

        日前,一项刊登在国际杂志the American Journal of Human Genetics上的研究报告中,来自伦敦大学学院和帝国理工学院的研究人员通过研究在人类基因组中鉴别出了111个新型的能够指示个体对糖尿病易感的染色体位点,从而就为研究人员理解2型糖尿病发生的原因提供了新的思路和希望。

        2型糖尿病是世界上最流行且危害最严重的机体代谢性疾病,此前研究人员仅对76个位点进行了研究,而且研究者在非洲裔美国人群中并未发现更多的易感位点,这些人群中2型糖尿病的流行率大约是欧洲裔美国人群2型糖尿病流行率的2倍(19% vs 10%);文章中,在研究者所发现的111个新型位点中,有93个(84%)位点都是在非洲裔和欧洲裔美国人群中发现的,仅有18个位点是在欧洲裔美国人群中发现的。

        这项研究中,研究者基于高度的信息基因图谱开发了一种新技术来调查诸如2型糖尿病等复杂代谢性疾病的发病机制;研究者指出,欧洲裔和非洲裔美国人群样本中包括了5800名2型糖尿病患者和9691名对照个体,研究结果表明,在机体基因组中的调节性热点区域中存在多个2型糖尿病位点。

        【10】Nat Biotechnol:首次在人全基因组水平上证实基于CRISPR的单碱基校正是准确的

        在一项新的研究中,来自韩国基础科学研究所(Institute for Basic Science, IBS)基因组工程中心的研究人员证实了一种近期开发的基因编辑方法的准确性。这种基因编辑工具起着“DNA剪刀”的作用,旨在鉴定和替换人基因组(大小为30亿个碱基对)中的仅一个核苷酸(或者说碱基)。这是首次在全基因组水平上验证了这种“碱基编辑器(base editor)”的准确性。这种验证将有助扩大这种方法在农业、牲畜和基因疗法中的应用。相关研究结果于2017年4月10日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“Genome-wide target specificities of CRISPR RNA-guided programmable deaminases”。论文通信作者为来自IBS基因组工程中心的Seuk-Min Ryu和Jin-Soo Kim。

        基因编辑工具取得的快速进展已在生物界引起了很大轰动。一种主要的第三代DNA编辑技术是CRISPR。通过切除一小段DNA序列,CRISPR-Cas9和CRISPR-Cpf1被用来沉默或降低有缺陷的基因的表达。然而,去年,生物学家们已发现一种新的碱基编辑器并不导致随机的DNA删除和插入,而是仅替换一个DNA碱基。这种基因校正是至关重要的,这是因为几种疾病是由这四种DNA碱基(即腺嘌呤,简称A;胞嘧啶,简称C;鸟嘌呤,简称G;胸腺嘧啶,简称T)中的一种发生拼写错误导致的。DNA中的单核苷酸错误被称作点突变。点突变导致的疾病包括囊性纤维化、镰状细胞性贫血和色盲。

    (责任编辑:zqg)

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