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    转录组学研究领域重要研究进展一览

    日期:2018-03-31 21:22:06 来源: 生物谷 点击:
        【1】Cell:基于高通量单细胞转录组测序小鼠全细胞图谱发表

        在国家自然科学基金项目等资助下,近日,浙江大学医学院干细胞与再生医学中心郭国骥教授团队在单细胞组学技术及哺乳动物全细胞表达谱系分析研究中取得突破性进展。相关成果以“Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-seq”(利用微孔板测序技术绘制小鼠细胞图谱)为题,于2018年2月23日在生命科学国际顶尖期刊Cell(《细胞》)杂志在线发表。论文链接:http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30116-8。

        长久以来,生命科学的研究主要针对群体细胞样品进行处理、分析和统计进而获得均值水平的实验结果。直到近几年单细胞组学技术的出现,才使我们能够从单细胞的水平更加精确地解析每个细胞究竟在表达哪些基因,在机体分化、再生、衰老以及病变过程中这些基因的表达又发生哪些变化以及变化的幅度有多大等问题。因此,单细胞组学分析技术不仅在方法学上是继传统的细胞检测、分类和鉴定技术的一次突破,而且其结果也将会对经典的细胞发生、组织分化、器官发育及功能稳态维持的分子细胞机制带来新的理解和认识。

        【2】Diabetologia:突破!科学家鉴别出2型糖尿病患者胰岛组织的新型转录组学特性

        2型糖尿病在全球影响着超过5亿人的健康,其致病原因是由于机体中胰岛中的β细胞无法产生足够的胰岛素来维持机体的血糖水平。近日,一项发表在国际杂志Diabetologia上的研究报告中,来自德累斯顿技术大学等机构的研究人员通过研究在2型糖尿病患者的胰腺胰岛中鉴别出了一类新型的失调基因簇,相关研究发现或为后期研究人员开发有效治疗2型糖尿病的新型疗法提供新的希望。

        研究人员希望能够通过研究寻找能够促进胰腺β细胞再生、维护和保护的通路,并以此作为一种新方法来加速糖尿病新型疗法和预防性手段的开发。首先研究人员想通过研究发现糖尿病患者机体β细胞中发生异常表达的基因,这些基因表达的改变或会引发糖尿病患者机体β细胞的能力匮乏;本文研究中,研究人员基于比较基因组表达方法,首次从非糖尿病和糖尿病器官捐献者及接受胰腺外科手术患者的机体中收集到了胰岛组织并且对其进行了深度分析。

        【3】Nature:重大突破!利用单细胞转录组分析揭示成纤维细胞转化为心肌细胞机制

        在心脏病发作后,通过逆转瘢痕组织产生健康的心肌组织将会引发心脏学和再生医学领域的变革。在实验室中,科学家们已证实将心脏成纤维细胞(瘢痕组织细胞)转化为心肌细胞是可行的,但是梳理出这是如何发生的细节并不是件容易的事情,而且将这种方法用于临床实践或甚至其他的基础研究项目中一直都是难以实现的。

        如今,在一项新的研究中,来自美国北卡罗来纳大学的研究人员将微流体单细胞RNA测序与数学建模、遗传方法和化学方法结合在一起,描述了从成纤维细胞到心肌细胞的细胞命运转化期间逐步发生的分子变化。在北卡罗来纳大学医学院病理学与实验室医学助理教授Li Qian博士的领导下,这些研究人员不仅成功地重建了单个成纤维细胞在这个过程中选择的路径,而且还鉴定出在成纤维细胞转化为心肌细胞期间发挥着重要作用的分子通路和关键性调节物。相关研究结果于2017年10月25日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Single-cell transcriptomics reconstructs fate conversion from fibroblast to cardiomyocyte”。

        Qian实验室开创直接心脏重编程(direct cardiac reprogramming)方法,并且在过去几年对这种方法进行优化。作为心脏再生和疾病建模的一种有前景的方法,它涉及将心脏中的非心肌细胞直接转化为非常类似于内源性心肌细胞的诱导性心肌细胞(induced cardiomyocytes, iCM)。就像任何重编程过程那样,接受重编程的很多细胞并不会同时发生重编程。这意味着这是一种“异步(asynchronous)”过程。转化在不同的时间发生。因此,在这个过程的任何阶段,细胞群体总是含有未转化的细胞、部分重编程细胞和完全重编程细胞。换言之,细胞重编程是“异质的(heterogeneous)”,这就使得很难利用传统方法开展分析。

        【4】Science:新突破!在单细胞转录组分辨率下重建虚拟果蝇胚胎

        在经过13次快速的细胞分裂之后,一个受精的果蝇卵子产生大约6000个细胞。它们在显微镜下看起来都一样。然而,在那时,果蝇胚胎中的每个细胞已知道它是变成神经元还是肌肉细胞,或2017年9月10日/生物谷BIOON/---者变成肠道、头部或尾部的一部分。

        如今,在一项新的研究中,来自德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心(Max Delbrück Center for Molecular Medicine, MDC)柏林医学系统生物学研究所(Berlin Institute of Medical Systems Biology, BIMSB)的Nikolaus Rajewsky团队和Robert Zinzen团队分析了上千个果蝇细胞的独特基因表达谱,并且利用一种新的空间映射算法,基于这些数据,重新组装出果蝇胚胎。结果就是获得一种虚拟的果蝇胚胎,该胚胎能够精确地展现出哪些基因在哪个时间点上是有活性的。BIMSB神经组织分化系统生物学实验室主任Robert Zinzen说,“这基本上是早期胚胎的转录组蓝图。”

        【5】Nature:RNA 修饰研究有助表观转录组学进一步发展

        2004 年,以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University in Israel)的肿瘤学家 Gideon Rechavi 等人将当时能够找到的所有人类基因组 DNA 序列与对应的 mRNA 进行了比对。他们希望找到 mRNA 序列里的腺嘌呤(adenosine, A)转换成次黄嘌呤(inosine, I)的信号。这种 A 到 I 的转换会改变蛋白质的编码序列,对于我们人类而言,这是保证天然免疫系统正常功能的关键因素。据 Rechavi 回忆,这项工作听起来简单,但实际上非常复杂。好多个研究小组都曾作出尝试,但结果都以失败告终。这主要是因为当时的测序技术还不太发达,会产生很多错误的测序结果,比如单碱基突变结果,进而带来了很大的数据噪声。但是 Rechavi 等人使用了新的生物信息学工具,所以成功地在转录组中发现了数千个 A—I 转换位点,而一个细胞,或者物种的所有 mRNA 其实也就这么多。后续的研究又陆续将这些 A—I 转换位点的数量增加到了数百万个。

        发现次黄嘌呤转换算得上是一种特例,因为科研人员只需将 DNA 序列与 RNA 序列进行比对,就能够轻易地发现这些位点。但是在 mRNA 的序列里,至少有 1/4 的核酸(A、C、G、U)是携带有化学修饰物的(我们将 DNA 序列里的这种修饰称作表观遗传学修饰),只不过现有的测序手段无法发现这些修饰物。科研人员也不知道这些修饰物会给 RNA 带来怎样的改变,因此他们正在努力解决这个问题。

        【6】掀开空间转录组学技术的面纱:可视化观察组织中的基因表达

        在一项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所和皇家理工学院等机构的研究人员开发出一种新的被称作空间转录组学(spatial transcriptomics)的高分辨率方法研究一种组织中哪些基因是有活性的。这种方法能够被用于所有类型的组织中,而且在临床前研究和癌症诊断中是有价值的。相关研究结果发表在Science期刊上,论文标题为“Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics”。

        疾病改变组织中RNA分子和蛋白表达。为了获得关于疾病的更多知识和优化诊断方法,对组织样品进行显微研究经常在实验室和医院中开展,但是迄今为止,科学家们只能够同时确定少量RNA分子的位置。

        在这项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授团队与来自瑞典皇家理工学院的Joakim Lundeberg教授团队合作开发出一种新的方法,能够分析所有RNA分子的数量,并且利用显微镜提供它们的空间信息。

        【7】Nat Commun:基因组和转录组分析为对抗致命感染找到新希望

        最近一项发表在国际学术期刊Nature Communication上的文章为毛霉目真菌的进化过程提出了新的见解。毛霉目真菌这是一类能够引起致命感染的真菌,这种感染在部分病人群体中越来越多,该研究发现的一些分子途径或可在将来开发为潜在的治疗和诊断靶点。

        当人类的免疫系统功能减弱,毛霉目真菌就容易侵入人类细胞,引起致命感染——毛霉菌病。马里兰大学医学院等机构的研究人员经过研究发现了病人发生毛霉菌病的过程中所需要的一些关键分子途径。

    研究人员首先对30种毛霉目真菌的基因组进行了测序,对真菌入侵过程中人类呼吸道上皮细胞以及引起毛霉菌病的三种最常见真菌进行了转录组分析,揭示了宿主和真菌中促进发病的关键因素,从中找到了毛霉菌病发病机制种一些必须的信号途径。

        【8】Science:利用空间转录组学技术可视化观察组织中的基因表达

        在一项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所和皇家理工学院等机构的研究人员开发出一种新的被称作空间转录组学(spatial transcriptomics)的高分辨率方法研究一种组织中哪些基因是有活性的。这种方法能够被用于所有类型的组织中,而且在临床前研究和癌症诊断中是有价值的。相关研究结果发表在2016年7月1日那期Science期刊上,论文标题为“Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics”。

        疾病改变组织中RNA分子和蛋白表达。为了获得关于疾病的更多知识和优化诊断方法,对组织样品进行显微研究经常在实验室和医院中开展,但是迄今为止,科学家们只能够同时确定少量RNA分子的位置。

        在这项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授团队与来自瑞典皇家理工学院的Joakim Lundeberg教授团队合作开发出一种新的方法,能够分析所有RNA分子的数量,并且利用显微镜提供它们的空间信息。

        【9】Science:开发出TT-Seq技术绘制人类瞬时转录组图谱

        基因之间的序列长期以来被视为“垃圾DNA”,我们如今知道它们也发挥着至关重要的功能。这些DNA区域发生的突变能够严重地对人类发育造成损害,而且可能在生命后期导致严重疾病。然而,在此之前,调节性DNA序列一直很难发现。如今,在一项新的研究中,德国慕尼黑理工大学计算生物学教授Julien Gagneur团队和德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授Patrick Cramer团队如今开发出一种方法可以用于发现活跃的可控制基因活性的调节性DNA序列。相关研究结果发表在2016年6月3日那期Science期刊上,论文标题为“TT-seq maps the human transient transcriptome”。

        我们DNA中的基因含有详细的用于蛋白表达的组装指令,而蛋白执行和控制着我们细胞中的几乎所有过程。为了确保每个蛋白在我们体内合适的地点合适的时间上完成它的任务,相对应的基因活性就必需受到严格地控制。这种严格控制功能是由基因之间的调节性DNA信息所承担。

        论文共同通信作者、马克斯普朗克生物物理化学研究所分子生物学系主任Patrick Cramer教授解释道,“调节性DNA区域是人类发育、组织保存和免疫反应等必不可少的。再者,它们在多种疾病中发挥着重要作用。比如,患有癌症或心血管疾病的病人正是在这些调节性DNA区域中发生很多突变。”

        【10】Cancer Research:转录组分析发现可诊断多种癌症的泛标记物

        在癌症的发生过程中,许多基因都会发生突变并出现功能紊乱,而越来越多的研究也发现这些发生突变的基因或可作为癌症的诊断标记或靶向治疗得到进一步开发,帮助癌症的临床诊断和治疗。

        近日,来自日本、丹麦和澳大利亚的科学家在国际学术期刊Cancer Research上发表了一项最新研究进展,他们利用转录组分析的方法对多种癌症类型中反复出现的一些基因突变进行了揭示,而这些新发现的基因突变或可作为潜在生物标记在癌症的临床诊断和靶向治疗过程中发挥重要作用。

    (责任编辑:zqg)

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