基因新闻 第126页

国际合作的人类基因组计划（HGP）耗时13年、花费30亿美元通读了人类遗传“密码”，但很多生命问题仍然无解。例如基因组相同，细胞却分化为不同器官，里面发生了什么？癌症发生的前、中、后期，细胞发生了哪些变化？……

这些动态的生命“程序”有没有可能被读通？5月23日，香山科学会议在上海召开以“基因组标签计划（GTP）”为主题的学术讨论会，建议启动由我国科学家全权主导的基因组标签计划，协作完成复杂的生命程序读通工作。

基因组标签计划GTP计划将由我国科学家主导

“生命是一个动态程序。基因组解码是静态的，难以体现生命实质。而后基因组时代，人们开始探索生命过程中生物大分子的相互作用以及作用程序。”中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员李劲松说，但这类研究目前还处于“盲人摸象”的阶段，更谈不上掌握其规律。

基于正在发展的GTP平台，人们有可能在分子水平上，高精度、高准确度地对生命活动进行时空追踪。中国科学院院士李林表示：“我们瞄准的是重大科学问题的解决，利用：GTP平台，通过形成科学共同体的方式突破人类对生命认知的极限。同时，GTP项目的实施将带动相关科学领域的发展，如标签技术、蛋白质分析技术等，最终将有望促使生命科学研究水平的整体提升。”此外，GTP计划还有望带领人类走进生命科学研究的“不毛之地”，例如谜团巨大的脑科学领域、不明作用的“基因沙漠”等。

中国科学家主导顺理成章

HGP的启动基于人类掌握了基因测序技术——桑格测序法，GTP的启动同样基于新技术的发明，即我国科学家在“人造精子细胞”介导半克隆领域具有全球领先的技术、专利和研究。

基因组标签计划GTP计划将由我国科学家主导

“因此，GTP计划由我国科学家主导顺理成章。”李劲松表示，目前的蛋白质分析技术难以实时反映蛋白质的生命功能。中国科学家通过发明“人造精子细胞”，把对蛋白质的研究回归到在动物活体中进行，大大提高了基因编辑动物模型的构建效率，并保证了基因编辑的准确性。“我们通过基因编辑的手段在‘人造精子细胞’中将特定的标签序列整合到某个编码蛋白质基因序列中，其基因操作将准确地反映到半克隆小鼠中。”李劲松表示，在动物活体中研究蛋白质，实现了在体、原位、实时、动态。

搭建平台，瞄准重大科学问题

“这是一个整体项目，因此必须在开始时就统一标准，保证数据的一致性。”李劲松介绍，GTP先期获得中国科学院战略性先导B类专项和上海市科委项目的支持，目前已经成立了生化与细胞所GTP研发中心，制定了标准操作程序。目前，GTP研发中心已经获得500余株标签“人造精子细胞”系和140余个标签小鼠品系。

千里之行，始于足下，GTP计划从搭建平台开始做起。“我们计划5—10年内，针对基因组范围的蛋白质基因进行标签，获得基因组（约2.5万个基因）的‘人造精子细胞’库，并获得5000余种与人同源的重要蛋白质的标签小鼠，形成有国际影响力的实验动物研发平台。”李劲松说。

“目前我们已经开展了相关的合作，也包括一些国际合作。”李劲松说，GTP研发中心也正在筹备相关网络平台的建设，科研团队不久之后就可以通过网络申请提请合作。生命科学家能第一时间利用这一平台开展大科学研究计划，如描绘精准的发育过程中的蛋白质图谱、探究肿瘤或其他疾病发病的相关蛋白质，为其精准治疗提供药物靶点和新型诊疗方式等。

任务庞大，创新与协作将贯穿始终

著名的“冰山理论”非常适合描述GTP的工作任务体量。李劲松解释道，如果说2.5万个功能基因是浮出水面的“冰山”，那么其对应的蛋白质、蛋白质构象的变化、蛋白质调控通路等更多的研究任务则是水面下更大的冰山，体量很可能是露出水面的上百倍。

基因组标签计划GTP计划将由我国科学家主导

尽管为了推动GTP，中科院生化与细胞研究所专门建立了GTP研发中心，但是，“整体工作的体量，不可能是一家单位能够完成的。”李劲松说。

此外，向冰山下的延伸还需要“知识基础”，对某一条细胞通路或蛋白质特性进行过深耕的研究组，辅以新技术的“加持”，将会“如虎添翼”，因此GTP计划需要有生命科学研究基础的科研团队，当然也会有一定的进入门槛。

“新技术也会随着计划的开展不断创新。”中科院生化与细胞所研究员李党生说，例如，GTP2.0时代或将探索荧光标记的使用，最终实现蛋白质表达的可视化，科学家不必在条带中确认蛋白质的表达量，甚至可能通过荧光定性定量。

届时，展现在人类眼前的将不仅仅是人类2.5万编码蛋白质基因的表达和翻译，还可能直击蛋白质表达的“时序”，甚至观看到生命由受精卵长成中生命进程“路线图”的动画版。(生物谷Bioon.com）

2019年6月7日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自美国弗雷德哈钦森癌症研究中心的研究人员通过简化将基因编辑指令递送给细胞的方式，朝着让基因疗法变得更加实用的方向迈出了一步。通过使用金纳米颗粒替换灭活病毒，他们安全地在HIV和遗传性血液疾病的实验室模型中递送基因编辑工具。相关研究结果近期发表在Nature Materials期刊上，论文标题为“Targeted homology-directed repair in blood stem and progenitor cells with CRISPR nanoformulations”。

这是第一次使用装载CRISPR的金纳米颗粒来编辑稀有但功能强大的造血干细胞亚群中的基因，其中造血干细胞是体内所有血细胞的来源。这些携带CRISPR的金纳米颗粒成功地对造血干细胞中的基因进行编辑，而且没有毒副作用。

文通讯作者、弗雷德哈钦森癌症研究中心临床研究部助理成员Jennifer Adair博士说，“随着基因疗法在临床试验中取得成功并为患者所用，我们需要一种更实用的方法。我想找到一种更简单的方法，一种可以被动地将基因编辑递送给造血干细胞的方法。”她补充道，世界上有数百万人无法使用目前的基因治疗方法。

虽然人们能够更快地和更容易地让CRISPR对基因组进行基因修饰，但是它仍然存在挑战。让细胞接受CRISPR基因编辑工具涉及施加较小的电击，这能够破坏甚至杀死细胞。如果需要精确的基因编辑，那么必须设计额外的分子来递送它们，这又会增加成本和时间。

金纳米颗粒是一种很有前途的替代品，这些因为这些微小球体（大约是食盐粒度的十亿分之一）的表面允许其他分子容易地粘附在它们上并保持粘附。

论文第一作者、弗雷德哈钦森癌症研究中心博士后研究员Reza Shahbazi博士说，“我们设计了金纳米颗粒，它们能够快速地跨过细胞膜，避开试图破坏它们的细胞器，并直接进入细胞核中进行基因编辑。”7年来，他一直在研究用于药物和基因递送的金纳米颗粒。

Shahbazi利用纯化的以液体形式装在一个小实验室瓶子里的实验室级金制成金纳米颗粒。他将纯化的金与导致单个金离子形成微小颗粒的溶液混合在一起，随后他们测量所形成的颗粒的尺寸。他们发现特定尺寸—19纳米宽—是最好的，这是因为它足够大、足够粘，能够这些颗粒表面添加基因编辑工具，同时又足够小，可以被细胞吸收。

通过包裹在这些金纳米颗粒上，Adair及其团队添加了下面的基因编辑组分：
（1）一种称为crRNA的分子向导，起着遗传GPS（全球定位系统）的作用，可将CRISPR复合物引导到基因组中进行切割的位点上。
（2）CRISPR核酸酶蛋白，通常被称为“基因剪刀”，可以切割DNA。最常用的CRISPR核酸酶蛋白是Cas9。但是，Adair团队还研究了Cas12a（以前称为Cpf1），这是因为Cas12a在DNA中进行交错切割。他们希望这可以让细胞更有效地修复切割，同时将新的遗传指令嵌入细胞中。Cas12a优于Cas9的另一个优点是它仅需要一个分子向导，鉴于金纳米颗粒的空间限制，这一点是很重要的。Cas9需要两个分子向导。
（3）有关进行基因变化的指令（“ssDNA”）。 Adair团队选择了两种免受疾病的遗传性基因变化：CCR5可阻止HIV感染，γ血红蛋白可阻止镰状细胞病和地中海贫血等血液疾病。
（4）聚乙烯亚胺涂层聚集在这些金纳米颗粒的表面上，使得它们携带更多的正电荷，这能够让它们更容易被细胞吸收。这对让细胞摄取基因编辑工具的另一种称为电穿孔的方法的改进。在电穿孔中，给细胞施加较小的电击，让这些细胞接受外来的遗传指令的进入。

这些研究人员随后分离出细胞表面上携带着蛋白标志物CD34的造血干细胞。这些CD34阳性造血干细胞含有产生整个血液和免疫系统的造血祖细胞。

Adair说，“这些细胞每天补充体内的血液，使得它们成为一次性基因治疗的良好候选者，这是因为它们能够自我更新，在一生当中持续存在。”

通过在实验室培养皿中观察人造血干细胞，这些研究人员发现他们的装载着基因编辑工具的金纳米颗粒在加入后6小时内被细胞自然摄取，并且在24到48小时内能够看到基因编辑发生。他们观察到相比于更常用的Cas9 CRISPR蛋白伴侣，Cas12a CRISPR蛋白伴侣更好地对细胞进行基因编辑。

在这些研究人员将这些经过基因编辑的细胞注射到小鼠模型体内8周后，基因编辑效应达到顶峰；注射22周后，这些经过基因编辑的细胞仍然存在。他们还在这些小鼠模型的骨髓、脾脏和胸腺中发现了这些经过基因编辑的细胞，这表明这些器官中发生细胞分裂的血细胞能够发挥治疗作用，无需再对这些小鼠进行治疗。

Adair说，“我们相信我们有两种良好的候选疾病—HIV感染和血红蛋白病—虽然我们也正在评估其他的疾病靶标以及如何产生更大的遗传变化，在这些疾病靶标中，较小的遗传变化能够产生重大影响。下一步是增加基因编辑在每个细胞中发生的程度，这绝对是可行的。这将让它更接近成为一种有效的治疗方法。”

在这项新的研究中，这些研究人员报道10％到20％的造血干细胞发生了基因编辑，这是一个很有希望的开端，但是他们的目标是50%或以上的细胞发生基因编辑，他们相信这将有很大的机会对抗这些疾病。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Reza Shahbazi et al. Targeted homology-directed repair in blood stem and progenitor cells with CRISPR nanoformulations. Nature Materials, 2019, doi:10.1038/s41563-019-0385-5.

2019年6月15日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自韩国科学技术高级研究院（KAIST）和首尔大学等研究机构的研究人员发现早在童年和青春期发生的灾难性基因组重排可导致非吸烟者在晚年患上肺癌。这一发现发有助于解释一些与非吸烟有关的肺癌是如何产生的。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“Tracing Oncogene Rearrangements in the Mutational History of Lung Adenocarcinoma”。

这些研究人员证实非吸烟者体内的基因融合大多较早地发生，有时早在儿童期或青春期，平均而言在肺癌确诊前三十年发生。这项研究表明，这些携带致癌种子（oncogenic seed）的突变肺细胞几十年来一直处于休眠状态，直到进一步的许多其他突变充分积累才进展为肺癌。这是首次揭示肺腺癌基因组结构变异景观的研究。

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，肺腺癌是肺癌中最为常见的类型。大多数肺腺癌与长期吸烟有关，但是大约四分之一的肺腺癌在非吸烟者中产生。确切地说，人们对是什么让非吸烟者患上这种癌症仍不清楚。

在这项新的研究中，这些研究人员利用全基因组测序技术分析了138名肺腺癌患者（包括吸烟者和非吸烟者）的基因组。他们探究了诱导致瘤性转化的DNA损伤。

源自长期吸烟的肺腺癌在这项研究中被称为S4高（signature 4-high）癌症，相比于与吸烟无关的肺腺癌（即S4低癌症），显示出几个显著的特征。

S4高癌症组的患者大多数年龄较大，为男性而且在癌症相关基因KRAS中更频繁地发生突变。S4高癌症组中的癌症基因组在简单的突变类型—比如单个碱基的替换、插入或缺失—上发生高频突变。

但是这个情形在S4低癌症组中非常不同。总体而言，S4低癌症组中的突变谱要比S4高癌症组更为沉默。然而，所有与癌症相关的基因融合—两个初始时分开的基因因融合在一起而受到异常活化—仅在S4低癌症组中观察到。

导致基因融合的基因组结构变化的模式表明，大约四分之三的基因融合病例来自正常肺上皮中导致大量基因组片段化和随后的不精确修复的单个细胞危机。

最引人注目的是，这些导致肺腺癌产生的主要基因组重排很可能在癌症确诊前几十年获得。这些研究人员使用基因组考古学技术来追踪这些灾难性事件发生的时间。

这些研究人员在七年前就开始进行这项研究，当时他们首次在肺腺癌中发现了KIF5B-RET融合基因表达。论文共同通讯作者、KAIST医学科学与工程研究生院的Young-Seok Ju教授说，“非常值得注意的是，肿瘤发生可以从生命早期的大量染色体碎片化开始。我们的研究立即提出了一个新问题：是什么诱导我们正常肺上皮出现这种突变灾难？”

论文共同通讯作者、首尔国立大学的Young Tae Kim教授说，“我们希望这项研究将帮助我们向针对肺癌患者的精准医疗迈进一步。”

这些研究人员计划通过筛选其他癌症类型中融合基因的基因组结构，进一步关注促进体内复杂重排的分子机制。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jake June-Koo Lee et al. Tracing Oncogene Rearrangements in the Mutational History of Lung Adenocarcinoma. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.05.013.

冰岛基因解码公司(deCODE genetics)已经与由政府、慈善团体、研究人员以及全球领先的生物制药与医疗保健公司组成的财团签署了一份协议，对英国生物银行(UK Biobank)的参与者进行全基因组测序。这个具有挑战性的项目将对英国生物银行所有50万名参与者的遗传密码进行完整测序，是迄今为止全球最宏大的单个测序计划之一。

Kari Stefansson, CEO of deCODE Genetics. deCODE genetics in Iceland has entered into an agreement with a consortium of government, charity, researchers and world leading biopharmaceutical and healthcare companies to undertake whole genome sequencing of UK Biobank participants. The project will allow the complete sequencing of the genetic code of all 500,000 participants in the UK Biobank. This challenging project represents the single most ambitious sequencing program ever undertaken in the world.

冰岛基因解码公司经与由政府、慈善团体、研究人员以及全球领先的生物制药与医疗保健公司组成的财团签署了一份协议，对英国生物银行的参与者进行全基因组测序。

英国生物银行拥有英国15年来不断完善的宝贵医学研究资源。此外，英国无私地对世界各地的科学家开放英国生物银行的数据，堪称全球典范。

英国生物银行参与者的全基因组测序工作将由基因解码公司与英国的Wellcome Sanger研究所共同完成，预计测序工作将于2021年夏季完成。该项目将大幅提升英国生物银行独有的丰富数据资源的价值，成为全球科学界可获取的重要资源，帮助科学家们进一步了解、诊断、治疗和预防癌症和痴呆等改变人们生活的疾病。

大规模的测序项目给研究人员带来了不一样的挑战，尤其是在如何产生、存储和分析海量数据方面。基因解码公司已经针对这项极具挑战的项目发展了排序和分析能力。项目所产生的基因数据总量约等于5万亿页文本，数据还将与项目中每位参与者的临床和生活方式等详细数据结合起来。

安进公司旗下全资子公司基因解码公司的首席执行官卡里-斯特凡松(Kari Stefansson)表示：“基因解码公司利用我们在冰岛开创的方法，牵头开展一项全球性疾病基因研究，有望将人类基因研究提升到全新水平。由于基因支持的药物开发计划成功的几率会提高一倍，因此我们的测序能力对于财团和广大的科学界来说，有助于识别和验证有潜力的药物标靶，从而治疗一些最具挑战性的疾病。”

基因解码公司简介

基因解码公司位于冰岛雷克雅末克，是人体基因组方面的全球领导者。基因解码公司利用独特的专长与种群资源，发现了数十种普通疾病的遗传风险因素。了解疾病遗传学是为了使用这方面的信息来开发新的疾病诊断、治疗和预防方法。基因解码公司是安进公司(Amgen) (NASDAQ: AMGN)旗下全资子公司。

2019年10月18日 讯 /生物谷BIOON/ –理解介导癌症基因组中广泛DNA损伤的机制一直以来都是癌症研究人员非常感兴趣的研究领域，近日，一项刊登在国际杂志Genome Biology上的研究报告中，来自贝勒医学院等机构的科学家们通过研究发现，基因组结构的变异或许能作为人类癌症中DNA甲基化改变（基因控制的一种形式）的一种特殊机制。

图片来源：NIH

文章中，研究人员收集了1400多个人类癌症的全基因组测序、基因表达和DNA甲基化数据，他们发现，结构变异会不断改变DNA的甲基化，从而影响数百个基因的表达，这从总体上降低了癌症DNA甲基化的整体水平。研究者Chad Creighton教授说道，当基因组中一个部位的DNA片段移动到另一个位置上时就会出现基因组结构的变异，因此，当对DNA片段进行测序后研究者就会发现来自两个DNA片段在基因组上会发生融合，这就会干扰DNA编码的遗传指令。

研究者分析了基因组结构变异对人类癌症中DNA甲基化和基因表达的影响，他们对人类癌症基因组图谱和全基因组胰腺癌分析计划中的数据进行分析，这些数据包括贯穿整个基因组的分子改变，即包括多种癌细胞中的蛋白编码基因和调节区域，同时还以来自非癌变组织的相同信息作为研究对照。研究者发现，在相当一部分癌症类型中，基因组结构变异在改变DNA甲基化上扮演着非常关键的角色，DNA甲基化是一种能控制基因表达的特殊方式，同时其也是表观基因组的一部分，表观基因组涉及对DNA的所有化学修饰，同时还与调节基因组中基因表达的蛋白直接相关。

研究者Creighton说道，在多种癌症类型中，甲基化的改变往往会以一种非随机的方式发生，这些基因中的一部分此前就发现与癌症有关，但研究者还鉴别出了一些此前认为与癌症并无关联的基因，一些基因可能会直接参与患者发病。总的来说，结构变异与DNA甲基化的整体水平下降有关。在癌症中，表观基因组会发生改变，而在当前研究中，结构变异就是改变表观基因组的一种重要机制。研究者认为，在不同的癌症中，特定癌症中存在的结构变异数量是并不相同的，一些癌症可能并不会发生很大改变，而有些癌症则会出现广泛的结构变异，这就能帮助研究人员根据癌症的结构变异程度对其进行有效分类。

相关分析还能为研究者提供其它信息，比如研究者就发现，携带高水平DNA改变的癌症往往趋向于免疫细胞的浸润水平下降，这对于癌症免疫疗法的开发或许意义重大；本文研究结果表明，结构变异不仅在音符DNA序列错误上扮演关键角色，其还能在表观遗传学水平下影响DNA的表达，后期当研究者寻找癌症遗传诱因时，他们或许可以考虑一下结构变异对DNA甲基化的影响效应。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Yiqun Zhang et al, Global impact of somatic structural variation on the DNA methylome of human cancers, Genome Biology (2019). DOI:10.1186/s13059-019-1818-9