基因新闻 第128页

国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表了中国科学院分子植物卓越创新中心/植物生理生态研究所上海植物逆境生物学研究中心黄朝锋研究组和朱健康研究组合作完成的题为DNA demethylase ROS1 negatively regulates the imprinting of DOGL4 and seed dormancy in Arabidopsis thaliana 的研究论文。该研究发现了拟南芥DNA去甲基化酶ROS1负调控DOGL4基因的印记和种子休眠的新机制。

基因印记是指父母本来源等位基因之间发生显着表达差异的一种表观遗传现象。在植物中，基因的印记表达主要出现在胚乳中。拟南芥中含有4个DNA去甲基化酶，其中DME特异在雌配子的中心细胞中表达，它通过去甲基化作用调控了胚乳的基因组印记。然而，其它更广泛表达的去甲基化酶是否参与了基因组印记的调控仍未知。此研究发现另一个DNA去甲基化酶ROS1参与了DOGL4基因的印记调控。DOGL4是调控种子休眠基因DOG1的同源基因，它是一个胚乳中父本不完全印记基因。与母本等位基因相比，DOGL4的父本等位基因由于其启动子的-1.0 kb区域甲基化更高从而使父本等位基因表达受到了部分抑制，该甲基化过程主要是由RNA介导的DNA甲基化（RdDM）介导。虽然调控印记基因表达的关键因子DME和PRC2复合物也参与调控DOGL4的表达，但它们不调控DOGL4基因的印记。在ROS1突变体中，DOGL4父本等位基因在包括-1.0 kb和-0.5 kb在内启动子区域都被超甲基化，导致父本等位基因的表达被完全抑制，而母本等位基因的启动子区域仍保持较低的甲基化水平，从而最终使DOGL4在ROS1突变体中变成一个完全的父本印记基因。因此，ROS1通过对父本等位基因启动子进行去甲基化来负调控DOGL4基因的印记。

此外，该研究发现DOGL4参与负调控种子休眠和对脱落酸（ABA）的响应，并且它在胚乳中的印记表达也对种子休眠和ABA响应的调控起一定的贡献作用。ROS1则通过正调控DOGL4的表达来负调控种子休眠和ABA响应，而ROS1的两个同源基因DML2和DML3不参与调控DOGL4。该研究结果揭示了ROS1在调控基因印记和种子休眠方面的新功能和新机制。(生物谷Bioon.com）

2018年10月28日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自英国威康基金会桑格研究所和欧洲分子生物学实验室（EMBL）欧洲生物信息学研究所等研究机构的研究人员对六种哺乳动物物种中的25万多个细胞的基因进行测序，证实了免疫反应中的基因如何在不同的细胞之间和不同的物种之间具有不同的活活性。相关研究结果于2018年10月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity”。

这些研究人员以前所未有的细节研究了在细胞对病原体入侵作出的初始反应–先天性免疫反应（innate immune response）—中激活的基因。他们利用单细胞基因组学技术测量了25万多个细胞中数千个基因的活性来绘制抗病毒和抗细菌免疫的进化。

之前的研究已表明，先天性免疫反应中的许多基因在脊椎动物中快速地进化。这被认为是由来自细菌和病毒等病原体的无情攻击压力造成的。这些基因包括产生细胞因子和趋化因子分子的基因，它们以多种方式起作用—一些分子是提醒身体危险存在的炎症分子；其他的分子限制病原体增殖的能力；还有一些分子诱导细胞死亡。它们代表了一种成功的宿主策略来抵抗快速进化的病原体。

这些研究人员证实这些基因在不同的物种之间快速地进化，而且在单个组织内的不同细胞中也具有高度可变的活性。相比之下，他们发现在不同物种之间保守的并调节免疫反应的基因在单个组织的不同细胞之间中更加一致性地被激活。这些基因可能受到更严格的限制，这是因为它们参与细胞内的许多不同功能。但是，它们也是病毒的靶标。这些受到更严格限制的基因代表着致命弱点，可被病原体用来破坏免疫系统。

论文第一作者、威康基金会桑格研究所研究员Tzachi Hagai博士说，“我们认为这种激活模式—一些基因受到严格控制，而另一些基因具有更多的可变活性—已进化成了一种对先天性免疫反应加以微调的方式。它是高效的，但又是平衡的。基因能够经进化后协助细胞控制入侵者，而且对这些基因的使用能够因细胞而异，因此周围组织不会受到大量攻击的影响。”

论文通信作者、威康基金会桑格研究所细胞遗传学主任Sarah Teichmann博士说，“在单细胞分辨率下DNA测序的强大功能意味着开展这种类型的研究如今是可行的。据估计，人体有37万亿个细胞，每个细胞具有相同的遗传密码。但是不同的细胞具有不同的表现，它们以不同的方式使用遗传密码。通过研究单个细胞，我们能够理解生命的这些基础的构成单元（building block，这里指的是细胞）以及它们如何一起合作，包括它们如何抵抗病原体。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Tzachi Hagai, Xi Chen, Ricardo J. Miragaia et al. Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity. Nature, Published Online: 24 October 2018, doi:10.1038/s41586-018-0657-2.

2018年12月8日/生物谷BIOON/—基因BRCA1和BRCA2发生突变对乳腺癌和卵巢癌构成严重风险，这是因为它们通过干扰同源重组修复（HR）来危害细胞的基因组稳定性，其中同源重组修复是一种准确地修复有害的DNA双链断裂的关键机制。如果没有利用这种机制修复DNA双链断裂的能力，那么细胞就不得不采用更容易出错因而更容易发生癌变的DNA修复方式。

基因BRCA1和BRCA2不是唯一的当发生突变时会导致无法利用同源重组修复DNA双链断裂而促进肿瘤发生的基因。已知22个基因发生的突变会破坏同源重组修复，从而产生具有“BRCAness”表型的肿瘤。已知在这22个BRCAness基因中，除了其中的一个基因之外的所有其他的BRCAness基因都直接参与同源重组修复通路。

这个例外的基因是CDK12，它被认为是促进一系列不同的过程，涉及RNA转录本如何被延长、剪接和切割成它们的成熟形式。尽管人们对这个RNA调节基因与DNA修复之间存在的关联性仍然知之甚少，但是鉴定出CDK12是一个BRCAness基因引起了极大的临床兴趣。

在一项新的研究中，美国麻省理工学院的Phillip Sharp、Sara Dubbury和Paul Boutz描述了他们如何发现一种先前未知的机制，通过该机制，CDK12能够产生全长RNA转录物，而且这种机制对于维持其他的BRCAness基因的功能性表达尤其重要。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“CDK12 regulates DNA repair genes by suppressing intronic polyadenylation”。

当这些研究人员敲除CDK12时，小鼠胚胎干细胞显示出许多DNA损伤累积的迹象，这些DNA损伤会阻止DNA复制的进行，这是BRCAness表型的典型特征。为了确定CDK12在调节基因表达中可能发挥的作用，他们通过RNA测序来确定哪些基因的总体表达会增加或减少。当着重关注转录的RNA类型时，他们发现当CDK12缺失时，许多基因产生异常短的转录本。

并非基因中的每个DNA片段都会进入最终的RNA转录本中。一个基因的初始RNA转录本通常包含称为内含子的DNA片段，这些内含子会从RNA转录本中切除，从而将多个外显子拼接在一起而形成最终的成熟转录本，即mRNA。或者，内含子多腺苷酸化（intronic polyadenylation, IPA）位点经激活后切割位于这个位点之后的RNA序列，从而阻止内含子移除并产生过早缩短的RNA转录本。这些过程允许同一个基因产生不同的mRNA形式，因而经翻译后产生不同的蛋白序列。

令人吃惊的是，CDK12基因被敲除的细胞在全基因组中产生显著更多的IPA截短转录本，而且全长的RNA转录本的水平降低了。这些缩短的mRNA在稳定性、翻译成蛋白的能力以及它们的蛋白功能方面差异很大。因此，即便一个基因发生活跃转录，IPA激活也能够从根本上改变或减少它经翻译后产生的功能性蛋白。

虽然这一观察结果开始阐明了CDK12在调节mRNA加工中的作用，但仍然不清楚的是为什么CDK12缺失如此不成比例地影响同源重组修复途径。在研究这个问题时，Dubbury和Boutz发现在CDK12缺失后IPA活性增加的那些基因中，BRCAness基因作为一个整体被过度代表了。虽然CDK12在全基因组中抑制IPA活性，但是在剩下的21个BRCAness基因中，13个基因被发现特别容易受到CDK12缺失的影响，这部分上是因为它们具有多个高敏感性的IPA位点，因而具有降低全长RNA转录本总量的加和效应。此外，鉴于多个CDK12敏感性的BRCAness基因在相同的同源重组修复途径中起作用，这些研究人员认为CDK12缺失会加大破坏对双链DNA断裂的同源重组修复。

CDK12突变在前列腺癌和卵巢癌患者中反复出现，这使得它成为癌症的一种有吸引力的诊断和治疗靶标。然而，对CDK12的了解还不足以区分真正的功能丧失突变和所谓的不影响功能的“乘客突变（passenger mutation）”。

Dubbury和Boutz能够通过使用来自携带着CDK12突变的前列腺肿瘤患者和卵巢肿瘤患者的RNA测序数据，以及通过使用一种CDK12抑制剂处理人前列腺腺癌细胞和卵巢癌细胞，证实关键性的BRCAness基因中的IPA位点也被频繁地使用。

这一结果表明在小鼠细胞系中观察到的CDK12机制在人类中是保守的，而且人卵巢肿瘤和前列腺肿瘤中的CDK12突变可能通过增加IPA活性促进肿瘤发生，从而功能性地减弱同源重组修复。

Dubbury说，“这些结果不仅让我们更好地了解CDK12如何导致BRCAness表型，而且它们也可能在临床上产生令人兴奋的潜在影响。当前的诊断技术可用来检测这项研究中发现的IPA位点的使用情况，以便快速地筛查携带着真正功能丧失的CDK12突变的患者，这样这些患者将会对BRCAness靶向治疗产生反应。”

总之，这些研究人员取得的关于CDK12抑制内含子多聚腺苷酸化的发现对基因结构和癌症控制提供全新的认识。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Sara J. Dubbury et al. CDK12 regulates DNA repair genes by suppressing intronic polyadenylation, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0758-y.

2018年12月14日 讯 /生物谷BIOON/ –癌症是如何进行扩散的？近日，一项刊登在国际杂志Molecular & Cellular Proteomics上的研究报告中，来自麦吉尔大学的科学家们通过对人类大脑肿瘤细胞进行研究，回答了关于癌症扩散过程中的重要问题；研究人员对一种名为EGFRvIII的基因进行研究，EGFRvIII主要存在于胶质母细胞瘤患者机体中，而胶质母细胞瘤是一种快速发生扩散的恶性脑瘤，其通常难以治疗。

图片来源：McGill University Health Centre

这项研究中，研究人员深入分析了致癌基因（诸如癌基因EGFRvIII等）如何改变细胞之间交流信息的内容，研究者Janusz Rak博士表示，癌细胞会成群结队地攻击我们，但如果想要协同工作的话，癌细胞之间必须相互沟通；其中一种方法就是通过名为细胞外囊泡（Evs）或外泌体的微小囊泡结构来沟通，细胞外囊泡中通常会充满活性蛋白质，其能扮演细胞间穿梭信使的功能。

让细胞说不同种语言的基因

研究者发现，诱发癌症的癌基因EGFRvIII同样还会让细胞“讲出不同的语言”，细胞外囊泡中蛋白质能够改变细胞的行为，比如其会让细胞入侵到组织中或发生扩散，随着细胞外囊泡在不同细胞间传递蛋白质，其中有些就会被认为是具有侵袭性的信号，而这将会组成癌症的重要部分；让研究人员非常惊讶的是，致癌基因EGFRvII能够改变细胞外囊泡中成百上千种蛋白质，完全改变细胞之间交流的信息。

阻断细胞间交流来抵御癌症

相关研究结果或有望帮助科学家们通过阻断不同癌细胞间细胞外囊泡的信息传递，来开发出阻断癌症发生扩散的新方法。研究者Dongsic Choi博士说道，本文研究表明，不同的癌基因或许对细胞间的交流沟通会产生不同的效应，同时还会对癌细胞所释放或接收的细胞外囊泡结构的类型和内容物产生一定影响，因此我们就需要深入理解其中所涉及的分子机制来开发新型的癌症个体化疗法。

研究者能在血液样本中检测到细胞外囊泡的存在，因此以这种方法就能用来对癌症进行诊断；研究人员所发现的细胞外囊泡相关的蛋白质未来或有望开发出新型诊断策略或治疗胶质母细胞瘤的新型疗法。多形性胶质母细胞瘤（glioblastoma multiforme）在45-70岁之间的人群中非常流行，同时其也是所有癌症类型中预后最差的一种；每年大约有1000名加拿大人被诊断为胶质母细胞瘤，仅有4%的患者能够存活5年及以上，目前研究人员仍然并不清楚诱发胶质母细胞瘤的分子机制。

后期研究人员希望能基于本文研究结果进行更为深入的研究，开发出能有效治疗胶质母细胞瘤的新型个体化诊断技术或策略。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Dongsic Choi, Laura Montermini, Dae-Kyum Kim, et al. The Impact of Oncogenic EGFRvIII on the Proteome of Extracellular Vesicles Released from Glioblastoma Cells, Molecular & Cellular Proteomics (2018). DOI:10.1074/mcp.RA118.000644

2019年1月10日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ — UniSA药学高级讲师Vijay Suppiah博士表示，药物遗传学检测是确保患者服用适合其特定DNA特征的药物的最有效方法。他呼吁澳大利亚采用药物遗传学（PGx）测试来更有效地提供药物治疗， 

“大多数人都希望当他们从药房获得处方药时，它会有效并且副作用很小。不幸的是，仅有60%的患者能够如愿。原因在于，人们没有意识到他们的基因构成在特定药物是否起作用或甚至具有不良副作用方面起着重要作用。”

（图片来源：www.pixabay.com）

澳大利亚德勤经济学的药物遗传学分析表明，如果PGx检测在澳大利亚被广泛采用，将在五年内为国家卫生系统带来120亿美元的经济效益。

“通过让医生针对患者确定正确的药物和正确的剂量，它可以最大限度地减少药物不良反应，避免浪费并提高患者的护理质量。此外，PGx检测只需要进行一次，这与血糖或血液不同压力监测，患者必须进行反复检测。

2018年对阿德莱德40名老年人的调查发现，近78％的人使用了五种或更多的药物。只有17％的人意识到他们的药物之间可能存在相互作用，只有超过37％的人表示他们的家庭医生没有讨论他们的药物可能产生的副作用。

“大多数参与者无法描述每种药物的处方条件，这也非常令人担忧，”Suppiah博士说。

他说，药物遗传学检测有助于澄清药物相互作用在遗传水平上对不同人群的潜在影响 – 这个领域充满了风险。（生物谷Bioon.com）

资讯出处：Let’s map our DNA and save billions each year in health costs

2019年1月24日/生物谷BIOON/—来自原核生物CRISPR/Cas系统的酶已被用作可编程的和高度特异性的基因组编辑工具。目前的基因组编辑技术集中在II型CRISPR-Cas系统上，该系统含有单个用于DNA切割的蛋白效应核酸酶。然而，到目前为止，仅有两个II型核酸酶家族用于人细胞中的基因组编辑：Cas9，即一种由两个向导RNA（gRNA）引导的核酸酶，含有两个核酸酶结构域：HNH和RuvC，其中这两个gRNA为CRISPR RNA（crRNA）和tracrRNA；Cas12a，即一种由单个gRNA引导的核酸酶，含有单个结构域：RuvC，其中这单个gRNA为crRNA。

在一项新的研究中，来自美国布罗德研究所的张锋（Feng Zhang）及其团队着重关注第三种II型蛋白效应核酸酶：Cas12b，即一种由两个gRNA引导的核酸酶，含有单个结构域：RuvC，其中这两个gRNA为crRNA和tracrRNA。尽管Cas12b蛋白通常比Cas9和Cas12a小，因而从通过病毒载体进行细胞内递送的观点来看具有吸引力，但是得到最好描述的来自嗜酸耐热菌（Alicyclobacillus acidoterrestris）的Cas12b核酸酶（AacCas12b）在48°C时表现出最佳的DNA切割活性，这阻止它在哺乳动物细胞中的应用。张锋团队试图鉴定出在较低温度下有活性的Cas12b家族成员，这样就可用于人类基因组编辑。相关研究结果于2019年1月22日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome editing”。

通过利用之前已发现的Cas12b在序列数据库中进行BLAST检索，张锋团队鉴定出27个Cas12b家族成员。他们选择了14个之前未被描述过的Cas12b基因用于实验研究，这样就可避免之前已被描述的Cas12b家族成员和那些来自广为人所知的嗜热菌的Cas12b家族成员。鉴于已知所有的靶向DNA的II型CRISPR–Cas核酸酶仅在位于靶位点两侧的前间区序列邻近基序（protospacer-adjacent motif, PAM）存在时才能进行DNA切割，为了证实已被鉴定出的每个Cas12b基因是功能性的CRISPR-Cas系统并找出它们的PAM序列，他们在大肠杆菌中表达了经过人类密码子优化的带有天然的两侧序列的Cas12b，并将随机的5′ PAM文库导入大肠杆菌转化细胞中。通过深度测序，他们发现在这14个测试的Cas12b基因中，仅4个Cas12b家族成员（AkCas12b、BhCas12b、EbCas12b和LsCas12b）受到影响，这就表明在异源宿主细胞中发生功能性的DNA干扰。

为了在描述这4个Cas12b家族成员的生化性质，张锋团队在体外测试了纯化的Cas12b蛋白与对应的tracrRNA和crRNA组分在一起时的DNA切割活性。为了简化基因递送，他们将引导Cas12b到靶位点上的tracrRNA和crRNA融合成单导RNA (single-guide RNA, sgRNA)。他们发现EbCas12b和LsCas12b具有最小的切割活性，而AkCas12b和BhCas12b在37 °C时表现出最强的切割活性。不过，他们发现在293T细胞中，这两种Cas12b可诱导插入或删除（insertion or deletion, indel）突变，但是indel发生率小于1%。为了增加切割效率，他们改变了tracrRNA和crRNA之间的连接、移除错配的发夹结构以及改变5’起始位点和间隔序列长度，结果发现，这些变化对AkCas12b sgRNA具有较小的影响，但是BhCas12b sgRNA的5’端发生5nt截断可显著地改善BhCas12b对多个靶位点的切割活性，改善幅度高达30倍。

然而，在检测体外切割反应时，张锋团队发现AkCas12b和BhCas12b偏好切割非靶DNA链，而且这种行为在较低温度时更为显著，这就降低了BhCas12b作为一种用于有效的用于基因组编辑的核酸酶的潜力。为此，他们通过一系列突变实验，发现含有K846R/S893R/E837G突变的 BhCas12b v4突变体在多个位点上表现出最高的切割活性。而且与此相一致的是，纯化的BhCas12b v4突变体在37 °C下表现出增加的dsDNA切割活性，而且带切口的dsDNA显著减少。

鉴于强效的基因组编辑工具应当在一系列靶标上是高效的和特异性的，张锋团队在针对293T细胞中的5个基因的56个靶位点上测试了BhCas12b v4突变体，结果观察到强效的DNA切割。接着，他们通过电穿孔技术将BhCas12b v4-sgRNA复合物递送到人CD4+ T细胞中。在3个测试的靶位点上，这些复合物表现出的indel发生率为32%～49%。这些数据表明BhCas12b v4突变体在多种基因组编辑环境下（包括一种在治疗上有重大意义的人细胞类型）可作为一种有效的可编程的核酸酶。

最终，张锋团队试图确定BhCas12b在人细胞中的全基因组靶向特异性。他们选择了9个在不同Cas核酸酶之间表现出相当的indel活性的靶位点，并进行了Guide-Seq分析。针对BhCas12b v4突变体或AsCas12a，他们并没有检测到任何脱靶位点的存在，然而来自酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）的Cas9（SpCas9）在其中的6个靶位点上表现出显著的脱靶切割。在14个非匹配性的位点上开展的进一步Guide-Seq实验表明BhCas12b v4突变体仅在2个位点上检测到脱靶切割。与这些发现相一致的是，当gRNA和靶DNA之间的位点1～20上发生双位点错配时，他们观察到有限的indel活性，而且对单个位点错配表现出较低的耐受性。这些结果对在人细胞中观察到的较低的脱靶活性提供了一种分子水平上的解释。

综上所述，除了Cas9和Cas12a（之前称为Cpf1）之外，这项新的研究建立了第三种由RNA引导的核酸酶平台，可用于人细胞中的基因组编辑。更重要的是，这种新的平台具有更低的脱靶效应。此外，BhCas12b v4突变体的较小尺寸和较高的靶位点切割特异性使得它成为一种有前景的在体内进行基因组编辑的工具。（生物谷 Bioon.com）

关于张锋：
张锋，男，1982年出生于河北石家庄，斯坦福大学化学及生物工程博士，是当今最为人所关注的华人生物学家之一。他最著名的工作是基因修饰技术CRISPR-Cas9的发展和应用，率先获得了美国专利，并被视为诺贝尔奖的热门人选之一。

张锋于2011年加入麻省理工学院，同时在麦戈文脑科学研究所（McGovern Institute）大脑与认知科学部门，以及布罗德研究所（Broad Institute）从事科研工作。2013年，他的实验室开发出创新性CRISPR/Cas系统，大幅度提高了编辑基因的可靠性和效率，引起国际关注，因其突破性的研究成果，他获得了众多荣誉。

2014年，张锋被《自然》杂志评选为2013年年度十大科学人物之一，2015年获得“年度波士顿人”提名，2016年三月获得加拿大盖尔德纳国际奖。

最近几年，张锋及其团队在CRISPR/Cas领域不断取得新的成果。比如，2016年，他们发现一种靶向作用于RNA而不是DNA的新型CRISPR系统：CRISPR/C2c2。2017年4月，他们将一种靶向RNA（而不是DNA）的CRISPR相关酶（即Cas13a）改造为一种快速的、廉价的和高度灵敏的诊断工具：SHERLOCK（Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing），从而有潜力引发研究和全球公共卫生变革。2017年10月，他们发现CRISPR/Cas13可靶向哺乳动物细胞中的RNA，而在同月的另一项研究中，他们将gRNA与一种不同的没有切割活性的核酸酶dCas13和一种将RNA中的A转化为I的天然性酶融合在一起而构建出一种RNA碱基编辑器。2018年2月，他们在SHERLOCK的基础上进一步增加了它的灵敏度，并增加准确地定量确定样品中的靶分子水平和一次测试多种靶分子的能力。

另外，值得一提的是，加州大学伯克利分校和布罗德研究所之间的CRISPR专利纠纷在美国和欧洲仍然酣战不已。这一系列专利专利纠纷更是让张锋闻名于世。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jonathan Strecker et al. Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome editing. Nature Communications, 2019, doi:10.1038/s41467-018-08224-4.

自从20世纪90年代后期循环系统中的胎儿cf-DNA被发现以来，利用从孕妇外周血来检测胎儿染色体常见的非整倍体的NIPS技术已经快速发展起来。在检测21号、18号和13号三体方面，NIPS相比传统的血清学方法无论是在灵敏度和特异性方面都要更加优秀。同时NIPS逐步扩展到筛查性染色体异常与微缺失综合征。另外，基于人群的携带者筛查在1970年开始推广，在减少严重隐性单基因遗传病方面具有很高的性价比。之前报道过，近60%的严重产后单基因疾病是显性遗传模式，其中大多数是由基因新发突变（de novo）引起的，但是，尽管这类疾病的发病率相对较高，但尚未提供以人口规模的产前筛查。值得注意的是，高通量测序(NGS)为常见显性骨骼发育不良的非侵入性产前诊断提供了一种准确而灵活的方法。利用数字PCR、sanger测序或NGS对少数变异或基因进行针对性的非侵入性产前检查已经发展成为单基因疾病的检测方法。这些方法的局限性在于它们聚焦于检测较小目标区域的突变和使用位点特异性引物，很难在高度支离破碎的cfDNA中同时检测到许多散发性突变。最近贝勒医学院的科学家们重新设计了Nips可以同时对30个基因的新发或遗传自父母的致病变异进行检测，文章发表于顶级医学杂志Nature Medicine。

30个基因对应的是人类常见的显性遗传病，发病率累积达到1/600。为了减少建库和测序误差，使用独特分子标签（UMI）技术，在变异突变丰度小于等于2.5%时，UMI相比普通技术可以显着减少建库和测序误差，接下来，还开发了一种基于单核苷酸多态性（SNP）的胎儿cfDNA比例（FF）计算方法，该方法使用母体血浆中存在的胎儿cfDNA中的来自父母的等位基因信息。其与经典的基于Y染色体男胎相比，相关系数达到0.981.

在检测突变方面，应用标准的正常转化过程将含有基因座特异性DNA变异的基于UMI的NGS reads的数量转换为Z值，将Z >  0.6作为cutoff排除假阳性位点，

来自美国、欧洲和亚洲的458个临床样本被收集，422个符合纳入标准，在这些样本中151（35.8%）个样本胎儿超声异常，28个检测有新发致病或可能致病变异，43个（10.2%）有遗传病家族史

35个阳性样本有26个获得后续临床怀孕信息，1个为自发流产，8个选择终止妊娠，7个为出生后死亡，10个为出生存活。20个阳性样本通过侵入性或流产组织/出生后获得验证，100%符合。

在本项目通过Nips进行单基因遗传病筛查的先进技术包括独特分子标签技术可以准确分析低比例突变；通过探针杂交而不是PCR扩增来靶向富集以避免高度片段化的cfDNA中的等位基因丢失； 用于检测靶基因中基本上所有序列突变的全基因测序；基于SNP的胎儿cfDNA比例评估与基于该比例的Z值评估低频变异的统计方法。

游侠点评

通过cfDNA来进行单基因遗传病的筛查毫无疑问是将来的方向，准确评估胎儿cfDNA比例非常关键，相比基于父母的携带者筛查方案来说，本项目提到的方案可以检测新发突变而更有优势，胎儿cfDNA的高效富集将加速该方案在临床的落地与应用。(生物谷Bioon.com）

小编推荐会议  2019先进体外诊断行业峰会

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人类的遗传疾病与农作物农艺性状改变通常是由基因组中的单个或少数核苷酸的突变引起的。单碱基基因编辑技术为定向编辑基因组中的关键核苷酸变异提供了重要工具。中科院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队在水稻中对两种胞嘧啶编辑器(CBE) BE3和HF1-BE3， 以及一种腺嘌呤编辑器(ABE)的特异性进行了全基因组水平评估，首次在体内利用全基因组测序技术全面分析和比较了单碱基编辑系统在基因组水平上的脱靶效应。相关研究成果于3月1日在线发表在《科学》杂志上。

鉴定与定向修正基因组中关键的核苷酸变异，是人类遗传疾病治疗及动植物育种的重要研究方向。基于CRISPR系统的单碱基基因编辑技术是近年来取得的革命性技术之一，已广泛应用于基础研究、疾病治疗和作物遗传改良等各个方面。

根据靶向碱基的不同，单碱基编辑器主要分为两类，胞嘧啶单碱基编辑器与腺嘌呤单碱基编辑器，分别由胞嘧啶脱氨酶或改造的腺嘌呤脱氨酶与nCas9蛋白融合而来，对应地可在基因组中的靶向位点实现C>T或A>G的碱基编辑。

但在拥有海量数据信息的全基因组中精准地编辑某个目标基因，这并不是一件容易的事情，有时可能会“破坏”掉控制优良性状或功能的基因。

“目前，CBE与ABE已在多个物种中得到了广泛应用。然而，对它们脱靶效应的检测还很不充分，原因在于，此前研究的数据主要来源于体外实验研究，或者是利用生物信息学软件预测的有限靶序列相似位点的检测，而CBE与ABE在体内全基因组范围的脱靶效应还未得到详细评估。”论文第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所博士生靳帅说。通过全基因组测序分析克隆植物样本，可以克服上述数据局限性，从而客观评价整个基因组水平上的单碱基编辑技术的特异性。

研究人员对经过不同单碱基编辑系统转化的56棵T0代水稻植株与21株对照植株进行全基因组测序。进一步序列统计分析发现，经过单碱基编辑系统处理后，基因组内插入或删除碱基突变的数量与对照组相比没有显着变化。但是无论是在有无sgRNA的情况下，BE3与HF1-BE3均可在水稻基因组中造成大量额外的单核苷酸变异，且大部分为C>T类型的碱基突变。

与经过农杆菌转化但不含任何单碱基编辑系统的对照植株相比，经过BE3系统和HF1-BE3系统处理的植株在全基因组范围内发生C>T的单核苷酸变异分别增加了94.5%和231.9%。而且，目前常用的脱靶预测软件Cas-OFFinder软件难以预测到上述额外增加的C>T单核苷酸变异的脱靶位点。

此外，研究还发现，这些C>T的变异在染色体间均匀分布，但是在转录活跃区呈现出富集的趋势。与CBE系统相反，ABE系统的单核苷酸变异数量与对照组无显着性差异，并没有检测到基因组内的脱靶效应，表现出非常高的特异性。

研究人员总结道，ABE编辑器能够精准实现单碱基编辑， 但BE3和HF1-BE3的胞嘧啶编辑器在全基因组范围都存在脱靶编辑， 脱靶的原因很可能是所用的胞嘧啶脱氨酶或UGI引起基因组随机变异。该研究对单碱基编辑工具的应用和下一步改造具有重要指导意义。未来，如何降低或消除胞嘧啶单碱基编辑工具的脱靶， 将是基因编辑技术优化的一个重要方向。(生物谷Bioon.com）

2019年3月10日讯/生物谷BIOON/—2017年末，科学家们首先开始尝试编辑成年人的基因，以治疗罕见的遗传疾病。2019年2月7日，在美国佛罗里达州奥兰多市举行的WORLDSymposium会议上，来自Sangamo 治疗公司（Sangamo Therapeutics）的研究人员分享了一项临床试验的初步结果，该初步结果表明他们真地成功地改变了DNA，不过目前尚不清楚这种干预措施是否有助于患者。

Sangamo 治疗公司招募的参与这项临床试验的男性包括8名亨特综合征（Hunter syndrome）患者和3名赫勒综合症（Hurler syndrome）患者。这两种疾病都是罕见的由突变引起的代谢疾病，这些突变导致男性体内缺乏降解某些多糖所需的酶。结果就是，糖分子在体内累积，从而导致器官损害，并常常导致早逝。

这些研究人员使用由病毒载体递送的锌指核酸酶（ZFN）来切割特定位置上的缺陷基因，并用正确的编码基因替换它。这种技术与CRISPR-Cas9具有相似性，但开发起来有点困难。

这些研究人员通过静脉注射低剂量、中剂量或高剂量的病毒载体进行基因编辑。测试结果表明两名接受中剂量治疗的男性亨特综合征患者在他们的组织中具有较低水平的校正基因，而一名接受低剂量治疗的男性亨特综合征患者则没有。针对其他测试条件的结果即将公布。这项临床试验中的大多数患者并没有经历与这种基因治疗相关的健康问题。然而，一名男性患者表现出免疫反应的迹象，并因此接受了相关治疗。

一些赫勒综合症患者的因突变而缺失的酶水平有所增加，但是并没有上升到未受影响人群中的典型水平。来自接受治疗的赫勒综合症患者的初步结果显示上升到正常水平。

美国宾夕法尼亚大学的Kiran Musunuru（未参与这项临床研究）说，“它看起来很安全. . .这是一个非常积极的迹象。”Musunuru说，这些结果是充满希望的，但是在清晰地确定这种疗法是否有助于这些患者之前，还需要对他们进行更长时间的研究。

在另一项临床试验中，UniQure公司在2019年2月8日报道，在给予B型血友病患者治疗12周后，一种基因疗法提高了一种称为因子IX（FIX）的蛋白的水平，其中这种蛋白有助于血液凝结。

这种称为AMT-061的基因疗法使用一种携带着编辑系统和正确基因序列的病毒载体。根据UniQure公司的一份声明，三名患者接受了这种基因疗法。UniQure公司首席医疗官Robert Gut在这份声明中说道，“这项临床研究证实AMT-061有潜力将FIX的活性提高到正常范围，并且继续保持良好的耐受性，未报道严重不良事件，也没有患者需要任何免疫抑制疗法。”目前尚不清楚这项临床研究的参与者是否经历过任何临床益处。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Preliminary Results Point to Success of In Vivo Gene Editing
https://www.the-scientist.com/news-opinion/preliminary-results-point-to-success-of-in-vivo-gene-editing-65452