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基因泰克免疫疗法Tecentriq与化疗组合结果出炉

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基因泰克免疫疗法Tecentriq与化疗组合结果出炉

 

今日,罗氏(Roche)集团下的基因泰克(Genentech)公司宣布了一条引人关注的消息:其重磅免疫疗法Tecentriq与化疗组合,在一项3期临床试验中彰显出了对三阴性乳腺癌的出色治疗效果。该组合疗法不但显着延长了患者的无进展生存期(PFS),还为PD-L1阳性人群带来了积极的总生存期(OS)数据。这也是首个在三阴性乳腺癌的治疗中,彰显出显着PFS改善的免疫疗法3期临床试验

乳腺癌是全美女性中,第二大常见的癌症。根据美国癌症协会(American Cancer Society)估计,今年全美约有26.6万名女性将被诊断患有乳腺癌,4.1万人将因此去世。在乳腺癌中,一类叫做“三阴性乳腺癌”的疾病大约占了10%-20%。虽然所占比例并非多数,但此类癌症极具侵袭性,且对于常见的激素疗法或HER2靶向疗法均不敏感。因此,这一癌症类型上,患者还有着重大未满足的医疗需求。

由基因泰克带来的Tecentriq是一款能有效结合PD-L1的单克隆抗体。通过与肿瘤细胞和肿瘤浸润免疫细胞表面的PD-L1结合,这款新药能阻止PD-L1与PD-1和B7.1受体的结合,从而有望重激活T细胞,让它们对癌症展开攻击。先前,这款重磅免疫疗法已获批用于特定膀胱癌和肺癌的治疗。

为了测试这款免疫疗法在三阴性乳腺癌中的治疗潜力,研究人员们主导了一项名为IMpassion130的3期临床试验。该试验分为两组,一组接受Tecentriq(以28天为一个周期,在周期的第一天和第十五天输注840mg)和Abraxane(以28天为一个周期,在周期的第一天、第八天、第十五天输注每平方米100mg);另一组只接受Abraxane的治疗。研究表明,在902名患者参与的这项3期临床试验中,Tecentriq与Abraxane组合疗法在三阴性乳腺癌的一线治疗中,显着减少了疾病进展或死亡风险。在初步分析中,PD-L1阳性患者群体的总生存率也令人振奋。该研究的具体数据尚未得到透露,基因泰克计划在将来的医学会议上公布研究的具体内容。

“IMpassion130是首个在三阴性乳腺癌治疗中,显示出积极成果的3期免疫疗法研究。三阴性乳腺癌是一种极具侵袭性的疾病,治疗方案有限,”基因泰克首席医学官兼全球产品开发负责人Sandra Horning博士说道:“受这些结果的鼓舞,我们计划向全球监管部门递交申请,期望将这一组合尽快带给三阴性乳腺癌的患者。”

按计划,这项组合疗法将向包括美国FDA和欧洲EMA在内的全球监管部门递交上市申请。我们期待这款免疫疗法组合能尽快获批,为三阴性乳腺癌患者带来及时雨。(生物谷Bioon.com)

Nature:重大突破!无需病毒载体,利用电穿孔成功对人T细胞进行CRISPR基因编辑

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2018年7月14日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员在不使用病毒插入DNA的情形下对人T细胞(一种免疫细胞)进行重编程。这一成就对研究、医学和产业产生重大的影响。他们期待他们的方法—一种快速的通用的经济的采用CRISPR基因编辑技术的方法—将会在新兴的细胞治疗领域中得到广泛使用,加速开发出新的更加安全的治疗癌症、自身免疫疾病和其他疾病(包括罕见的遗传性疾病)的疗法。相关研究结果于2018年7月11日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Reprogramming human T cell function and specificity with non-viral genome targeting”。

Nature:重大突破!无需病毒载体,利用电穿孔成功对人T细胞进行CRISPR基因编辑
图片来自Meletios Verras/iStock。

这种新方法提供了一种强大的分子“剪切和粘贴”系统,用于重写人T细胞中的基因组序列。它依赖于电穿孔,即一种将电场施加到细胞上使得它们的细胞膜暂时地更具有渗透性。在一年内试验了数千个变量之后,这些研究人员发现,当某些数量的T细胞、DNA和CRISPR“剪刀”混合在一起然后暴露在一种适当的电场中时,这些T细胞将摄入DNA和CRISPR剪刀,并且精确地将特定的基因序列整合到CRISPR在基因组中的靶切割位点上。

论文通信作者、加州大学旧金山分校微生物学与免疫学副教授Alex Marson博士说,“这是一种快速而又灵活的方法,可用于改变、强化和重编程T细胞,这样我们就能够给它们提供我们想要的特异性来清除癌症、识别感染或者抑制自身免疫性疾病中观察到的过度免疫反应。”

Marson说,不过与这种新方法的速度和易用性同样重要的是它使得将比较长的DNA序列插入到T细胞中成为可能,这种插入会给这些T细胞赋予强大的新特性。Marson实验室的成员已在利用电穿孔和CRISPR将短DNA片段插入到T细胞中取得了一些成功,但是,在此之前,许多科学家们将较长的DNA序列插入到T细胞中的多次尝试导致这些T细胞死亡,这就让大多数人认为较长的DNA序列对T细胞是极其有毒性的。

为了证实这种新方法的多功能性和功效,这些研究人员利用它修复来自三名患有一种罕见遗传形式的自身免疫疾病的儿童的T细胞中的引起疾病的基因突变,并且还利用它构建出定制的T细胞来寻找和杀死人黑色素瘤细胞。

病毒通过将它们自己的遗传物质注射到细胞中而引起感染,而且自20世纪70年代以来,科学家们借鉴病毒的这种能力,除去它们的传染性,由此产生的“病毒载体”可将DNA转运到细胞中用于研究和基因治疗,并且构建CAR-T细胞用于癌症免疫疗法。

如今,利用病毒对T细胞进行基因改造已被美国食品药物管理局(FDA)批准用于抵抗某些类型的白血病和淋巴瘤。但是构建病毒载体是一个艰苦而成本昂贵的过程,而且临床级病毒载体的短缺导致基因疗法和基于细胞的疗法陷入制造瓶颈。即使在可用的情况下,病毒载体也是很不理想的,这是因为它们将基因随意地插入到细胞基因组中,这可能损害现有的健康基因或让新导入的基因不受确保细胞发挥正常功能的调节机制的调节。这些限制可能潜在地导致严重的副作用,因而在基因疗法和细胞疗法(比如基于CAR-T细胞的免疫疗法)中引发人们的担忧。

论文第一作者、在加州大学旧金山分校医学科学家培训计划攻读博士学位的研究生Theo Roth说,“已有30多年的研究工作试图将新的基因导入到T细胞中。如今,应当不再需要实验室中的六到七个人利用病毒对T细胞进行基因改造,而且如果我们开始看到数百个实验室而不是少数实验室对这些T细胞进行基因改造,并研究越来越复杂的DNA序列,那么我们将尝试更多的可能性以便显著加快未来几代细胞疗法的开发。”

经过将近一年的反复试验,Roth确定了T细胞群体、DNA量和CRISPR丰度的比例,并且在施加具有适当参数的电场的情形下,能够高效而又准确地编辑T细胞的基因组。

为了验证这些发现,Roth利用CRISPR给一系列不同的T细胞蛋白标记上绿色荧光蛋白(GFP),这种标记结果是高度特异性的,具有非常低水平的“脱靶”效应:仅通过Roth设计出的CRISPR模板而被标记上GFP的每个亚细胞结构才会在显微镜下发出绿色荧光。

随后,在旨在对这种新方法的治疗前景进行概念验证的补充实验中,Roth、Marson及其同事展示了它如何潜在地被用来引导T细胞抵抗自身免疫疾病或癌症。

在第一组补充实验中,Roth及其同事们使用了美国耶鲁大学医学院医学博士Kevan Herold提供给Marson实验室的T细胞。这些T细胞来自三名患有罕见的严重性自身免疫疾病而且迄今为止一直对治疗产生抵抗力的兄弟姐妹。基因组测序已表明这三名儿童的T细胞在IL2RA基因上携带着突变。这个基因含有表达一个细胞表面受体的指令。这个细胞表面受体是控制其他的免疫细胞和阻止自身免疫反应的调节性T细胞产生所必需的。

利用这种非病毒CRISPR技术,这些研究人员能够快速地修复这三名儿童T细胞中的IL2RA突变,并恢复受到这种突变影响的细胞信号。在CAR-T细胞免疫治疗中,已从患者体内取出的T细胞经过基因改造后能够增强它们的抗癌能力,随后将它们灌注回患者体内,从而靶向攻击肿瘤。这些研究人员希望一种类似的方法也可能有效地治疗调节性T细胞发生功能故障的自身免疫疾病,比如这三名携带着IL2RA突变的儿童所患的疾病。

在第二组补充实验中,通过与加州大学洛杉矶分校帕克癌症免疫疗法研究所的Cristina Puig-Saus博士和Antoni Ribas博士合作,Marson团队利用已经过特异性地基因改造靶向摧毁一种特定的人黑色素瘤细胞亚型的新型T细胞受体完全取代一种正常的人T细胞群体携带的天然T细胞受体。T细胞受体是T细胞用来检测疾病或感染的传感器,并且在实验室培养皿中,这些经过基因改造的T细胞高效地靶向黑色素瘤细胞并且同时忽略其他的细胞,从而表现出精确癌症医学所需的靶向特异性。

在不使用病毒的情况下,这些研究人员能够产生大量的经过CRISPR重编程的T细胞,这些T细胞经重编程后产生新的T细胞受体。当被移植到已植入人黑素色瘤的小鼠中时,这些经过CRISPR重编程的人T细胞进入肿瘤部位并显示出抗癌活性。

Marson 说,“这种替换T细胞受体的策略能够推广到任何一种T细胞受体。通过这种新技术,我们能够对基因组的特定位点进行分子剪切和粘贴,从而重写基因组序列中的特定片段。”

Roth说,鉴于这种新技术能够在一周多一点的时间内构建出可行的定制T细胞系,它已改变了Marson实验室的研究环境。针对之前因病毒载体带来的障碍而被认为过于困难或昂贵的实验的想法如今能够加以研究。Roth说,“我们将研究20个’疯狂’的想法,这是因为我们能够非常快速地创建CRISPR模板,而且一旦我们有了模板,我们就能够将它放入T细胞中并快速地培养这些T细胞。”

在面对人们普遍认为病毒载体是必需的以及T细胞仅耐受小片段DNA的情形下,Marson将这种新方法的成功归功于Roth的“绝对坚持”。“Roth确信如果我们能够找到合适的条件,我们就能够克服这些明显的限制,而且他付出了巨大的努力来测试数千种不同的条件:CRISPR与DNA的比例;不同的T细胞培养方法;不同的电流。通过优化每个参数并将最佳条件放在一起,他能够观察到这个令人吃惊的结果。”(生物谷 Bioon.com)

研究揭示基因在灵长类脑区的空间表达和调控机制

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研究揭示基因在灵长类脑区的空间表达和调控机制

6月13日,国际期刊Genome Research 在线发表了由中国科学院上海营养与健康研究院马普计算生物学伙伴研究所Philipp Khaitovich研究组和日本国立自然科学研究所认知基因组学Yasuhiro Go研究组合作发表的论文Human-specific features of spatial gene expression and regulation in eight brain regions。
长期以来,基因表达水平的变化一直都被认为是表型特征(包括人类认知)快速进化的分子基础。迄今为止,此方向的研究着重于将人类大脑与其他物种的大脑进行比较,并已揭示了不少人脑表达特异性的基因。如果将人类与关系较远的物种进行大脑的转录组比较,由于存在基因表达水平的迭代式变化,因此很可能导致差异表达的基因的种系分配出现不合理甚至不准确的情况。因此,在此项研究中,使用两种十分接近人类和黑猩猩的猿类,即大猩猩和长臂猿,来代替常用的灵长类模式生物如恒河猴和食蟹猴,可以得到更为可靠的大脑种间变化差异的种系分配。
鉴于此,Philipp Khaitovich研究组的许川、李倩等研究人员分析了从人类、黑猩猩、大猩猩、长臂猿和恒河猴的八个脑区收集的基因表达和H3K27ac染色质修饰数据。通过对这些数据的综合分析,研究人员揭示了1,851个人类转录组特异性基因及240个黑猩猩转录组特异性基因的存在。其中,一半以上的人类特异性基因在海马区的神经元和星形胶质细胞中显着上调,而其他人类特异性基因则影响了额叶皮层和小脑的小神经胶质细胞的功能。随后,通过研究驱动这些差异的调控元素,研究人员揭示了转录因子在物种特异性基因表达变化中的作用,而与之相反,表观遗传修饰则与物种间保守的空间表达有关。
综上所述,此研究通过将人类大脑与近缘灵长类比较,更可靠地揭示了比较学意义上的大脑特征,且提供了关于大脑在种间进化的分子图谱的新见解,并进一步探索了构成人类大脑独特性的分子特性。该研究的原始及处理数据存储于GEO Accession no. GSE100796。该研究得到了中科院战略性先导科技专项(B类)、外籍千人计划和科技部等经费支持。(生物谷Bioon.com)

Mol Cell:控制果蝇大脑发育的关键基因修饰

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2018年8月5日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –最近,来自Emory大学的科学家们发现了果蝇大脑中发育过程中出现的一类DNA修饰特征。,这一发现或许对于人类健康具有借鉴意义。
相关结果发表在《Molecular Cell》杂志上。
表观遗传学指的是基因以上的范畴,但大部分该领域的研究都集中在DNA的甲基化,即DNA本身的化学修饰上。甲基化并不会改变DNA碱基的编码序列人特征,但能够改变DNA在细胞中的存在状态。它能够影响基因表达的开启或关闭。
Mol Cell:控制果蝇大脑发育的关键基因修饰
(图片来源:www.pixabay.com)
大部分关于DNA甲基化的研究都集中在胞嘧啶上。果蝇尽管是一类十分有效的发育遗传学研究模式动物,但它却很少出现胞嘧啶甲基化,而更多地出现N6-腺嘌呤甲基化。目前,我们对这一甲基化的作用的研究十分有限。
最近,来自Emory大学的遗传学家Bing Yao博士等人发现通过去除A甲基化,对于果蝇的神经发育具有重要的作用。这一发现十分重要,原因在于这类去甲基化酶同家族的的另一种酶参与调控了哺乳动物体内C碱基的去甲基化过程。
在这项研究中,作者发现该名为“DMAD”的酶的突变会导致胚胎早期死亡现象的出现。而通过选择性地抑制其在大脑中的表达,发现这一操作会破坏果蝇的学习以及记忆能力。
在果蝇的DNA中,N6甲基化腺嘌呤数量稀少,每一百万个碱基中仅存在25个。然而,这一研究表明其重要性不言而喻。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Mysterious DNA modification important for fly brain

原始出处:Bing Yao et al. Active N 6 -Methyladenine Demethylation by DMAD Regulates Gene Expression by Coordinating with Polycomb Protein in Neurons. Molecular Cell, 2018; DOI: 10.1016/j.molcel.2018.07.005

A型血友病基因疗法SB-525显示临床疗效

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A型血友病基因疗法SB-525显示临床疗效
8月8日,Sangamo Therapeutics公布了旗下cDNA基因疗法候选药物SB-525用于A型血友病治疗的临床1/2期研究(Alta)的初步积极结果。Sangamo和辉瑞通过全球合作共同负责SB-525的临床开发及商业化。
Alta研究是一项开放标签的、剂量范围广泛的临床试验,旨在评估SB-525对20名严重血友病患者的安全性和耐受性。到目前为止,已经有5位患者接受了三种剂量的治疗。第6位病人计划在本月晚些时候接受治疗。在最初的剂量递增阶段,本研究将两名患者安排为一组进行研究。初步结果显示:
· SB-525通常耐受性良好,没有与治疗相关的严重不良事件,也没有使用口服类固醇的事件发生。
· 研究中的第五位患者是首个接受药物第三种剂量的患者,已于6月开始治疗,并已达到治疗性血凝因子VIII活性水平。
· 在这项研究中观察到了剂量依赖效应,第二剂量队列中的患者报告显示凝血因子的使用减少了。
Sangamo和辉瑞希望在第四季度的血液学会议上公布Alta研究的详细数据。
Sangamo公司首席医学官Edward Conner博士表示:“在这项研究中,我们在剂量递增研究方面取得了很好的进展,药物的安全耐受性表现良好,第三剂量组的首例患者也达到了凝血因子VIII治疗性水平。我们期待更多数据,以评估所观察到的VIII因子表达的一致性和可持续性。”
SB-525由一个重组腺相关病毒(rAAV)载体组成,该载体携带专有的合成肝特异性启动子VIII因子基因结构。美国FDA已经授予SB-525孤儿药和快速通道认定,欧洲药品管理局也已指定该药为孤儿药资格。
几乎在同一时间,Spark公司也公布了备受业界关注的A型血友病基因疗法SPK-8011的最新数据。其I/II期临床研究也设计3种剂量水平,自SPK-8011输注后从第4周开始,在3个剂量组患者中年化出血率(0ABR)降低了97%、年化输注率(AIR)降低了97%。但其最新数据中还暴露出转氨酶升高、类固醇治疗以及严重不良事件。(详见:Spark基因疗法新数据:减少A型血友病出血 但致转氨酶升高)
据悉,SPK-8011也是一种腺相关病毒(AAV)载体,其使用Spark200衣壳且含有密码子优化的人源因子VIII基因。它可以更有效地转导人肝细胞,并表达密码子优化的B结构域缺失的因子VIII基因,内源性产生因子VIII,用于治疗甲型血友病。
A型血友病是一种罕见的血液疾病,它是由基因突变导致凝血因子VIII活性不足引起的。凝血蛋白是人体用来停止出血的一种蛋白质。美国大约有16000名患者,全世界则有150000多名A型血友病患者。(生物谷Bioon.com)

探索人类基因“编程”奥秘

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探索人类基因“编程”奥秘

 

走进中科院北京基因组所研究员刘江的办公室,墙壁上悬挂的一张显示受精过程的橘红色图片十分显眼,这是2013年《细胞》杂志的封面。

当期杂志以封面文章的形式报道了刘江和研究团队在表观遗传信息遗传规律研究方面取得的重大突破,这也是《细胞》第一篇所有通讯作者和第一作者都为中国研究机构科技人员的封面文章。

今年3月,刘江团队再次发表论文,在国际上首次研究了人类胚胎基因组的激活机制,打开了认识人类胚胎发育基因表达调控的大门。

选了一个“没人做”的方向

受精卵如何发育成个体,是生命科学中的基本科学问题。在这个过程中,表观信息的调控起着非常重要的作用,但是人类对表观遗传信息如何跨代遗传、如何与基因组共进化以及如何影响物种进化了解十分有限。

2009年建立实验室后,刘江开始研究表观遗传学课题。课题组发现斑马鱼子代胚胎完全继承父代精子的DNA甲基化图谱,这是世界上首次通过实验证明了表观遗传图谱也可以被完整地遗传。这改变了传统上认为受精后胚胎发育的信息主要是由卵子提供,而精子只携带一套DNA序列的观念。

“在整个生物学界,在我之前很少有人研究这个方向,相关经验很缺乏,当时质疑声、反对声很多。”他告诉《中国科学报》记者。顶着重重压力,刘江选择了坚持课题方向。

由于生物样本资源缺乏,实验所需的斑马鱼不少都是课题组成员从花鸟市场买来的鱼苗,经过养殖后再用于科研当中。

他说:“我们在北京基因组所的老楼里做实验,当学生看到实验结果时还有些意外,因为它与之前想象的不太一样。后来我们又从不同的角度重新验证,事实证明这确实是一个新的发现。”

这项成果被媒体誉为“开创教科书式的重大发现”,这篇文章也是刘江回国后发表的第一篇论文。这意味着在将近4年的时间里,刘江没有发表任何文章。

“没有科研论文的这四年里我也焦虑过,但我不是一个犹豫的人,碰到难题就去专心思考,在各种挫折和困难面前,韧性很重要。”刘江说。

凭着这股韧性,刘江在探索人类遗传奥秘的这条道路上不断前行。2014年,团队发现哺乳动物DNA甲基化在早期胚胎发育过程中的重编程规律和遗传规律,改写了长期以来关于哺乳动物早期胚胎发育过程中DNA甲基化重编程的传统认识;2017年,他们发现染色体3D结构在胚胎早期发育中从消失到逐渐重建的动态变化;2018年,团队揭示了人类胚胎发育和进化机制。

回国是一件“顺其自然”的事

2009年,刘江作了一个似乎看起来“不可思议”的决定——他自愿放弃国外一流大学的优厚条件和外国居留权,携全家回国定居,把“科技报国”的信念融入到科研工作中。

他说:“回国是一件顺其自然的事,国内的科研条件不比国外差,回来后感觉自己在外漂泊的心一下子就定了。”

在团队成立之初,刘江就树立了“面向世界科学前沿”的科研目标。由于科研工作需要,团队成员学术背景广泛,有人是计算机专业出身,有人做生物信息分析,甚至还有医学院的毕业生。

“建立初期,大家相互不了解、不熟悉,如何将他们聚合起来形成合力,是团队建设面临的重要考验。”刘江表示。

自1997年3月加入中国共产党以来,无论在国外还是国内,刘江始终秉承着一名党员的责任和担当。在磨合过程中,他通过日常观察、谈心,深入了解每个人的特点,合理分工指导,及时查漏补缺,充分发挥每个人的专业优势,团结协作,展开日常研究工作。

在北京基因组所举行的“信念引领科研,党建促进创新”主题党日活动中,作为所里的科研骨干之一,刘江成为“身边的榜样”党员代表。

今年年初,他当选为北京基因组所党委委员,主要负责科研骨干的思想工作。面对挫折和失败,刘江经常鼓励每个人不抛弃、不放弃,勇于探索、迎难而上,从失败中吸取经验教训,一心专注学术问题。在他和其他党员的共同努力下,不仅课题组进入了良性循环,整个研究所也形成了人人努力奋进、相互协作配合的良好氛围。

最重要的是启发学生的能动性

“作为导师,我是指导者而不是管理者,我更在意他们思维上的训练、培养学生解决问题的能力。我尽量在因材施教,最重要的是启发学生的能动性。”刘江说。

在学生眼中,刘江不仅是一名科学家,还是关心学生成长的“大家长”。他十分重视人才培养和建设,通过以老带新、互相传帮带等形式,在实践中锻炼队伍。团队成员获得了“中科院卓越青年科学家奖”“卢嘉锡青年人才奖”“中科院优秀博士学位论文奖”“中科院院长特别奖”等多个奖项。

“我毕业的第一个学生已经评上了‘青年千人’,要回到所里开展科研工作了。”刘江告诉记者。

虽然作出了突出的科研成果,但刘江并不喜欢用“学霸”这样的词语形容自己。“我不是传统意义上的‘好学生’,科研的真正魅力在于不知道会做出什么,它对我而言是一种好奇心和一种兴趣。”

刘江告诉记者,在之前科研成果的基础上,团队将继续进行胚胎发育调控机制的工作,“不断探索人类基因编程的奥秘”。(生物谷Bioon.com)

Science:重磅!西安交大叶凯团队成功破译罂粟基因组

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2018年9月2日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中,来自中国西安交通大学、上海海洋大学;英国约克大学、威康基金会桑格研究所;澳大利亚太阳制药私人有限公司的研究人员破译出罂粟(opium poppy)基因组的DNA密码,揭示出这种植物产生用于制造重要药物的药用化合物的关键步骤。这一发现可能为科学家们提高这种药用植物的产量和抗病性铺平了道路,从而确保可靠和廉价地供应最有效的用于缓解疼痛和姑息治疗的药物。相关研究结果于2018年8月30日在线发表在Science期刊上,论文标题为“The opium poppy genome and morphinan production”。论文通信作者为西安交通大学青年科学家叶凯(Kai Ye)教授和约克大学的Ian A. Graham教授。论文第一作者为西安交通大学的郭立(Li Guo)副教授和杨晓飞(Xiaofei Yang)讲师、约克大学的Thilo Winzer和Yi Li,以及威康基金会桑格研究所的Zemin Ning。

Science:重磅!西安交大叶凯团队成功破译罂粟基因组
罂粟,图片来自Részletes engedély/Wikimedia。

这些研究人员取得的突破揭示出导致咳嗽抑制剂那可丁(noscapine)以及止痛药吗啡(morphine)和可待因(codeine)产生的生物合成途径的起源。

生物化学家几十年来一直对植物如何经过进化后成为地球上最丰富的化学物多样性来源之一感到好奇。在这项研究中,通过使用高质量的基因组装配,这些研究人员阐明了这种情形在罂粟是如何发生的。

与此同时,这项研究将为开发植物育种分子工具奠定基础,这些工具可确保在发展中国家和发达国家可靠且廉价地供应最有效的用于缓解疼痛和姑息治疗的止痛药。

科学家们目前正在开发的基于合成生物学的方法来制造那可丁、可待因和吗啡等化合物,在这种方法中,来自植物的基因通过基因工程手段被导入到酵母等微生物系统中,从而使得能够在工业发酵罐中制造所需的化合物。然而,罂粟仍然是这些药用化合物中最便宜的和唯一的商业来源。

在这项新的研究中,这些研究人员获得2.7Gb的分布在11条染色体上的罂粟基因组序列的高质量组装。这使得他们能够鉴定出一个较大的由15个基因组成的基因簇,这些基因编码参与两种不同生物合成途径的酶,其中这两种生物合成途径参与了可待因和吗啡的前体物质和那可丁的产生。

植物具有重复(或者说加倍)其基因组的能力,当这种情况发生时,重复的基因就能够自由地进化出其他的功能。这使得植物能够产生新的机制来制造多种化合物,用于抵御有害微生物和食草动物的侵袭,和吸引蜜蜂等有益物种来协助授粉。

这种罂粟基因组装配允许这些研究人员能够鉴定出聚集在一起产生STORR基因融合的祖先基因,其中这种基因融合是导致吗啡和可待因产生的生物合成途径的第一个主要步骤。罂粟基因组在7800万年前发生一次相对较新的全基因组重复事件。这种基因融合事件在这种全基因组重复事件之前发生。

叶凯教授说,“一种高度重复的植物基因组和过去1亿年间发生的混合进化事件让我们的分析变得复杂。我们利用互补的前沿基因组测序技术、复杂的数学模型和分析方法研究了罂粟基因组的进化历史。”

“令人感兴趣的是,由于一系列重复、重排和融合事件的发生,两种生物合成途径进入相同的基因组区域,从而能够协同产生新的代谢化合物。”

Ning说,“将多种测序技术结合在一起是进行罂粟基因组高质量组装的关键。鉴于它的基因组大小与人类相似,这个研究项目的主要挑战是处理组成70.9%的基因组的重复序列。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Li Guo1,2,3,*, Thilo Winzer4,*, Xiaofei Yang et al. The opium poppy genome and morphinan production. Science, Published Online: 30 August 2018, doi:10.1126/science.aat4096.

研究揭示水稻理想株型基因IPA1高产抗病的分子机理

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研究揭示水稻理想株型基因IPA1高产抗病的分子机理

 

水稻株型是决定水稻产量的主要因素之一,塑造水稻理想株型是提高水稻产量的重要途径。IPA1(Ideal Plant Architecture 1)是此前克隆的调控水稻理想株型形成的主效基因,编码一个含有SBP-box结构域的转录因子,调控多个生长发育过程,其功能获得性突变体具有无效分蘖少、茎秆粗壮抗倒伏、穗大粒多产量高等优异农艺性状(Jiao et al., Nat Genet, 2010),该基因已应用于培育“嘉优中科”系列水稻新品种。

传统观点认为,植物抗病与产量之间存在此消彼长的关系,犹如鱼与熊掌不可兼得。最近在理想株型水稻高产与抗病协同调控机制的研究中取得突破性进展,揭示IPA1既能提高水稻产量又能增强对稻瘟病抗性的调控新机制。研究发现IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽。通常情况下,IPA1结合DEP1等穗发育相关基因的启动子,促进其表达,调控水稻理想株型的建成与水稻产量;受稻瘟病菌诱导后,IPA1发生磷酸化修饰并改变其与DNA序列的结合特性,使得IPA1结合抗病相关基因WRKY45的启动子,促进其表达,增强免疫反应,提高抗病性。这一机理使得在含有IPA1的功能获得性基因型的水稻中,产量和稻瘟病抗性同时得到提高。该研究首次发现IPA1是同时增加作物产量并提高抗性的单个基因,打破了单个基因不可能同时实现增产和抗病的传统观点,为高产高抗育种提供了重要理论基础和实际应用新途径。

这一研究成果于9月7日在《科学》(Science)杂志在线发表(DOI: 10.1126/science.aat7675),研究论文题目为A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice。四川农业大学副研究员王静、硕士研究生周练、石辉、美国戴维斯分校博士Mawsheng Chern和中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员余泓为该论文第一作者;四川农业大学研究员陈学伟、中科院遗传发育所研究员李家洋和四川农业大学副研究员王静为论文通讯作者。该项目受到国家自然科学基金委、教育部和科技部等的经费资助。(生物谷Bioon.com)

Nature子刊:利用经过CRISPR基因编辑的皮肤贴片阻止可卡因过量吸食

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2018年9月24日/生物谷BIOON/—有尼古丁贴片(nicotine patch)来帮助戒烟,随后还有这个:皮肤贴片,经基因改造后产生一种消化可卡因的酶,并且当被移植到小鼠身上时,它们让这些小鼠抵抗致死剂量的可卡因。在一项新的针对这种皮肤贴片策略的研究,来自美国芝加哥大学的研究人员希望这可能有朝一日能够导致一种治疗人类成瘾和阻止可卡因过量吸食的方法。相关研究结果于2018年9月17日在线发表在Nature Biomedical Engineering期刊上,论文标题为“Genome-edited skin epidermal stem cells protect mice from cocaine-seeking behaviour and cocaine overdose”。论文通信作者为芝加哥大学干细胞研究员Xiaoyang Wu和芝加哥大学成瘾研究员Ming Xu。

Nature子刊:利用经过CRISPR基因编辑的皮肤贴片阻止可卡因过量吸食
图片来自Nature Biomedical Engineering, doi:10.1038/s41551-018-0293-z。

Wu说,“可卡因成瘾是非常常见的. . .但是目前还没有任何治疗方法来阻止成瘾行为或[治疗]可卡因过量吸食—毕竟没有获得美国食品药品管理局(FDA)批准的药物。”

Wu团队之前曾使用CRISPR基因编辑技术,用表达胰岛素的细胞为糖尿病小鼠制造出一种皮肤贴片,他想知道这种策略是否也适用于可卡因成瘾。根据一项调查,90多万美国人滥用这种药物。因此,Wu与Xu合作开展实验。

人类天然地会产生一种被称作丁酰胆碱酯酶(butyrylcholinesterase)的酶,这种酶能够降解可卡因,但是这些研究人员想要让他们的皮肤移植物能有更强大的功能。因此,他们使用了另一个研究团队已设计出的这种酶的增强形式,它降解可卡因的活性是这种酶原始形式的4400倍。他们利用CRISPR将编码这种酶加强形式的基因插入到小鼠的皮肤表皮干细胞中,将这些细胞接种到1厘米宽的圆形支架上,然后将所形成的组织(即皮肤贴片)移植到对可卡因上瘾的小鼠身上。

存在的一个问题是这种技术是否能够像相对较小的胰岛素那样,让相对较大的经过修饰的丁酰胆碱酯酶进入血液。不过这个实验取得了成功:在移植两周后,一剂原本会致命的可卡因对小鼠没有明显的影响—显然,这种酶在这种药物(如果有的话)的大多数能够达到小鼠的大脑之前就会将它降解掉。之前对可卡因上瘾的小鼠在接受这种皮肤贴片移植后不再表现出对它们所在的封闭空间中的一个区域的偏好性,这是它们学会了将这个区域与可卡因摄入相关联在一起。在移植10周后,这种皮肤贴片继续产生这种酶直至实验结束。

美国洛克菲勒大学成瘾研究员Mary Jeanne Kreek(未参与这项研究)说,虽然这些研究结果是非常有趣的,但是尚不清楚它们是否会对药物滥用障碍患者的治疗产生影响。她说,过去通过加速可卡因降解来治疗成瘾的研究已证实这种方法“可能是可行的,但不会是有效的,这是因为可卡因吸食者将仅会摄入越来越多的可卡因,”,并补充道,一种更多令人信服的研究设计可能是让这些小鼠自行服用这种药物10天或更长时间,以评估它们是否有兴趣这样做。她指出,至于吸食过量预防,仅涉及可卡因的病例是“非常罕见的”。这通常还会涉及其他的毒品。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Yuanyuan Li, Qingyao Kong, Jiping Yue et al. Genome-edited skin epidermal stem cells protect mice from cocaine-seeking behaviour and cocaine overdose. Nature Biomedical Engineering, Published Online: 17 September 2018, doi:10.1038/s41551-018-0293-z.

Sarepta公司DMD基因疗法初步临床结果积极

基因君

Sarepta公司DMD基因疗法初步临床结果积极
位于马萨诸塞州剑桥市的Sarepta Therapeutics一直致力于发现和开发针对罕见神经肌肉疾病的精准基因疗法。该公司日前宣布,其治疗杜氏肌营养不良症(DMD)的在研基因疗法AAVrh74.MHCK7.micro-Dystrophin(以下简称AAVrh74),在拥有四名DMD患者的临床试验中获得积极结果。通过免疫组化与免疫印迹检测,参与试验的四名患者均显示出了明显的微抗肌萎缩蛋白(micro-dystrophin)水平,并获得了良好的功能性改良结果,且未出现任何严重不良事件(SAEs)。
DMD是一种严重的遗传性渐进性肌肉萎缩症,由抗肌萎缩蛋白(dystrophin)基因突变引起,该蛋白主要存在于骨骼肌和心肌细胞中,也在神经细胞中有表达,是肌肉细胞行使正常功能所必需的蛋白。由于致病基因存在于X染色体上,该疾病主要影响男性,通常在3-5岁开始显现症状,表现为进行性肌肉退化和无力。肌肉衰弱首先影响臀部、骨盆、大腿和肩膀的肌肉,进而影响胳膊、腿部和躯干的肌肉。到青少年时期,患者通常会丧失行走能力,心脏和呼吸肌也受到影响,最终导致过早死亡。DMD是世界范围内最常见的肌营养不良症,每3500到5000名男婴中就有1名患者。DMD目前无法治愈,患者平均预期寿命只有26岁左右。这些患者急需一款有效的疗法来帮助他们延长寿命。
Sarepta的在研药物有望为患者们带来创新的基因疗法选择。其技术平台利用化学合成的二氨基磷酸酯吗啉代寡聚物(PMOs)来影响RNA的剪接和转译过程,从而改变蛋白质合成。PMOs能够与特定的RNA序列相结合,进而影响RNA剪接机制对RNA序列的识别。DMD患者由于基因突变导致抗肌萎缩蛋白转译中止,使肌肉细胞不能正常生成抗肌萎缩蛋白。Sarepta公司研发的PMOs能够让RNA剪接机制跳过发生突变的外显子生成成熟mRNA,虽然这种mRNA转译产生的蛋白的功能可能有所减弱,但可以在一定程度上弥补抗肌萎缩蛋白缺失带来的功能缺陷。
本次公布的试验结果显示,通过免疫组化测量,所有参与试验的患者均获得了明显的微抗肌萎缩蛋白转译反应,且适当地定位于肌肉肌膜。患者的微抗肌萎缩蛋白阳性纤维的平均基因表达率达到了正常对照组的81.2%,且平均肌肉纤维密度达到了正常对照组的96.0%。通过免疫印迹检测,所有治疗后活检均获得了明显的微抗肌萎缩蛋白表达水平,其平均值达到了正常水平的74.3%。最新参与试验的第四名患者基因表达情况尤其明显,使用免疫组化方法测量,其微抗肌萎缩蛋白阳性纤维平均基因表达率达到了正常对照组的96.2%,平均纤维密度达到了160%,而微抗肌萎缩蛋白水平达到了182.7%。
除此之外,所有患者的血清肌酸激酶(CK)水平显着降低,CK的平均降低幅度超过87%。且在研究中未观察到严重不良事件(SAE)。此次公布的试验数据也包括了全部四名患者的基于北极星移动量表(NSAA)及其他评估标准的试验终点。试验结果显示,所有参与试验的男童患者NSAA数值与基线相比平均增长了6.5分,显示出了明显的功能性改良结果。值得注意的是,本次试验为一次小型无对照试验,所获得的积极数据还需通过更大规模的含对照组的试验来证实。
本次临床试验的首席研究员——来自全美儿童医院(Nationwide Children’s Hospital)的Jerry Mendell博士说:“这次试验的目标是证实临床前模型中的各种设想。试验结果显示,AAVrh74在不同种类肌肉中均显示出了良好的转染能力,MHCK7启动子也使微抗肌肉萎缩蛋白在骨骼肌中出现了明显的表达,除此之外,CK水平也降低了,试验也显示出了良好的安全性。在这次早期试验中,我们获得了与临床前模型近似的明显效果,显示出这一新疗法有很大的潜力可以缓解疾病恶化。”
Sarepta总裁兼首席执行官Doug Ingram博士说:“这次在新加入试验的第四位患者身上看到的积极结果使我们更有信心加速推进研发的进程,开展下一步的临床试验。我们期望能将这一疗法尽快带给全世界深受疾病折磨的杜氏肌营养不良症患者。我们计划与FDA及其他监管机构合作,商讨进一步的发展计划。”
我们祝贺此次Sarepta获得的积极试验结果,并期待这一新型基因疗法可以早日与患者见面。(生物谷Bioon.com)

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