Science子刊:发现一种新的Cas9能够靶向基因组中将近一半的位点
2018年10月28日/生物谷BIOON/—基因组编辑系统CRISPR-Cas9已成为医学研究中的一种非常重要的工具,并且最终可能在农业、生物能源和食品安全等领域产生重大影响。
CRISPR-Cas9可通过短的RNA片段(即向导RNA, gRNA)引导到基因组上的不同位点,在那里,一种称为Cas9的DNA切割酶随后进行所需的编辑。然而,尽管这种基因编辑工具取得了相当大的成功,但是它在基因组上能够访问的位点数量仍然是有限的。这是因为CRISPR-Cas9需要一种称为前间隔序列邻近基序(protospacer adjacent motif, PAM)的特定DNA序列存在于基因组上的靶位点两侧,从而允许它识别靶位点。
比如,作为一种最广泛使用的Cas9酶,来自酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)的Cas9(SpCas9)的PAM序列为5′-NGG-3′。在这种PAM序列中,两个连续的碱基G的存在显著地限制了SpCas9能够靶向的位点数量,仅占基因组上的大约9.9%的位点。到目前为止,只有少数CRISPR酶具有最低的PAM要求,这意味着它们能够靶向更广泛的位点。
如今,在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院的研究人员发现一种Cas9酶能够靶向基因组中几乎一半的位点,从而显著了拓宽它的潜在使用。相关研究结果发表在2018年10月24日的期刊上,论文标题为“Minimal PAM specificity of a highly similar SpCas9 ortholog”。
为了开发一种更通用的CRISPR-Cas9系统,这些研究人员执行计算算法来对细菌序列进行生物信息学检索,以确定是否存在任何类似于SpCas9但对PAM的限制性较低的酶。为了开展这种检索,他们开发出一种称为SPAMALOT(Search for PAMs by Alignment of Targets, 通过比对靶标搜索PAM)的数据分析软件工具。
这揭示了一些有趣的可能的酶,但没有取得成功。因此,他们随后在实验室中构建了CRISPR/Cas9的合成版本,以评估其性能。
他们最终发现他们寻找的一种最成功的酶为来自犬链球菌(Streptococcus canis)的Cas9(ScCas9),它与已经广泛使用的SpCas9酶非常相似。ScCas9看起来与SpCas9几乎完全相同,但是它能够靶向SpCas9不能够靶向的靶DNA序列。ScCas9的PAM序列为5′-NNGTT-3′。在这种PAM序列中,仅存在一个碱基G,这就允许ScCas9要比SpCas9靶向基因组中更多的位点:占基因组中将近一半的位点。(生物谷 Bioon.com)
参考资料:
Pranam Chatterjee1,2,*,†, Noah Jakimo1,2,* and Joseph M. Jacobson. Minimal PAM specificity of a highly similar SpCas9 ortholog. Science Advances, 24 Oct 2018, 4(10):eaau0766, doi:10.1126/sciadv.aau0766.
Cell:利用TALEN基因组编辑有望治疗心血管疾病
2018年12月8日/生物谷BIOON/—心血管疾病是心脏病、中风和其他的影响心脏和血管的疾病的总称。根据世界卫生组织(WHO)的数据,心血管疾病是世界上死亡的主要原因,每年导致全球大约1800万人死亡。这类疾病通常源于动脉粥样硬化,即血管内的斑块堆积,这能够阻断血液流动并引起血管壁破裂。
许多因素让人们具有更高的心血管疾病风险,包括高胆固醇、高血压、吸烟、肥胖和不活动。近年来,基因组研究已揭示了心血管疾病的一些主要的遗传风险。9p21.3单倍型(9p21.3 haplotype)是与冠状动脉疾病—一种让将血液输送到心脏中的血管受到破坏的疾病—风险增加相关的第一个常见的基因组区域,而且它还会增加动脉瘤和中风等相关疾病的发病几率。它是目前世界上已知最具影响力的心血管疾病遗传原因。在美国,它每年导致10%~15%的心血管疾病病例。
尽管科学家们知道9p21.3单倍型与疾病风险增加有关,但是这是如何在人体中发生的仍然是个未知数。一个挑战在于这种疾病风险单倍型仅在人类中发现,与小鼠或其他实验动物中的基因组区域存在着较差的相似性。另一个挑战在于这个称为9p21.3单倍型的基因组区域缺乏任何传统意义上的蛋白编码基因,因此很难预测它可能发挥着什么作用。
为了克服这些研究挑战,在一项新的研究中,美国斯克利普斯研究所的Kristin Baldwin教授及其团队想要在培养皿中产生人血管细胞,随后利用基因组编辑对它们进行遗传研究。他们收集了来自携带着9p21.3单倍型高风险版本或低风险版本的人的血液,并让血液中的细胞经过重编程后产生诱导性多能干细胞(iPS细胞)。在这个阶段,利用称为转录激活因子样效应物核酸酶(TALEN)的分子剪刀对产生的iPS细胞进行基因修饰,从而移除来自受到影响的供者细胞和未受到影响的供者细胞的9p21.3单倍型风险促进版本或良性版本。接下来,他们诱导这些经过基因编辑的ips细胞变成血管平滑肌细胞,并利用高分辨率基因谱和生物工程方法详细地研究它们。相关研究结果于2018年12月6日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Unveiling the Role of the Most Impactful Cardiovascular Risk Locus through Haplotype Editing”。
Baldwin团队发现源自高风险个体的血管平滑肌细胞表现出极其广泛的异常,而且在这些携带着9p21.3单倍型高风险版本的血管平滑肌细胞(下称高风险血管平滑肌细胞)中,3000多个基因受到影响—将近占人类基因总数的10%。对这些基因进行的基于计算机的研究结果表明这些高风险血管平滑肌细胞可能在与疾病相关的关键功能方面存在缺陷。当在实验室进行测试时,Baldwin团队发现,与携带着9p21.3单倍型低风险版本的血管平滑肌细胞(下称低风险血管平滑肌细胞)相比,成熟的高风险血管平滑肌细胞更加脆弱,收缩力更小和更不能够地粘附于它们的周围环境。
接下来,Baldwin团队想要知道这3000个左右的基因是否可能有助于揭开最近发现的与冠状动脉疾病风险相关的大约100个其他基因的影响。出乎意料的是,这些高风险血管平滑肌细胞在三分之一以上的基因(38个基因)上发生变化,这表明9p21.3单倍型以某种方式与这种基因网络相互作用或甚至控制这种基因网络。
通过更深入地研究,Baldwin团队鉴定出一个潜在的关键主调节因子(ANRIL),它本身是一类神秘的基因的一个成员,不会产生蛋白,但会产生长链非编码RNA(lncRNA)分子。他们注意到高风险血管平滑肌细胞具有更高水平的几种较短的ANRIL RNA形式。当他们将这些较短的ANRIL RNA添加到健康的血管平滑肌细胞中时,它们出现了疾病的关键特征,这表明这些较短的ANRIL RNA可能是血管平滑肌细胞在健康状态和疾病促进状态之间进行转换的主导体蛋白(master conductor)。此外,利用基因组编辑剔除高风险血管平滑肌细胞中的9p21.3单倍型高风险版本会拯救它们的稳定性。
这项研究展示了对多能性干细胞进行基因组编辑来研究人类疾病的遗传风险的力量,特别是遗传风险在人类基因组区域或者垃圾DNA中是独特的。这些研究结果不仅提供了关于这种9p21.3单倍型高风险版本如何破坏血管健康的新见解,而且也提供了一条新途径来研究和靶向广泛参与冠状动脉疾病的基因调控网络。
值得注意的是,9p21.3单倍型对血管平滑肌细胞的功能特征和遗传特征产生如此重大的影响。 虽然它不能编码蛋白,但是它对疾病的影响是重大的。鉴于这项研究揭示出它在破坏血管壁中发挥的作用,人们有可能开发出一种更好的方法来阻止它。(生物谷 Bioon.com)
参考资料:
Valentina Lo Sardo et al. Unveiling the Role of the Most Impactful Cardiovascular Risk Locus through Haplotype Editing. Cell, Published online: December 6, 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.11.014.
肿瘤基因检测行业研究报告:覆盖诊疗全流程 治疗已成刚需
2018年7月23日,燃石医学的肿瘤NGS检测试剂盒获批。在其后的几个月里,诺禾致源、世和基因和艾德生物的同类试剂盒也相继获批。NMPA对肿瘤NGS检测试剂盒的放行,不仅表示其对此种试剂盒的认可,也标志着肿瘤基因检测行业从初生逐步走向成熟。
经过近十年的发展,肿瘤基因检测已经从不知所云的高新技术,成为了大量肿瘤患者的刚需。肿瘤基因检测提供的检验内容完美契合了精准医疗的发展理念,并且已经可以深入到肿瘤患者诊疗的各个环节当中。
动脉网认为,目前肿瘤基因检测行业虽然已经在治疗阶段站稳脚跟,但是从患者覆盖率上看,还有极大地发展空间值得挖掘。在未来如果肿瘤基因检测完全覆盖预防-早筛-治疗-复发的全流程,必将会是一个千亿级的市场。
根据动脉网知识库的监测,共有77家企业正在提供以二代测序技术为基础的肿瘤基因检测服务,其中既有像燃石医学、世和基因这样以肿瘤基因检测为主要发展方向的企业,也有像华大基因、贝瑞基因这样的基因检测巨头。
报告核心提示:
1.报告对目前国内正在从事肿瘤基因检测的77家公司进行了分类和统计,统计内容包括融资情况、产品类型、检测靶标、切入诊疗阶段等多个方面,并根据统计内容进行了进一步的数据分析,从客观角度上描述了目前肿瘤基因检测行业的市场情况。
2.根据产品价格、患者数量、患者覆盖率等数据对肿瘤基因检测行业的当前市场规模进行了估算。
3.对肿瘤基因检测行业未来可能发生的重心迁移进行了预测。预计肿瘤基因检测行业的中心可能会沿诊疗流程逐步前移,尤其是从治疗端向早筛方向延伸。
以下是报告内容节选:
一、恶性肿瘤发病率概况:肺癌领跑,性别差异大
2018年,中国癌症预防与控制办公室联合多家机构,在《Chinese Journal of Cancer Research(中国癌症研究进展)》上发表论文“Cancer incidence and mortality in China,2014(中国癌症发病与死亡情况2014)”。论文通过对339家癌症注册机构的数据统计,覆盖了全国约21.07%人口的数据,对2014年我国癌症发生和死亡的总体情况进行了估算。
二、基因检测与传统检测:各有优劣,取长补短
肿瘤基因检测可以切入到肿瘤诊疗的各个环节中。尤其是在治疗阶段,已经成为了部分肿瘤患者的刚需产品。与传统检测方案相比,肿瘤基因检测已经表现出了多个方面的优势。首先,从检测目标上,肿瘤基因检测既可以直接检测肿瘤组织,又可以通过液体活检检测血液中的肿瘤内容物。灵活的检测方法选择让肿瘤基因检测可以应对大多数患者的需求。其次,肿瘤基因检测可以直接检测到肿瘤中的突变位点,即肿瘤发生的根本原因。这使得肿瘤诊疗过程可以更加针对肿瘤特点,也使肿瘤基因检测成为了指导靶向药物使用的不二选择。第三,定制化的检测方案可以直接针对患者的肿瘤特点入手,为医生推荐最佳的治疗方案。
三、组织活检与液体活检:基因检测数据来源
五、肿瘤基因检测应用场景:切入肿瘤诊疗全过程
六、肿瘤基因检测行业产业链结构
与其他的基因检测行业类似,肿瘤基因检测行业的上中下游关系明朗。上游由基因检测相关用品供应商组成,为中游的肿瘤基因检测公司提供测序仪器、测序耗材、测序试剂等产品。中游的检测公司则向下游包括肿瘤易感人群、肿瘤患者和医生在内的用户群体提供相应的基因测序服务。
癌症测序服务公司针对不同的用户需求,通过不同的测序样品和测序目标,提供不同的测序服务类型。通过检测个人基因序列,为有家族病史的肿瘤易感人群提供肿瘤易感基因检测服务;还可以通过检测血液中的肿瘤内容物或直接检测肿瘤样本,提供更多针对肿瘤患者和医生的服务类型。
七、肿瘤基因检测行业生态图谱
肿瘤基因检测行业的上游与基因检测行业一样,主要是测序仪器、耗材、试剂供应商。在测序行业中,Illumina是当之无愧的行业龙头。2018年11月1日,Illumina宣布收购Pacific Biosciences。这笔交易的达成意味着Illumina在未来将继续保持自身在测序行业的垄断性优势。华大智造在近几年连续推出了数款基因测序仪器,有部分基因检测公司正在试用。反馈出的数据对于国产测序仪还是表现出了积极的态度。如果国产测序仪的定价较低,有机会依靠自身的高性价比,对基因测序市场发起冲击。
中游的测序服务公司目前同质化较为严重。多数公司缺乏旗帜鲜明的特点,都用同样的手段,提供着类似的服务。头部企业不明显使得我们很难以某种标准来对行业内的企业进行分类和归纳。因此目前我们只能以公司是否以肿瘤基因检测产品为主要业务方向,将参与到肿瘤基因检测行业的公司划归两类。
不以肿瘤基因检测为主营业务的公司,不代表其肿瘤基因检测相关业务水平差。这一类企业中也有像华大、贝瑞、安诺优达这样赫赫有名的基因检测企业,其肿瘤基因检测方面的业务水平不输很多主营肿瘤基因检测的公司。这些公司在肿瘤基因检测行业中同样占有一席之地,只是其发展历程和融资情况并不能很好的代表肿瘤基因检测行业的发展状况。
八、肿瘤基因检测行业市场规模
从目前的市场角度上看,治疗阶段的肿瘤基因检测产品作为目前的刚需产品,其市场规模较为稳定,并且也相对容易测算。2018年全年我国预计会有450万人新发恶性肿瘤,其中约5%的患者会使用肿瘤基因检测产品,平均每人在肿瘤基因检测产品上的开销在8000元左右,据此估计市场规模下限在18亿元。而除此之外还有包括预防、早筛、复发监控等非刚需产品。估计肿瘤基因检测行业目前的市场规模在20-30亿元。
不论从患者覆盖率的角度上,还是从业务拓展的角度上,目前肿瘤基因检测行业的发展潜力都还非常大。肿瘤早筛和肿瘤复发监控还没成为诊疗过程中的常规项目,肿瘤患者群体中的检测覆盖率也只有5%上下。随着技术的发展和社会认可程度的提高,相信肿瘤基因检测行业的千亿级市场不仅仅是一纸空话。
九、企业案例
本报告所选案例不代表行业头部企业,企业先后顺序无特殊含义
优迅医学2015年在北京成立,至今已近完成了两轮总计2.1亿的融资,投资方包括高特佳投资、险峰旗云、中信国安资本等。
优迅医学目前和国内遍及30个省市自治区的1500多家医院保持着良好的合作关系,其中不乏行业顶尖的科研型医院和地区三甲医院的翘楚。双向发展是优迅医学的特点,出生缺陷+肿瘤基因检测;CTC+ctDNA;实体瘤&血液病。这种发展模式极大地丰富了优迅医学的产品线,使其产品的受众更广,而且不同的方向之间可以互相补偿。特别值得一提的是,优迅医学在2017年获得营收1.7亿,并已经成功实现盈利。18年业务稳定增长,根据前三季度财务数据,全年收入预计将超2亿元。
优迅医学是国内少有的选择了出生缺陷和肿瘤基因检测双路径发展方式的公司之一。优迅医学是国内最早介入NIPT行业的公司之一,并已经成功通过NIPT实现了盈利。优迅医学不仅保持着自身在NIPT行业的竞争力,还持续的保持着对技术方法上的创新。2017年11月优迅的NIPT新算法文章发表于临床遗传学领域最好的杂志之一Genetics in Medicine(IF=9.937),是NIPT上市以来唯一一篇方法学重大革新类文章;在2018年三月的第十三届国际基因组学大会上,优迅题为”Power of Bayesian Noninvasive Prenatal Screen on BGISEQ-500 data”的研究入选壁报展示。该研究证实了优迅基于贝叶斯理论的NIPT算法同样适用于BGISEQ-500(华大国产测序仪型号)的数据,并且相较传统Z检验方法,能更好的排除母体微缺失微重复对于三大染色体异常结果的判定。
在NIPT行业获得的成功使得优迅有能力在肿瘤基因检测产品研发上做出更大的投入。到目前为止优迅医学提供的肿瘤基因检测产品类型已经几乎覆盖了患者诊疗全过程,并且是国内唯一搭建了ctDNA&CTC液体活检双平台的基因检测公司。而在研发方面,肿瘤早筛是优迅医学的重点关注内容,目前在一期临床试验中已经取得了喜人的成绩。除此之外,优迅医学还与中国癌症基金会合作,在ctDNA检测方面开展大规模肿瘤精准医疗临床科研项目。
优迅医学的CEO周晔博士是新墨西哥大学的生物医学PhD,在美国希望之城多年从事肿瘤的机理及科研临床转化领域的工作,在CTC、ctDNA、肿瘤二代测序技术方面有着丰富的临床经验。除周晔博士外,优迅医学的首席科学官关永涛教授带领的科技团队研发出的应用于液态活检的ESRiT技术、基于贝叶斯理论的NIPT新算法、基于低深度WGS的泛肿瘤CCeS早筛模型,均在行业中保持领先,并能够在一定的时间内持有技术壁垒。
产品情况
优迅的肿瘤基因检测产品主要分为肿瘤专项基因体检、优替、优旭和优睿,分别对应肿瘤预防、肿瘤治疗/预后、CTC&ctDNA检测和血液肿瘤检测,此外还有正在进行临床研究的早筛产品。优迅医学在液体活检技术上的长足优势和覆盖诊疗全过程的产品线,使得优迅医学可以实现“早期筛查诊断+个体化治疗指导+全程动态监控”的癌症精准诊疗全业务线模式。
A. 泛癌种无创早期筛查
目前市面上提供肿瘤早筛的企业不在少数,但是还没有出现基于中国人基因特点,安全有效并且价格合适的泛癌种早筛产品。为了解决这些问题,优迅医学建立了一种低成本、便于操作、准确、可针对泛癌种的CCeS三维泛肿瘤早筛分析方法。该方法从cfDNA浓度、CNV模式及error Spectrum三个角度分析数据建立早筛模型,以实现在低深度的情况下通过模型进行筛选,实现早期肿瘤信息的捕获。优迅医学已经在对健康个体,良性疾病患者和不同阶段的癌症患者进行低至0.5X的全基因组测序中,证明了使用低深度WGS进行癌症筛查的可行性。
根据优迅医学的披露,肺癌研究共207例样本入组,乳腺癌研究共入组212例样本。研究结果表明,该分析方法在针对健康人群、早期患者、中晚期患者的样本比对中,在准确性、敏感性、特异性三个方面均得到了较好的印证。多数检测有效率在90%以上,最低值也超过75%。对比常规检测使用的肿瘤标志物方法,其灵敏度和特异性都有大幅提升,并且不受肿瘤原发部位的影响。
目前该项临床研究仍在进行当中。优迅医学将在随后的研究中,继续验证这一方法的优越性。
B. 优替
优替是优迅医学针对治疗和预后部分的产品,主要包括肿瘤个性化治疗基因检测、乳腺癌21基因检测和肿瘤细胞微卫星不稳定性检测。肿瘤个性化治疗基因检测是其中的重点内容,主要服务于肿瘤患者,为肿瘤患者提供精准治疗意见。优迅医学根据不同癌种和检测内容的多寡制定了多个不同的方案以服务不同种类的患者,其中适用癌种最广、覆盖治疗类型最多的肿瘤全景观测包括125个靶向药物基因、60多个化疗药物基因、370个肿瘤信号通路基因和54个遗传易感基因,以及PD-L1、TMB检测等。丰富的检测内容为肿瘤患者精准医疗的实现提供了切实的帮助。
C. 优旭
目前临床已经广泛认可ctDNA液体活检在指导用药的中的作用。为贴近临床,优迅医学开发了小、中、大三种panel的检测产品,来应对不同患者的不同需求。单癌种小panel的检测主要专注于常见癌种,检测内容涵盖常用的靶向药物和化疗药物,属于最高性价比的一款;中等panel大小的检测产品包含多癌种,在小panel检测内容的基础上扩展到相关信号通路的基因情况,从有效性和毒副作用两方面提升用药信息参考性;全方位检测的大panel产品,则可以涵盖所有FDA目前已批准的靶向药物,同时结合化疗药物相关基因、遗传易感情况、信号通路相关基因等,通过多维度的信息分析,给出最佳的治疗方案建议。
除了个性化用药之外,优旭还包括ctDNA&CTC预后评估和动态监测。针对肿瘤患者,通过ctDNA&CTC双平台检测,为患者提供完整的术后检测内容,包括预后分析、疗效监测、耐药性分析、病程评估等。主要应用于肺癌、胃癌、乳腺癌领域。优迅医学的CTC检测,通过结合双向筛选和肿瘤特异性基因表达水平检测,使得检测效率获得了大幅提升。目前其临床试验在乳腺癌、结直肠癌等癌种的病程监控和甲状腺癌的良恶性鉴别上,都表现出了良好的应用前景。
D. 优睿
优迅医学是市场中少数提供血液肿瘤基因检测的公司之一。在血液肿瘤基因检测大多使用PCR试剂盒的情况下,优迅医学着眼未来,开发了基于NGS技术的血液肿瘤检测产品。使用NGS进行血液肿瘤融合基因、点突变及个性化微残的检测,相比于传统的PCR技术,可以为患者提供更全面的检测结果,实现更加精准的预后分析,并提供更加有效的治疗方案。
2.元码基因
元码基因2014年在北京成立,曾在2015年和2016年进行过天使轮和A轮的融资,投资方包括华人创投、合源资本、雅惠精准医疗基金等,具体融资额未披露。2018年1月,元码基因在新三板上市。
在肿瘤基因检测行业发展的开端,企业的推广模式主要是线下销售团队或者是通过与专家合作进行大panel的基因检测。而元码基因则走出了第三条路,通过与医院共建实验室的方式进行市场推广。国内90%以上的三甲医院都没有独立检测中心,在实验室检测方面需求旺盛。元码基因正是看准了医院的这种需求,采取共建实验室的模式,将自己的产品推送进医院系统。与其合作的医院遍及全国。东到山东,西至新疆,北及黑龙江,南临海南,均有元码基因的足迹。这样的经营模式可能在发展初期需要大量的资本投入,但是从长远角度上看,此种经营模式更具有可持续性,并且也使元码基因与医院之间的关联更加紧密。
元码基因的创始人田埂博士,毕业于中国科学院研究生院。田埂博士在创业之前历任清华大学基因组与合成生物学中心主管,华大基因华北区第一负责人,天津华大创始人法人总经理,深圳华大基因研究院研发副主管。多年的学术底蕴和测序行业的工作经验令田埂博士对精准医疗行业深谙其道。在清华工作期间,一个偶然的机会令田埂博士了解到国内临床需求与临床资源有限的矛盾,于是毅然决定投身实业。其创业契机也促成了元码基因这种以共建实验室为主的经营模式。
产品情况
元码基因提供的肿瘤基因检测产品主要分为两大类,一是肿瘤精准医疗系统解决方案,二是10K液体活检检测方案。元码基因的产品中大量的使用了最新的ddPCR技术。这项技术可以对样品进行维滴化处理,将大量稀释后的样品分至芯片的微反应器中,使得每个反应器的核酸模板数量少于或等于一个,以此完成对于核酸分子的绝对定量。ddPCR的应用使得元码基因的检测结果更加精确,也表现出了元码基因精益求精的服务态度。
肿瘤精准医疗系统解决方案中主要提供了三个产品类别,济康、济克和济安,分别对应肿瘤防治进程中的预防和早筛、治疗、动态监控。这个大类的产品主要是常规的肿瘤基因检测项目,包括广谱的遗传性筛查、适应不同人群的用药基因检测、耐药监控、定制基因动态监控和CTC肿瘤复发监控等产品。肺癌和消化系统癌种是元码基因主要的关注方向,而广谱检测则基本可以覆盖大多数的实体瘤癌种。
10K液体活检检测方案是元码基因在2016年5月整合创立的新内容,主要是针对ctDNA的液体活检产品。其中“10”代表十毫升血液,“10K”则意味着10K分之一的灵敏度,也就是ctDNA液体活检灵敏度的极限。10K液体活检检测方案现在已经可以用于肿瘤的早筛早诊、治疗、病情检测、复发转移等多个阶段。这一产品的优越性尤其体现在早筛早诊方面,已经可以涵盖34种癌症相关的50个驱动基因的2855个基因突变,进而通过分子分型,帮助受检者制定个体化治疗方案,筛选靶向药物。
3.海普洛斯
海普洛斯2014年在深圳成立,至今已经完成了4轮共计4.7亿元的融资(数亿以一亿计),投资方包括山蓝资本、优选资本、可信资本、软银中国、深创投等。海普洛斯也是软银和深创投在精准医疗和液体活检领域中国布局的唯一企业。
与上述企业都不同的是,海普洛斯并不仅仅面向临床,面向科研的测序项目也是海普洛斯关键的业务组成部分。科研产品在检测内容和检测深度上与临床产品有较大的不同。科研产品往往检测深度较深,检测目标也不仅限于CTC和ctDNA,还会包括miRNA、lncRNA等目前尚未登陆临床的其他肿瘤内容物。这对于基因检测公司的检测团队能力有着极高的要求,海普洛斯在科研行业活动的开展,也表现出其对自身团队水平的自信。
海普洛斯的创始人许明炎博士毕业于美国新墨西哥大学,是哈佛大学的访问学者。许明炎博士师从哈佛大学“三院院士”George Chunch实验室的Jeremy Edwards教授,具有十余年基因测序技术和测序仪器研发经验,曾参与多款二代测序仪的研发。因此海普洛斯的研发道路多向技术靠拢,自主研发的CUBE-ctDNA测序技术、HAPCap基因捕获技术等多项先进液体活检技术,达到行业顶尖水平。
产品情况
海普洛斯的主要产品系列是HapOnco,包括了大多数的肿瘤基因检测产品类型。既有泛肿瘤的用药基因检测产品,也有几个常见癌种的小范围检测产品。其中最大panel的泛肿瘤基因检测产品可检测高达451种相关基因,包括肿瘤靶向用药基因、信号通路相关基因、化疗位点基因、MSI区域基因、病毒序列基因等。
海普洛斯在2015年就提出了中国首个大型癌症“精准医疗”计划,目前已经基本完成。该计划针对肺癌、乳腺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌这五个高发癌种,旨在实现10000人的癌症早期筛查、预后监测、个体化用药指导,建立中国首个大型癌症数据库,为实现精准医疗奠定基础。
在万人计划之后,海普洛斯又相继提出了绿肺计划和肠康计划。两项计划都以ctDNA检测为技术基础,利用液体活检技术无创、实时、灵敏度高、特异性强的特点,对参与计划的患者进行全病程的系统化管理。这两项计划的主旨在于建立一个超过10万例的中国人群基因数据库,为后期的精准医疗落地打下坚实的基础。
这些计划的提出和实施表明了海普洛斯着眼未来的战略企图。这些计划的实施使得海普洛斯在很长一段时间内都可能会需求大量的资金支持,但是从长远角度上看,基础数据的积累对于肿瘤基因检测产品的研发具有不可替代的关键作用。这些数据库的成型可能会拉开海普洛斯与同类企业之间的技术差距,为海普洛斯在下一阶段的竞争中取得优势。(生物谷Bioon.com)
Science:新研究打破人们对基因如何影响早期胚胎发育的常规理解
2019年1月10日/生物谷BIOON/—我们的身体大约有14万亿个细胞,每个细胞含有一个细胞核,每个细胞核含有长2米宽20个原子的DNA。为了适应每个细胞核,DNA缠绕在特定的蛋白周围。这些缠绕的DNA抑制基因调控蛋白结合到基因组中的蛋白编码片段上,这有助于将细胞不需要的基因保持在“关闭”位置。
到目前为止,人们尚不清楚这种DNA包装如何影响早期胚胎的发育。在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发现在小鼠胚胎—受精后仅8天大—中,基因组中的紧凑包装区域在蛋白编码基因上增加了。在这种细胞分化阶段几天后,这些紧密包装的基因组区域松散开来,从而允许某些基因被读取和产生相应的蛋白。相关研究结果于2019年1月4日在线发表在Science期刊上,论文标题为“H3K9me3-heterochromatin loss at protein-coding genes enables developmental lineage specification”。
论文通讯作者、宾夕法尼亚大学再生研究所主任Ken Zaret博士说,“这意味着我们在对早期胚胎中基因如何受到控制的理解上发生了根本性变化,即便我们迄今为止还不能观察到所有潜在的临床影响。这项研究证实基因活性处于‘关闭状态’在早期的动物发育中起着重要作用。”
论文第一作者、Zaret实验室的博士后研究员Dario Nicetto博士解释道,他和其他的论文共同作者认为,在发育的最初阶段,更加紧凑包装的基因编码区域产生的目的在于细胞能够对哪些基因应当表达蛋白作出快速的“决定”。然而,如果基因在正确的区域不处于开启状态就不能够被读取和产生适当的蛋白,那么细胞就会失去它们正确的身份并产生受损的组织,并最终导致死亡。
这些研究人员还发现紧凑包装区域受到三个甲基分子的标记,其中这些标记事件在基因组中的特定蛋白结合位点上发生。简单来说,更多的三甲基化导致更多的紧凑包装,这意味着较少的基因组产生用于最终产生全长蛋白的mRNA。另一方面,较少的三甲基化意味着较少的紧凑包装,因此更多的基因组区域经转录后产生发挥功能的蛋白。
这些研究人员发现如果他们让三种添加甲基基团到染色体上的甲基转移酶失活,那么这就会导致细胞在不适当的位置上表达不合适的基因,这最终会导致组织死亡。比如,他们发现肝细胞中通常处于“关闭状态”的基因一旦被激活,这就会导致肝细胞死亡并最终导致肝功能不足。
未来的研究将探究这三种甲基转移酶如何了解基因组的哪些区域需要处于关闭状态。(生物谷 Bioon.com)
参考资料:
Dario Nicetto et al. H3K9me3-heterochromatin loss at protein coding genes enables developmental lineage specification. Science, 2019, doi:10.1126/science.aau0583.
Cell:发现一种将癌症进展与基因组不稳定性关联在一起的新型生物标志物
2019年1月24日/生物谷BIOON/—我们的DNA经常受到攻击。这种含有我们的遗传信息的分子极易受到从环境因素(如辐射)到我们呼吸的空气和我们吃的食物中的化学物的一切东西的影响。基因组不稳定性可导致遗传疾病、慢性疾病和癌症易感性。
在一项新的研究中,来自以色列特拉维夫大学的研究人员确定一种称为ubiquilin-4的蛋白水平升高成为基因组不稳定性的一种新的生物标志物。他们发现ubiquilin-4参与保护基因组免受DNA损伤,但是过多的ubiquilin-4是有害的。当ubiquilin-4在肿瘤细胞中的水平增加时,这些肿瘤细胞更容易发生基因组不稳定性,从而加速肿瘤进展并让它抵抗常用的癌症治疗。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为
这种新型生物标志物提供了新的关于肿瘤分期和分级以及患者对治疗作出反应的几率的重要信息。具有高水平ubiquilin-4的肿瘤可能比那些具有正常水平的ubiquilin-4的肿瘤更能抵抗放疗和一些化疗药物。不过,好消息是,它们也可能对其他类型的癌症治疗作出更好的反应。明显的是,这是对临床医生和患者是至关重要的信息。
通过对罕见遗传疾病的研究证实了保持基因组稳定性和完整性的重要性。但是基因组稳定性如今已成为一个公共健康问题。有很多蛋白参与对DNA损伤作出的反应,而每种蛋白对应着不同的基因。一个基因能够通过无限种方式发生突变。这些突变的各种组合可能导致慢性病、癌症易感性、早衰和其他疾病。基因组保持稳定真地非常重要。(生物谷 Bioon.com)
参考资料:
Ron D. Jachimowicz et al, UBQLN4 Represses Homologous Recombination and Is Overexpressed in Aggressive Tumors, Cell (2019). DOI: 10.1016/j.cell.2018.11.024.
Nat Genet:绘制食管癌风险基因图谱有望帮助寻找新型药物靶点
2019年2月9日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自剑桥大学的科学家们通过研究成功对食管癌患者进行分类,这或许能帮助研究者开发出除标准化疗、放疗及手术之外新型食管癌个体化疗法。
图片来源:NHGRI
文章中,研究人员利用全基因组测序和全外显子组测序技术对食管腺癌(oesophageal adenocarcinoma,OAC)患者机体的突变进行图谱绘制;食管腺癌是食管癌的主要类型;研究人员在99%的患者中都发现了食管腺癌的驱动突变,而且超过50%的患者都对临床试验中的乳腺癌药物(CDK4/6抑制剂)比较敏感,这就意味着研究人员有望在1-2年内进行食管癌患者的II/III期临床试验。
更有意思的是,研究者还发现,相比男性而言,女性患者机体种携带有更多的KRAS突变,这些突变通常也存在于其它癌症类型中,但在食管癌中却比较罕见,这或许就提示存在女性食管癌患者的不同亚群,而且其或许会有不同的预后或接受其它疗法的治疗。研究者Rebecca Fitzgerald教授说道,这项研究或许能够完全转变患者的治疗模式,即将给予食管癌患者并没有效果的相同化疗手段,转换到基于癌症患者个体的特性来制定出更具靶向性的疗法。
目前研究人员正在设计临床试验,其能根据患者自身的基因组来对患者的基因进行实时分析并提供最佳的疗法,此外,本文研究还能为老年患者提供良好的选择,即更易于患上食管癌或利用当前疗法并不足以进行治疗的患者。大约有12%的食管癌患者能生存10年甚至更久,部分原因是患者确诊较晚,即直到疾病进展到恶性程度患者才开始出现症状,另外一部分原因是疗法选择有限。如今研究者在包括英国在内的欧洲7个国家中发现很多人患有食管腺癌,患病风险因素包括肥胖、吸烟等。
研究者Karen Vousden教授说道,诸如本文等研究对于开发患者的治疗以及食管癌患者的生存率至关重要;理解诱发疾病的突变对于开发新型靶向性疗法及诊断策略也非常关键,后期我们还将进行更为深入的研究寻找治疗食管癌的新型靶点。(生物谷Bioon.com)
原始出处:
Alexander M. Frankell, SriGanesh Jammula, Xiaodun Li, et al. The landscape of selection in 551 Esophageal Adenocarcinomas defines genomic biomarkers for the clinic. Nature Genetics (2019) doi:10.1038/s41588-018-0331-5
中国阿尔茨海默氏症有“共同”风险基因
分析提示,相对于非风险变异携带者,rs3792646风险变异携带者可能在20岁左右就出现大脑海马体积小与工作记忆能力弱的表现。
阿尔茨海默氏症(Alzheimer’s disease, AD),俗称老年痴呆,是全人类正在共同面对的一个难题。根据2018年国际阿尔茨海默病协会发布的报告,全球每3秒钟就将有1例阿尔茨海默氏症患者产生。
2018年全球约有5000万人患有阿尔茨海默氏症,到2050年,这一数字将增至1.52亿,将是现在的三倍多。据估计,2018年全球阿尔茨海默氏症相关成本为1万亿美元,到2030年,这一数字将增至2万亿美元。中国拥有世界最大数量的阿尔茨海默氏症患者群体,并且这个群体还在急速扩大。
遗传因素是阿尔茨海默氏症最重要的风险因子之一,流行病学数据显示,阿尔茨海默氏症的遗传力高达79%。2018年11月,中科院昆明动物研究所姚永刚团队领衔针对中国阿尔茨海默氏症人群的重要遗传风险因子的研究论文发表在National Science Review上,研究发现,补体因子C7基因的一个频率稀有的突变rs3792646能显着提高阿尔茨海默氏症发病风险。
鉴定中国人的阿尔茨海默氏症风险基因
迄今为止,世界范围内没有有效的阿尔茨海默氏症药物与疗法。阿尔茨海默氏症的发病机制还不甚清楚,患者得到临床诊断的时候往往已经到了疾病晚期,很难通过药物逆转脑内的神经元死亡。
目前研究已经表明,老年斑淀粉样蛋白前体与早老素编码基因的突变会导致家族性早发阿尔茨海默氏症,这种突变被称为致病突变。
然而,绝大多数患者是晚发性散发型阿尔茨海默氏症,不存在单个的致病基因突变即导致发病的情况。对这些散发患者来说,可能存在多个基因的变异,尽管效应比较微小,但一起共同作用促进了阿尔茨海默氏症病变的发生。
“这类基因被称为易感基因或风险基因。”姚永刚在采访中告诉《中国科学报》,鉴定出阿尔茨海默氏症人群的风险基因,阐明其促进阿尔茨海默氏症发生发展的分子机理,是进行有效药物靶点的开发、开展高风险人群的识别,从而进行早期干预的前提,具有基础性的重要意义。
对比来看,欧美等发达国家针对阿尔茨海默氏症风险的系统遗传研究已经开展了数十年,鉴定出了相当数量的阿尔茨海默氏症风险基因。然而,由于人群进化迁移历史与生活环境的差异,不同的地理人群的遗传背景也很不一样,对某种疾病的易感遗传基础也可能存在差异。
“一个明显的结果是,欧美人群中发现的很多阿尔茨海默氏症风险基因,在我国人群中不影响该病的发生。因此,我们需要鉴定我国人群自己的阿尔茨海默氏症风险基因。”
rs3792646变异提升国人阿尔茨海默氏症发病风险
从2013年开始,姚永刚团队开始陆续与四川大学附属华西医院、上海精神卫生中心、首都医科大学附属北京天坛医院、中南大学附属湘雅医院等医院的相关科室合作,对志愿患者进行样本采集,一方面开展小规模的特定致病基因的突变分析,另一方面筛选筹备样本以供全基因组水平的分析。
2015年,研究团队开始对一百余例极端早发或有家族史的患者进行全外显子组测序,全外显子测序是一种对个体的2.5万多个基因的全部蛋白编码序列进行测序的高通量手段。
通过一系列的计算与统计分析,研究人员从测序得到的数十万个基因突变中筛查可能的与阿尔茨海默氏症风险有关的变异。
“我们发现一个频率稀有的编号为rs3792646的变异,能显着提高我国人群的阿尔茨海默氏症发病风险。”该论文第一作者、昆明动物研究所副研究员张登峰介绍说。
为确认该突变的风险效应是仅适用于极端早发或家族性患者,还是也适用于散发患者,研究人员继续在来自中国东部及西南等地的独立散发样本对该突变进行了基因分型与统计分析,结果发现该突变在我国不同地区的人群中都与阿尔茨海默氏症发病风险有关。
研究结果显示,携带该突变的个体,比正常个体患阿尔茨海默氏症的风险高1.8倍;患者群体中,该突变携带者比非携带者的发病年龄早5年左右。
“通过遗传影像学分析发现,相对于非风险变异携带者,rs3792646风险变异携带者在20岁左右时,就出现大脑海马体积减小与工作记忆能力变弱的表现。”张登峰指出,这些结果提示,有阿尔茨海默氏症遗传风险的个体,在发病前数十年已开始有轻微的脑结构和功能性改变,早期预防与干预对于高遗传风险个体尤为必要。
东亚每百人有三人携带rs3792646突变
姚永刚解释说,rs3792646突变导致补体系统的第7组分(名称为补体因子C7)的一个氨基酸发生变化,从而影响了C7蛋白及其相关分子的功能。
“补体系统被广为人知的作用是作为机体先天免疫与获得性免疫的桥梁,在机体抗感染过程中发挥重要作用。近几年最新的研究表明,补体系统在神经元的发育过程中发挥突触修剪功能,也在组成阿尔茨海默氏症脑内病理特征的老年斑的关键分子(淀粉样蛋白与纤维缠结)的清除过程中发挥作用。补体因子C7的rs3792646变异是我国人群,甚至是东亚人群中鉴定的首个强效的阿尔茨海默氏症风险相关的稀有功能性突变位点。”
在鉴定到这个风险变异之后,研究人员开展了一些功能实验来探究该突变可能通过哪些途径来促进阿尔茨海默氏症的发生和发展。结果发现,该突变可能通过影响淀粉样蛋白的加工处理,干扰免疫反应过程,破坏神经元突触传递等功能,进而促进阿尔茨海默氏症的发生和发展。
据介绍,在欧美人群中,rs3792646突变非常稀有,一万人中才可能出现一个突变携带者,这也可能是为何在欧美人群中没有发现该易感变异的原因。而在东亚人群中,每100人中可能就有3个携带者。
“因此,我们认为,这个突变,也可能是我国人群特异,或者说东亚人群特异的阿尔茨海默氏症遗传风险变异。分析提示,相对于非风险变异携带者,rs3792646风险变异携带者可能在20岁左右就出现大脑海马体积小与工作记忆能力弱的表现。”
那这个突变为何得以保留呢?张登峰解释说,根据之前的研究,阿尔茨海默氏症风险变异携带者,很可能具有更高的抗感染能力,这可能源于这个与阿尔茨海默氏症风险相关的“坏”的基因变异,但由于该变异能够增加免疫能力,从而能够在群体中得以保留。
该研究中产生的全外显子组数据等,已公布于该团队前期搭建的阿尔茨海默病数据库AlzData (www.alzdata.org)中,以为同行进行遗传风险评估与疾病分子机理研究提供参考。姚永刚表示,未来将继续通过高通量的手段在更大规模的群体进行筛查,争取联合领域同行进行深入的合作与数据共享,一起推动系统可靠的我国阿尔茨海默氏症遗传分析。(生物谷Bioon.com)
中英科学家发现黑木耳含“抗癌基因”
记者从中科院苏州医工所获悉,该所与英国牛津大学合作,最近对我国东北地区的3个主要黑木耳品种进行了基因测序。研究组发现,这些黑木耳品种都含有能代谢出抗肿瘤、抗衰老产物的基因,进一步研究或将明确黑木耳的药用、保健价值。相关研究成果已于近日发表在自然(Nature)出版集团旗下刊物《科学报告》(Scientific Reports)上。
此次研究涉及的3种黑木耳,来自吉林省蛟河市黄松甸镇国家级万亩黑木耳标准化种植示范区。根据表面褶皱由多到少,分别称为全筋、半筋和无筋黑木耳。
合作组对这3个黑木耳品种进行了转录组测序分析,共获得13937个独立非重复基因(Universal Gene)。其中,有一部分基因代谢出的小分子产物已经被验证具有抗肿瘤、抗衰老的效果。此外,研究者还发现了1124个基因库中未曾记录的新独立非重复基因。这些基因也可能与黑木耳抗氧化、抗衰老等独特功能的产生有关。
虽然研究涉及的3种黑木耳都拥有能产生抗肿瘤、抗衰老代谢产物的基因,但不同种类的黑木耳仍有显着差异。黑木耳的不同品系在疾病抗性和药物成分生成等方面,存在明显不同。
“要挖掘黑木耳的药用价值,后续还有很多工作要做。比如,可以对不同品种黑木耳的有效药物成分生成、积累和代谢进行定量对比,以便进行良种选育。还可以对代谢出的有效成分进行鉴定、分离和纯化,以精确指导深加工。”参与此项研究的苏州医工所研究员高山说。(生物谷Bioon.com)
Cell Rep:单一基因或与机体神经发育异常直接相关
2019年3月11日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Cell Reports上的研究报告中,来自耶鲁大学的科学家通过研究发现,与自闭症、精神分裂症、双相型障碍和癫痫症相关的基因突变或会诱发一些与神经发育障碍相同的结构和行为异常。
图片来源:Yale University
全基因组测序研究结果表明,TRIO基因突变或许在大量患有多种神经发育障碍的人群机体中出现,TRIO在塑造大脑细胞及调节发育中大脑的神经信号方面扮演着关键角色。
这项研究中,研究人员通过研究在小鼠机体中模拟了这些遗传突变,旨在研究遗传突变对小鼠大脑发育的影响效应;研究者发现,甚至缺失基因单一拷贝的小鼠都趋向于变得更加焦虑,其在运动协调能力上会出现缺陷,同时也无法与其它小鼠建立一定的社会关系;这些小鼠的大脑尺寸较小,也缺失能够促进神经信号传导的正常突触和树突连接。
研究者Koleske说道,TRIO基因能够调节神经元结构的改变以及应对发育线索的蛋白质运输,同时降低该基因的功能就会抑制神经元细胞正常发育的能力。研究者还发现,能够恢复缺失TRIO基因小鼠机体生化异常的药物或许还能够帮助恢复这些小鼠的突触功能;后期研究人员希望能够通过更为深入的研究,利用相似的药物来治疗与TRIO基因突变相关的机体结构和行为异常,从而改善相应疾病患者的生活质量。(生物谷Bioon.com)
原始出处:
Katrancha SM, Shaw JE, Zhao AY, et al. Trio Haploinsufficiency Causes Neurodevelopmental Disease-Associated Deficits. Cell Rep. 2019 Mar 5;26(10):2805-2817.e9. doi:10.1016/j.celrep.2019.02.022.