基因时代
就找基因君

禾本科植物α-淀粉酶基因家族研究方面取得进展

基因君

 

禾本科植物α-淀粉酶基因家族研究方面取得进展

淀粉广泛存在于植物体内的各组织器官中,为其整个生长发育进程提供必要的碳物质来源和能量供应,同时还作为局部信号分子应答生物与非生物因子逆境胁迫。植物淀粉的降解需要多种淀粉水解酶的协作参与。

α-淀粉酶是其中最重要的水解酶之一,在绿色植物基因组中包含由多个亚基因家族(AMYs)编码的多种亚型,使植物在不同组织器官中能对不同淀粉类碳水化合物进行降解。

为更好理解禾本科植物AMY基因的潜在分化,中国科学院成都生物研究所余懋群课题组博士研究生琚亮亮对从低等藻类到高等开花植物的78个物种基因组AMY基因进行了系统分析,将其划分为6个亚家族,建议将其命名为AMY1-AMY6。其中,高等电点AMY1与低等电点AMY2是禾本科植物特有的两个亚家族,共同起源于单一拷贝的AMY3结构位点,该位点可能来自植物界最古老的亚家族AMY4的复制。系统分枝AMY1+AMY2+AMY3和AMY4+AMY5+AMY6存在显着的表面静电势能差异,但催化活性位点和SBS1底物表面结合位点在不同亚家族间构象稳定。此外,参与活性位点、SBS1和SBS2底物结合氢键形成的氨基酸残基显示出一定多态性。

研究人员进一步对等电点α-淀粉酶(AMY1)家族进行了深入研究。AMY1是籽粒发芽期间丰度最高的淀粉水解酶,穗发芽和小麦迟熟α-淀粉酶均与AMY1的差异积累有关。通过利用已公布的禾本科基因组数据,系统评估了小麦、大麦等13种禾本科植物AMY1基因拷贝数,鉴定到小麦族分枝特有的一次基因复制事件,发现染色体片段倒位与重排将该结构位点分割为物理上相对独立的两个基因座位(AMY1λ和AMY1θ)。其中,AMY1λ中氨基酸残基Asn233受到强烈的选择,可能会影响重要功能性结构域SBS1与底物分子的识别与结合。在籽粒发芽和发育期间,AMY1λ和AMY1θ基因表达分化显着,存在剂量效应。重要的是,鉴定到小麦中与迟熟籽粒高残留α-淀粉酶活性紧密关联的3个AMY1拷贝,为下一步发掘优良等位变异,解析影响籽粒α-淀粉酶活性的遗传因子和调控机制奠定理论基础。

该研究由国家重点基础研究发展计划(973计划,2014CB138104)、国家转基因重大专项(2016ZX08009-003-004-005)和四川省科技支撑计划((2016NZ0103)资助。(生物谷Bioon.com)

 

Nature子刊:开发出可在几分钟内检测基因突变的CRISPR芯片

基因君

2019年4月18日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校和克莱蒙特学院联盟凯克研究所的研究人员将CRISPR与用石墨烯制成的电子晶体管结合在一起,构建出一种可在几分钟内检测出特定基因突变的新型手持设备。这种称为CRISPR-Chip(CRISPR芯片)的设备可用于快速诊断遗传疾病或评估基因编辑技术的准确性。他们使用这种设备来鉴定来自杜兴氏肌营养不良(DMD)患者的DNA样品中的基因突变。相关研究结果于2019年3月25日在线发表在Nature Biomedical Engineering期刊上,论文标题为“Detection of unamplified target genes via CRISPR–Cas9 immobilized on a graphene field-effect transistor”。

Nature子刊:开发出可在几分钟内检测基因突变的CRISPR芯片
图片来自Keck Graduate Institute (KGI)。

论文通讯作者、克莱蒙特学院联盟凯克研究所助理教授Kiana Aran说道,“我们开发出首个利用CRISPR在基因组中搜索潜在突变的晶体管。仅需将纯化的DNA样品放在这种芯片上,让CRISPR进行这种搜索,这种石墨烯晶体管可在几分钟内报告搜索结果。”

医生和遗传学家如今可对DNA进行测序,以确定导致一系列性状和疾病的基因突变,而且像23andMe和AncestryDNA这样的公司甚至可以向好奇的消费者提供这类测试。

但是与大多数形式的基因检测—包括近期开发的基于CRISPR的诊断技术—不同的是, CRISPR-Chip使用纳米电子技术来检测DNA样本中的基因突变,而无需首先通过一种称为聚合酶链式反应(PCR)的时间和设备密集型过程来对感兴趣的DNA片段进行数百万次“扩增”或着说复制。这意味着它可能用于在医生办公室或野外工作环境中进行基因检测,而无需将样品送到实验室。


绕过瓶颈

CRISPR-Cas9系统以它在精确位置剪断DNA链的能力而闻名,就像一把锋利的剪刀那样,这为人们提供了前所未有的基因编辑功能。但是为了让Cas9蛋白准确地切割和粘贴基因,人们首先必须在需要切割的DNA中找到确切的位点。

为了让Cas9找到基因组上的特定位置,科学家们必须首先为它配备一段“向导RNA(gRNA)”,其中gRNA是一小段RNA,它的碱基与感兴趣的DNA序列互补。蛋白Cas9首先解开双链DNA并进行扫描直至找到与gRNA相匹配的序列,然后结合上去。

为了利用CRISPR的基因靶向能力,这些研究人员采用了一种失活的Cas9蛋白:能够在DNA上找到特定的位点,但不加以切割。他们将它连接到由石墨烯制成的晶体管上。当CRISPR复合物在它靶向的DNA上找到靶位点时,它结合上去并触发石墨烯的电导率发生变化,这接着改变了这种晶体管的电学特性。这些变化可通过他们的产业合作者开发的一种手持设备进行检测。

石墨烯由单个原子碳层构成,具有如此好的电敏感性以至于它能够检测全基因组样品中匹配的DNA序列,而无需进行PCR扩增。

Aran说,“石墨烯的超灵敏度使得我们能够检测到CRISPR的DNA搜索活性。CRISPR带来了选择性,石墨烯晶体管带来了灵敏度,而且我们能够将它们结合在一起进行这种无需PCR扩增的检测。”

Aran希望能够很快让这种设备具有多重性,从而允许医生们立即导入多个gRNA,以便在几分钟内同时检测出许多基因突变。


快速诊断

为了证实CRISPR-Chip的灵敏度,这些研究人员使用这种设备检测来自杜兴氏肌营养不良患者的血液样本中的两种常见基因突变。

论文共同作者、美国加州大学伯克利分校生物工程教授Irina Conboy说道,CRISPR-Chip可能是一种特别有用的DMD筛查设备,这是因为这种严重的肌肉萎缩疾病可能是由于抗肌萎缩蛋白(dystrophin)编码基因发生的大量突变引起的。

Conboy说道,“如今作为一种常见做法,患有DMD的男孩通常不会接受筛选,直到我们出现问题,随后他们进行基因确认。”

Conboy 说道,“通过使用这种数字设备,你可以在整个抗肌萎缩蛋白编码基因中设计gRNA,然后你能够在几小时内仅筛选这个基因的整个序列。你可筛查父母甚至新生儿是否存在抗肌萎缩蛋白突变,然后,如果发现突变,那么治疗可能在疾病实际产生之前尽早开始。”
Murthy说道,快速基因检测也可能用来帮助医生为患者制定个性化的治疗计划。比如,遗传变异使得一些人对昂贵的血液稀释剂(如Plavix)不会作出反应。

Murthy说道,“如果你携带某些突变或某些DNA序列,那么这将非常准确地预测你对某些药物的反应。”

最后,鉴于CRISPR-Chip可以用于监测CRISPR是否与特定DNA序列结合,因此它也可能用于测试基于CRISPR的基因编辑技术的有效性。Aran说道,比如它可能用于验证gRNA序列的设计是否正确。

Aran说道,“将现代纳米电子学与现代生物学相结合,为获取以前无法获得的新生物信息开辟了新的大门。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


Reza Hajian et al. Detection of unamplified target genes via CRISPR–Cas9 immobilized on a graphene field-effect transistor. Nature Biomedical Engineering, 2019, doi:10.1038/s41551-019-0371-x.

甜得恶心还是恰到好处?基因如何控制你对糖的口味

基因君

2019年5月2日讯 /生物谷BIOON /——你可能喜欢甜甜甜圈,但你的朋友们却可能会觉得它们太甜了,只吃一点点。这在一定程度上是因为你的基因影响了你对甜味的感知,以及你摄入多少含糖食物和饮料。最近发表的研究表明,起作用的基因范围比任何人想象的都要广。特别是,研究人员揭示了这些基因如何与大脑合作,影响你的糖习惯。

我们已知什么

当食物接触我们的味蕾时,味觉感受器产生一种信号,这种信号沿着味觉神经传递到大脑。这能产生一种味觉,帮助我们决定是否喜欢食物。过去10年的基因研究主要集中在甜味受体的基因上,以及这些基因的变异是否会影响我们对甜味的敏感度,以及我们吃多少或喝多少糖。

甜得恶心还是恰到好处?基因如何控制你对糖的口味

图片来源:http://cn.bing.com

之前的研究表明,基因决定了我们认为糖或人造甜味剂有多甜。然而,研究人员并不知道发挥作用的确切基因。 

最新的研究发现了什么

一项新研究观察了来自澳大利亚、美国和英国的176,867名欧洲血统人士的数据。研究人员测量了1757名澳大利亚人对糖(葡萄糖和果糖)和人工甜味剂的甜度的感觉。他们还观察了686名美国人认为蔗糖有多甜,以及他们是否喜欢它的味道。研究人员还计算了英国生物银行174,424名欧洲裔英国人每天的膳食糖摄入量(水果、蔬菜、牛奶和奶酪等食物中的单糖和双糖)和糖果(棒棒糖和巧克力)。随后研究人员使用全基因组关联分析技术,研究了全基因组数百万种遗传标记与甜味和糖摄入量感知之间的关联。

经过15年的研究,研究人员发现几个基因(除了那些与甜味受体相关的基因)对我们如何感知甜味以及我们吃多少和喝多少糖有更大的影响,其中包括FTO基因和糖摄入量之间的关系。到目前为止,这种基因一直与肥胖和相关的健康风险有关。然而,这种效应可能不是由FTO驱动的,而是由附近的基因驱动的,这些基因的蛋白质产物在大脑中起着调节食欲和我们消耗多少能量的作用。

甜得恶心还是恰到好处?基因如何控制你对糖的口味

图片来源:http://cn.bing.com

研究人员相信类似的情况可能会影响我们吃糖的习惯,FTO基因附近的基因可能在大脑中起作用,控制我们吃多少糖。这项研究表明,大脑在我们认为某物有多甜以及我们摄入了多少糖方面扮演着重要的角色。这是我们已经知道的我们嘴里的味觉感受器之外的作用。

为什么我们喜欢甜食

我们对甜食的天然享受可能是进化的后产物。科学家们认为,能够品尝甜味可能帮助我们的祖先识别出能量丰富的食物,这对他们的生存至关重要。然而,能够品尝甜味并不意味着你喜欢吃很多甜味的食物。所以看起来似乎有一些基因与吃甜食有关,但不是我们认为的食物有多甜,比如FTO。也可能有基因影响我们对甜味的感知,但不影响我们吃甜食的可能性。

甜得恶心还是恰到好处?基因如何控制你对糖的口味

图片来源:http://cn.bing.com

地区差别

研究人员惊讶地发现,甜味感受器的基因对我们品尝甜味的能力和糖的摄入量都没有影响。但通过比较英国生物银行中不同祖先的人,我们发现不同人群之间存在一些差异,甜味受体基因的差异可能可以解释这一点。例如,我们发现非洲血统的人比欧洲和亚洲血统的人吃更多的糖。

我们如何使用这些信息呢?

就像遗传学可以解释为什么有些人选择茶而不是咖啡一样,我们最新的研究也可以解释为什么有些人更喜欢甜食。这可能导致个性化的饮食,以根据基因改善人们的饮食习惯。

然而,基因并不是影响你对含糖食物的口味以及你吃或喝多少含糖食物的唯一因素。

所以,如果你曾经尝试戒掉含糖饮料或零食却失败了,你不能总是责怪你的基因。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Sickly sweet or just right? How genes control your taste for sugar

【2】Why you like coffee, and I choose tea – it’s in the genes

【3】Liang-Dar Hwang et al. New insight into human sweet taste: a genome-wide association study of the perception and intake of sweet substances. The American Journal of Clinical Nutrition, nqz043, https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz043

【4】Liang-Dar Hwang et al.A Common Genetic Influence on Human Intensity Ratings of Sugars and High-Potency Sweeteners. Twin Research and Human Genetics. https://doi.org/10.1017/thg.2015.42

【5】Neohesperidin dihydrochalcone 

【6】Bush WS, Moore JH (2012) Chapter 11: Genome-Wide Association Studies. PLoS Comput Biol 8(12): e1002822. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002822

【7】FTO gene:FTO alpha-ketoglutarate dependent dioxygenase

【8】Mark A. Herman Evan et al. Making Biological Sense of GWAS Data: Lessons from the FTO Locus. Cell Metabolism. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cmet.2015.09.018

基因改造病毒战胜死神

基因君

 

基因改造病毒战胜死神

伊莎贝尔(Isabelle)是一名生活在英国的17岁女孩。如果用一个词来形容她的人生,“悲惨”会是最贴切的选择:一出生,她就得上了极为罕见的遗传病;由于肺功能衰竭,年纪轻轻的她不得不切除双肺,接受移植;而移植后,她又出现了细菌感染,任何一种抗生素都治疗不了……

正当她的生命不可避免地走向终结时,死神挥空了镰刀——如同奇迹一般,一度瘦到只剩骨架的伊莎贝尔,已经能和同龄人一样正常生活。谱写这一生命奇迹的,是一种在百年前就已具雏形的病毒疗法。

与死神共存

伊莎贝尔的一生伴随着疾病。出生后不久,她就确诊患有囊性纤维化。这是一种非常罕见的遗传病,平均每10万人里才有1例。在疾病的影响下,伊莎贝尔的肺部积攒了大量浓稠黏液,让她呼吸困难。更为雪上加霜的是,这些黏液在她的肺部滋生了大量细菌。为了抑制细菌感染,伊莎贝尔连续吃了8年的抗生素,这是她人生一半的长度……

然而即便是得到了精心的照料,也无法让她过上健康的生活。15岁那年,在疾病和细菌的双重攻击下,伊莎贝尔的肺部功能只剩下正常人的三分之一。无可奈何之下,医生们决定为她进行双肺移植手术,也就是锯开她的胸骨,打开她的胸腔,切掉她病变的双肺,再移植入一对健康的肺。毫无疑问,这是一场危险的手术。更何况,在8年抗生素影响下,伊莎贝尔肺部的细菌早已“成精”,怎么杀都杀不死。一旦手术部位出现伤口感染,这些耐药的细菌就会通过血液游遍全身,后果不堪设想。

但她别无选择。

2017年,伊莎贝尔在英国著名的大奥蒙德街儿童医院(Great Ormond Street Hospital)完成了双肺移植。手术进行得很顺利,伊莎贝尔也顺利挺过了最初的几周。然而,医生们最担心的事情终于还是来了——移植的几周后,手术的缝合部位展露出亮红色,而一系列指标也说明她的肝脏正在出现感染。

随后的一幕更让医护人员们感到痛心。伊莎贝尔体内肆虐的细菌穿透了她的皮肤,在手臂、大腿以及臀部的表面留下了一个个水泡和疤痕。“看到这些伤口感染时,我的心都沉了下去。”负责治疗伊莎贝尔的海伦·斯宾塞(Helen Spencer)医生说道。通常情况下,由于缺乏有效的抗生素,这些出现耐药感染的儿童将在病痛的折磨中走向年轻生命的终点。见过太多病例的她,深知这些患者家庭将要面临怎样的悲剧。

神秘的冰库

“她掉了那么多体重,看上去就像是一具骨架,” 伊莎贝尔的母亲绝望地说道:“细菌从她的皮肤下不断钻出,医生们无法让她感到舒适,这简直太可怕了!”

但她并没有就此放弃希望。这名不服命运安排的女性在网络上疯狂地寻找各种“另类疗法”,一种叫做“噬菌体”的神秘病毒进入了她的视野。顾名思义,这种病毒有着杀死细菌的神奇能力。早在一个世纪前,就有人想要驾驭这种病毒的能力,消灭细菌感染。与广谱抗生素不同,噬菌体的“口味”非常挑剔,一种噬菌体只能杀死特定的少量细菌。这固然可以避免抗生素带来的副作用,但同时也极大增加了找到有效噬菌体的难度。

抱着死马当活马医的想法,伊莎贝尔的母亲询问斯宾塞医生,能不能试试这种噬菌体疗法。这一次,幸运女神眷顾了这对母女。

在大奥蒙德街儿童医院,斯宾塞医生的一名同事欣然伸出了援手。大洋彼岸的美国,全球最权威的噬菌体专家之一格拉汉姆·哈特福尔(Graham Hatfull)教授正是他的合作伙伴。哈特福尔教授是一个“狂热”的噬菌体收藏者,他的实验室里有两座大型低温冰箱,里头藏有从世界各地的尘土、污水、乃至空气中寻找到的15000多管噬菌体。如果要说世界上哪个角落可能存在治疗伊莎贝尔的噬菌体,这两座大型冰箱几乎是唯一的答案。

但即便有着全世界最大的噬菌体收藏,哈特福尔教授依然对治疗前景感到不乐观:“我有预感那么庞大的噬菌体收藏总能回答一些生物学的问题,但我们没有想到居然要用这些噬菌体来治疗人类。”

基因改造病毒

不久,哈特福尔教授收到了从伦敦寄来的细菌样本。这是一种特殊的结核分枝杆菌(Mycobacterium),和引起肺结核的细菌算是亲戚。随后,研究人员们开始马不停蹄地筛选噬菌体。

为了节省时间,研究人员们同时采取了两种筛选策略,一种是直接测试那些对其亲戚有杀伤效果的噬菌体,希望找到那些有“灭门”潜力的病毒;另一种则是将数千种噬菌体混在一起,从中逐步筛选出能杀死耐药结核分枝杆菌的成员。

三个月后,在大规模的筛选之下,研究人员们找到了3种有希望治疗伊莎贝尔的噬菌体,但其中2种噬菌体感染并杀死细菌的能力并不是非常强。为此,研究人员们又做了进一步的基因改造,让这些噬菌体能够在细菌里疯狂繁殖,最终涨破并杀死细菌

在做过了安全性的测试后,研究人员们决定用这3种噬菌体组成的“鸡尾酒疗法”治疗伊莎贝尔。具体来看,伊莎贝尔每日需要接受两次治疗,而伴随每次治疗进入她体内的,是10亿个噬菌体病毒。

伊莎贝尔也是首位接受基因改造噬菌体治疗的人类。

治疗的效果可以说是立竿见影。仅仅是3天后,伊莎贝尔皮肤表面的水泡开始干瘪下去,表明耐药细菌的肆虐得到了快速控制。6周后,扫描结果表明她体内的感染几乎全部消除。

她的母亲喜极而泣:“这是不可思议的医学,简直像是个奇迹!”从出生起就充满不幸的伊莎贝尔,在这一刻也成为了她母亲口中“地球上最幸运的孩子”。

这一“医学奇迹”于上周发表于《自然·医学》上,《科学》杂志官网对其也做了长文报道。

伊莎贝尔是在2018年接受的治疗。如今,她身上的水泡几乎已消失殆尽。在外人看来,这名接受过肺移植手术,差点被耐药细菌夺取生命的17岁女孩和同龄人没有什么两样。她每天上学,偶尔和同学一起购物,甚至还在学习怎么开车。见过死神的模样,她想尽力活得精彩。

后记

成功拯救一条生命,并没有就此让科学家们松懈下来。短暂的喜悦过后,他们很快投入到了新的研发方向上。

哈特福尔教授已经找到了第四种有望治疗伊莎贝尔的噬菌体,以防细菌对“鸡尾酒疗法”产生耐药。但依照目前的疗效来看,至少在短期之内我们无需担心这一点。

斯宾塞医生和她的合作伙伴们则在研究这些噬菌体能否用于其他耐药细菌感染。很不幸,由于噬菌体的高度特异性,即便是同属于结核分枝杆菌的其他细菌,也无法被这些病毒所杀死。此外,伊莎贝尔感染的耐药菌主要生活在细胞外。如果是针对细胞内的细菌感染,噬菌体可能会无能为力。

尽管还有种种未知,但伊莎贝尔的案例,是一个再好不过的开头。正如哈特福尔教授所言,如今接受过噬菌体治疗的人类屈指可数,我们正处于一片未知的天地。而向着未知进行探索,正是人类的本能。(生物谷Bioon.com)

CD47为慢病毒载体披上隐形斗篷 或助肝靶向基因疗法逃脱先天免疫

基因君

 

CD47为慢病毒载体披上隐形斗篷 或助肝靶向基因疗法逃脱先天免疫

 

在一些血友病基因疗法中,腺相关病毒(AAV)作为载体来递送表达功能凝血因子的基因。这种方法的一个局限性是,大多数人已经对AAV产生了自然免疫,这可能使治疗无效。

近日,由意大利米兰San Raffaele Telethon基因治疗研究所的科学家们领导的一个小组发现了一种可能的方法:通过欺骗免疫系统来改善血友病基因疗法的递送。

他们利用天然抑制剂CD47整合到慢病毒载体(LVs)的表面,抵消吞噬细胞对它们的捕获,结果发现:肝细胞基因转移效率更高,急性炎症反应的激活减少;在非人灵长类动物(NHPs)的实验中,LVs能够在不引起毒性的情况下将治疗基因转移到肝细胞——体内凝血因子合成的主要场所。这项研究于5月22日发表在Science Translational Medicine杂志上。

递送血友病基因疗法,慢病毒载体具有潜力

针对遗传性凝血障碍血友病的肝靶向基因治疗是基因治疗最成功的应用之一。目前,重组凝血因子VIII或IX(FIX)蛋白替代治疗(PRT)分别是A型血友病和B型血友病的标准治疗。然而,基因治疗可能会在一次给药后建立一个稳定的组织功能因子来源,从而避免终生频繁静脉注射PRT的要求,并有可能提供对该病的彻底治愈。

单次静脉注射重组腺相关病毒(AAV)衍生载体,将凝血因子基因的功能副本运送至肝脏(凝血因子基因的天然生产部位),已显示出对血友病患者的安全性和有效性,并有望成为临床可用的治疗选择。

然而,由于AAV载体不能主动整合到宿主细胞基因组中,并且抗AAV免疫反应限制了载体的重新整合,这类基因治疗可能难以应用于儿童患者。此外,相当一部分成年患者对AAV预先免疫;因此,他们由于具有中和的抗AAV抗体(Abs)而没有资格接受AAV载体给药,或者由于对AAV衣壳的细胞免疫,需要免疫抑制一段时间来维持AAV转导的肝细胞。

在I/II期研究中,基因疗法先驱Spark Therapeutics的SPK-8011用于治疗A型血友病,使得12名患者的年出血率和输血需求均下降了97%。然而,值得注意的是,Spark试验中剂量最高的2名患者(即进入III期试验的剂量)出现了免疫反应,导致他们的因子水平降至正常水平的5%以下。

和AAV一样,慢病毒(LV)也被用于基因治疗。Bluebird Bio的LentiGlobin,旨在治疗另外的血液疾病 – β地中海贫血症和严重的镰状细胞病,使用LV将人类β-珠蛋白基因的功能性版本插入患者的造血干细胞中。

LV由HIV衍生而来,它不像AAV那么流行,因此应该是更好的基因治疗递送载体选择。研究者认为,随着时间的推移,AAV疗法的疗效似乎在减弱,而这正是LV可能拥有的另一种优势。因为LVs能积极地整合到宿主细胞基因组中,并在细胞分裂时得以维持,如果不与插入突变的显着风险相关,这对于建立长期表达具有潜在优势。

CD47 – 别吃我信号

然而,意大利的研究人员注意到,在发挥治疗作用之前,LV可以被肝和脾的吞噬细胞(吞噬外来分子的白细胞)清除。

众所周知,CD47蛋白是一种抑制巨噬细胞吞噬的信号分子,信号调节蛋白α(SIRP-α)的特异性配体。

因此,圣拉斐尔Telethon基因治疗研究所的科学主任Luigi Naldini和同事们假设,将CD47连接到LV可以帮助基因疗法逃离巨噬细胞的“魔爪”。

整合CD47到慢病毒,逃避免疫从而提高效率

研究通过瞬时转染过表达CD47,构建了先前报道中的LV稳定生产细胞系和293T细胞,用于LV生产。为此,研究人员用CD47表达的自失活γ逆转录病毒载体(SIN RVs)转导这些细胞。

在293T细胞和LV生产细胞系(CD47hi细胞)的细胞表面上实现了CD47蛋白稳定10至30倍的过表达。由CD47hi细胞产生的LV在对照293T细胞上具有与亲本细胞产生的载体相当的滴度和感染性,并且通过电子显微镜显示CD47的免疫染色显着增加(P<0.0001)。

LV表面上CD47的量不影响包膜蛋白- 水泡性口炎病毒蛋白G(VSV.G)的存在,与CD47hi LV的未改变的感染性一致。当CD47hi和对照LV与巨噬细胞系或原代人巨噬细胞一起孵育时,发现CD47hi LV的摄取显着降低(P=0.0303),其达到对照293T细胞中观察到的基础水平。相反,人巨噬细胞对无CD47LV的摄取显着高于对照LV(P=0.0083)。

这些数据表明,调节LV颗粒上CD47的量可以影响人巨噬细胞对它们的摄取。

在NOD小鼠的体内研究中,CD47hi LV表现出对吞噬作用和先天免疫激活的易感性降低;活体成像显示,CD47调节KCs(库弗氏细胞)对LV吞噬作用的速率和程度。

NHPs是最接近人类的模型,和人类之间SIRP-α和CD47的序列同源性分别为94%和99%。因此,下一步研究选择恒河猴作为受试者,因为与其他NHP物种相比,对HIV感染的限制较低。

他们证明,LVs向NHP的体内施用(静脉注射)是安全且耐受良好的,并且表明CD47hi LV对先天免疫系统的活化减少,并且进一步增加肝细胞基因转移。

尽管全基因组LV整合必然意味着对延迟的肿瘤发生的担忧,但该研究结果显示在NHP中没有LV转导的肝细胞或肝肿瘤扩张的迹象,尽管存在治疗个体数量和观察时间的固有限制。NHP肝脏和脾脏中的LV IS分析显示出不同的组成,几乎所有独特的IS由1-4个基因组代表,表明没有发生克隆扩增,并且与处理的NHP中大多数肝细胞预期的低至无增殖率一致。

此外,迄今为止,在几项临床试验中,LV转导的造血干细胞(HSCs)或T细胞治疗的数百名患者中,没有任何关于插入性肿瘤发生的证据,这包括对最早接受治疗的患者随访10年以上。鉴于HSC对致癌转化的敏感性可能高于肝细胞,这些发现令人放心,并支持LV设计、IS选择和多克隆重建都有助于减轻这种风险的说法。

研究小组补充说,整合CD47可以降低所需的LV剂量,从而缓解制造需求,并降低副作用的可能性。(生物谷Bioon.com)

 

犬类生殖器传染性肿瘤活化石基因组揭示从郊狼到北美土著家犬的古老渐渗

基因君

犬类生殖器传染性肿瘤活化石基因组揭示从郊狼到北美土著家犬的古老渐渗
犬类生殖器传染性肿瘤(CTVT)是一种可以在犬科动物中传染生存的肿瘤,作为最初患瘤个体(CTVTfounder)的活化石,其基因组记录了一只古代犬科动物的遗传信息。近10年来,科学家们反复讨论了CTVT的起源和肿瘤进化过程。目前,通过对全球范围的现代家犬和部分古代家犬化石的全基因组测序,CTVT的起源范围已由最初的狼或古老犬种,缩小至与北美洲土着家犬有关的群体。
过去研究CTVT基因组的方法存在一定偏差,CTVT的准确起源和其基因组组分仍未有详细的定论。中国科学院院士、中科院昆明动物研究所研究员张亚平和中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹团队合作,对CTVT的起源和基因组组分展开系统的研究。
该团队首先开发了首个传染性肿瘤专用的基因型检测工具ttgeno,利用ttgeno获得了每例CTVT全基因组所有位点的基因型信息,通过提取来自4大洲5例CTVT的基因型单态位点,获得了CTVT基因组中包含的最初患瘤个体的基因型和早期体细胞突变信息。通过与包含102个世界各地的现代和古代家犬、灰狼、北美郊狼个体的单核苷酸多态(SNPs)高质量参考数据集进行比较,提出CTVT基因型单态位点与种群参考SNPs数据集的二等位交集,可能属于CTVTfounder的祖先正常多态信息位点。该团队利用突变方向谱方法评估了不同集合的突变特征,证实了这些位点具有典型的家犬突变模式,可以作为CTVTfounder活化石来代表一个古代的群体。进一步,该团队合并参考数据集与CTVTfounder,进行了系统发育关系、群体遗传结构分析,均发现CTVTfounder与北美土着家犬构成单系群,说明了CTVT确实起源于北美土着家犬,且这个单系群与其它世界各地的家犬群体具有一定的遗传距离,与这个单系群最接近的群体是现存的极地雪橇犬。利用几种检验群体间基因流的方法,发现CTVTfounder和北美土着家犬携带一定比例来自北美郊狼和北美灰狼的基因流,并解析了CTVTfounder这个高覆盖度的活化石基因组中来自野生犬科动物的渐渗区域,得到了确切基因流发生的证据。同时,该团队也肯定了之前北美家犬发生群体替换的结果,现生北美家犬来自欧洲家犬,没有携带任何北美土着家犬的组分。
该研究不仅为传染性肿瘤基因组学提供了方便的基因型检测工具,更创新性地将CTVT当作活化石来进行群体遗传研究,为家犬迁徙历史和种群间杂交研究提供了新的思路和视角,将来利用该团队提供的CTVTfounder序列,可以深度挖掘北美犬种杂交进化的复杂历史和可能因此产生的复杂性状。
该研究近日以Canine transmissible venereal tumor genome reveals ancient introgression fromcoyotes to pre-contact dogs in North America 为题,在线发表在Cell Research上。昆明动物所研究实习员汪轩、硕士研究生周博闻、古脊椎所博士后Melinda A. Yang为文章的并列第一作者,张亚平、昆明动物所研究员王国栋和付巧妹为文章的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重大研究计划、中科院B类战略性先导科技专项、霍华德修斯医学研究所和中科院青年创新促进会的支持。(生物谷Bioon.com)

迈向“高清”基因组 | 华大发布“676”高精度基因组标准及解决方案

基因君

615日,在欧洲人类遗传学大会(ESHG 2019)上,全球领先的生命科学前沿机构华大集团(以下简称“华大”)发布了“高清”组装基因组解决方案及标准,该方案及标准基于华大旗下子公司华大智造自主测序技术DNBSEQTMstLFR,开启了基因组测序“全高清”时代,对更全面和准确地获取遗传信息有着里程碑式的突破。

在大会现场,华大智造首席科学家Rade Drmanac博士向在场嘉宾阐述了华大定义“高清”基因组的“676”标准,如果说过去短读长测序比对参考基因组,绘制出的是一幅打着“马赛克”的“肖像画”,那么基于“676”标准的从头组装二倍体基因组数据,则将基因组测序真正带入“全高清”时代,将极大推动个性化医疗的发展。

迈向“高清”基因组&#160;|&#160;华大发布“676”高精度基因组标准及解决方案

Rade Drmanac博士在现场讲解“676标准”

目前,由于测序技术的局限性,大多数全基因组测序只能获取单倍体数据。但人类基因组是二倍体,即我们从父母亲那里各遗传到一套染色体,这些染色体之间的变异和差异可能对个体的表型产生重要影响。

而新发布的高精度基因组标准和解决方案将有助解决这一问题。此次华大公布的高精度基因组测序数据标准为:Contig N50106Scaffold N50107,组装全基因组数据>6G,简称为“676”标准。

该标准将从头组装两条染色体,获取二倍体测序数据。依托华大更准确和低成本的个人全基因组测序解决方案,676”标准可以为人们提供自己独立的参考基因组数据。基于这些数据,可以检测所有类型的结构变异,且无需与参考基因组进行比对,将大大提高了基因组数据的参考性,最终帮助个体进行复杂疾病的诊断和预测,并可作为衡量个体一生健康变化的基线。

发布这一标准的Rade Drmanac博士对此表示,676”标准可单独组装每个人的基因组,并且不依赖于参考基因组,能提供更加全面和准确的遗传信息,将有助于推动个性化医疗的实现。

华大智造的stLFR(单管长片段)技术是实现“676”标准的核心,基于专有的DNA分子共标签技术,通过将来源于同一DNA长片段的短读长测序片段标记上相同分子标签,stLFR能够基于高精度短读长测序获取长片段的DNA信息,而与DNBSEQTM测序技术相结合,stLFR技术还能够实现高质量变异检测,二倍体基因组定相,结构变异解析及其他长读长应用。

除了技术优势,676”标准及其解决方案在测序成本上也同样具有优势。在即将上市的MGISEQ-T7测序平台上,“676” 标准的全基因组测序成本预计为1000美元。

在本次会议上,华大还计划将676”标准应用于新开展的基因组项目Diverse Genomes Project,该计划将在未来几年内对1000个样本进行测序,以在不同人群中创建高质量的参考基因组和更为完整的人类基因组多样性数据库。届时,这些数据将免费向研究者开放。目前该项目正公开收集样本,并招募合作者加入。

除发布676”精准基因组标准和解决方案外,华大还在本次大会上宣布了与生物信息学软件公司Sentieon的合作,Sentieon是基因组装配和变体调用解决方案的领导者,双方将共同开发基于stLFR技术的基因组组装软件,实现低成本高精度的单体型定相基因组从头组装。

基因编辑助大豆在南方丰产

基因君

 

基因编辑助大豆在南方丰产

据中国农科院最新消息,该院作物科学研究所植物转基因技术研究中心、大豆育种技术创新与新品种选育创新团队,利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定点敲除大豆开花调控关键基因GmFT2a和GmFT5a,创制出更适合低纬度地区种植的突变体材料;同时系统解析了GmFT2a和GmFT5a基因在大豆花期调控中的遗传效应,为大豆品种的区域适应性改良提供了新技术、新材料。相关研究成果新近在线发表于《植物生物技术杂志(Plant Biotechnology Journal)》。

团队首席、中国农科院作科所研究员韩天富介绍,大豆对光周期反应敏感,绝大多数品种只有在日照长度缩短到一定限度后,才能从营养生长转入生殖生长,进而开花结荚;导致大豆品种北移种植时往往晚花晚熟、生长期延长,甚至不能开花或正常成熟;南移种植时则一般表现为过早开花、生长期缩短,产量降低甚至不能正常生长。这种光周期反应特性使得大豆品种适宜种植区域普遍比较狭小。已有研究表明,GmFT2a和GmFT5a基因是大豆的重要开花促进因子。

团队通过构建GmFT2a和GmFT5a基因的过表达植株,并利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对GmFT2a和GmFT5a进行定点敲除,结合杂交手段,创制出单基因和双基因突变体材料。研究表明,GmFT2a和GmFT5a虽然在大豆的花期调控中存在功能互补,但在长、短日照条件下的开花促进效应差异较大。在短日照条件下,GmFT2a的开花促进效应比GmFT5a强,而GmFT5a在长日照条件下的开花促进效应更强。临界光周期对GmFT5a参与的大豆花期调控影响很大,超过品种临界光周期日长的条件下,GmFT5a基因是主要的开花促进基因,是使大豆能够适应长日照环境的关键基因。研究还发现,创制的双基因突变体在短日照条件下平均57.4天开花,比野生型晚花约31.3天,株高和节数较野生型显着提高,单株荚数和粒数也显着增加,这为适合低纬度地区种植的大豆品种改良提供了新的基础材料。(生物谷Bioon.com)

 

BMC Cancer:科学家鉴别出两种DNA二级结构 其或会诱发增加癌症风险的基因突变

基因君

2019年7月12日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志BMC Cancer上的研究报告中,来自俄罗斯高等经济研究大学的科学家们通过研究利用机器学习技术鉴别出了两种最常见的DNA结构:茎环结构(stem-loops)和四重结构(quadruplexes),这两种结构会引发导致癌症发生的基因组突变。

BMC&#160;Cancer:科学家鉴别出两种DNA二级结构&#160;其或会诱发增加癌症风险的基因突变

图片来源:medicalnewstoday.com

早在2000年时,研究人员就开发出了新一代的测序技术(NGS)来获取DNA和RNA的核苷酸序列并进行研究,该技术能帮助研究者同时读取数百万个基因组区域(利用早期的测序技术也可以实现),如今科学家们能够将人类基因组(遗传信息)记录在一个大约3.2Gb的文本文件中。

研究者Maria Poptsova指出,癌症是一种基因组疾病,当我们对肿瘤组织中的基因组进行测序时,我们就能够看到一系列不同的突变,这些突变有可能是点突变,也有可能是大规模的突变;比如,点突变会表现为单一核苷酸的消失或被另外一个核苷酸所替代;而大规模的突变则主要表现在部分基因组(从几个到几百万个核苷酸不等)被剔除、逆转、复制或插入到不同的基因组区域,由于这些重排,基因组断点(genome breakpoints)就会出现。

文章中,研究者就利用机器学习的技术调查了上述两种DNA二级结构对基因组断点的影响效应,研究者发现,在10种癌症类型超过2000个基因组中会出现大约50万个基因组断点,随后研究者开始寻找这些基因组热点区域,其被认为是频繁和反复重新排列的区域,换句话说,也就是风险区域。研究者表示,似乎茎环结构模型能够较好地解释血液、大脑、肝脏和前列腺癌的断点热点特性,而四重结构则能够较好地解释骨骼、乳腺、卵巢、胰腺和皮肤癌的热点特性。

断点的出现或许并不能通过DNA的二级结构所产生的影响来进行唯一解释,但其所占的比例至少为20%-30%,研究者认为,DNA的茎环结构和四重结构对断点进化的影响或许依赖于组织的类型,而后者则能通过表观遗传学因素所确定。研究者Maria Poptsova说道,目前基因组上有多种生物标志物能够有效区分不同类型的组织,我们正在研究DNA二级结构和表观遗传学标志物之间的关联,如今有研究人员已经观察到了DNA二级结构和表观遗传学标记对点突变的影响,因此本文中研究人员重点分析了断点的热点区域,同时首次研究确定了上述两种DNA二级结构所产生的影响。

最后研究者表示,未来DNA的四重结构或能用作开发新型疗法的潜在靶点,如果药物治疗能够使其更加稳定的话,端粒酶或许就无法在癌细胞中发挥作用,这样癌细胞就会变得非常脆弱了。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Kseniia Cheloshkina,Maria Poptsova. Tissue-specific impact of stem-loops and quadruplexes on cancer breakpoints formation, BMC Cancer,2019,19:434, doi:10.1186/s12885-019-5653-x

Science深度解读:隐藏的基因控制层影响着从癌症到记忆的一切

基因君

2019年8月20日讯 /生物谷BIOON /——基因上的化学标签可以在不改变DNA序列的情况下影响它们的表达,这一观点曾经令人惊讶,但是现在已经成为教科书上的内容。这种现象,即表观遗传学,现在已经出现在信使RNA (mRNA)上。信使RNA是一种分子,它将基因信息从DNA传递到细胞的蛋白质制造工厂。在上个月的一次会议上,研究人员讨论了RNA表观遗传学对基因表达和疾病也至关重要的证据,并描述了一种与白血病有关的新的化学修饰。
研究发现,表观遗传标记就像圣诞彩灯一样装饰着mRNA。位于马里兰州贝塞斯达的国家癌症研究所(NCI)的RNA生物学家Pedro Batista在会议上说,这种细胞利用这些标记”来确定应该在何处、何时以及产生多少(相关的)蛋白质”。更重要的是,纽约纪念斯隆凯特琳癌症中心的Michael Kharas说,mRNA修饰”可以影响细胞的生存能力,无论细胞分裂、癌症、神经疾病。他们为药物开发人员提供了有希望的线索。而且,他补充道,”这些东西可能对很多人们甚至没有注意到的疾病都很重要。”
Science深度解读:隐藏的基因控制层影响着从癌症到记忆的一切
图片来源;Science
修饰过的mRNA在20世纪70年代被报道过,但到2008年,它们基本上被遗忘了。随后,芝加哥大学(University of Chicago)的何川(Chuan He)、威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)的Samie Jaffrey和以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)的Gideon Rechavi重新审视了这个问题。他们的团队专注于一种名为m6A的mRNA修饰:一个甲基群–一个简单的化学单位–附着在RNA分子的一些腺嘌呤碱基上。何川教授的研究小组发现,一种著名的酶可以去除这种mRNA修饰,这表明m6A具有重要的生物学作用。Jaffrey和Rechavi的研究小组开发的映射工具表明,m6A具有广泛的应用。在这项工作之前,研究人员知道mRNA表观遗传标记的存在,但”他们只是不知道如何去寻找它们,”NCI的研究人员Shalini Oberdoerffer说。
在至少六种mRNA的修饰中,m6A是最好研究的。当一种叫做读取器的蛋白质附着在它上面时,它们就会引导标记的mRNA的命运,而mRNA的命运可能会发生巨大的变化。
例如,m6A促进胚胎干细胞分化为不同细胞类型所需的基因表达。但是在血液干细胞中,m6A限制分化。白血病是一种血液干细胞分裂失控的疾病,m6A通过使细胞保持干细胞样状态来维持疾病。2017年,包括Kharas在内的三组独立研究表明,去除mRNA上放置m6A的酶可以杀死急性髓系白血病的肿瘤细胞。目前,至少有三家生物技术公司正在开发阻止这种酶的实验药物。
Science深度解读:隐藏的基因控制层影响着从癌症到记忆的一切
图片来源:http://cn.bing.com
在会议上,英国剑桥大学的Tony Kouzarides报告了一种新的mRNA修饰和一种驱动白血病的相关酶。他说,”我怀疑将会有更多的”与白血病的联系。
M6A在大脑中也是至关重要的。通过它的读卡器,它可以控制小鼠在发育过程中新神经元形成的精确时间,并使轴突在神经损伤后再生。这种修改还增强了记忆。当何川教授的团队在老鼠身上敲除m6A阅读器的基因时,这些动物都有记忆缺陷。注射一种携带正常阅读基因的病毒可以逆转这种效果。去年,研究人员在《Nature》杂志上发表报告称,当研究人员用化学方法刺激神经元,模仿添加新记忆时,他们看到了依赖于m6A的大量蛋白质合成。
几年前,Oberdoerffer预感细胞可能在mRNA上使用另一种简单的化学单位,乙酰基。她的团队去年在《Cell》杂志上报道说,许多mRNA胞嘧啶碱基被乙酰化。这种变化通过稳定分子来促进翻译,也可能通过帮助mRNA与正确的转运RNA (tRNAs)匹配来促进翻译。转运RNA是一种小RNA分子,读取mRNA并向生长中的蛋白质链添加氨基酸。当mRNA和tRNA互补时,它们结合,触发氨基酸的添加。但是这个系统并不精确–可能的mRNA序列比tRNAs多得多,因此tRNAs必须以某种方式找到(并绑定到)一些不匹配的mRNA。
Oberdoerffer的团队发现了这个谜团的线索:尽管不匹配,但乙酰化的mRNA碱基通常位于tRNA必须识别mRNA的位置。研究人员发现,RNA修饰的存在极大地促进了基因翻译。Oberdoerffer并不认为这种修改对于正确的mRNA-tRNA识别是必要的,但是它可能会加强结合。她说:”我认为我们将了解到,我们所知道的遗传密码并不是一个静态的实体。”
和其他新兴研究领域一样,RNA表观遗传学(也被称为表观转录组学)也有怀疑论者。2016年,一组科学家在《Nature》杂志上发表报告称,他们发现了一种新的修饰,m1A,在一个细胞的mRNA补体中有7000多个位点。但一年后,在同一份杂志上,另一组科学家声称,存在最多15个mRNA m1A位点。”正因为如此,分子生物学圈子里的每个人都有点怀疑这些(mRNA)修饰的有效性,”Jaffrey说。
Science深度解读:隐藏的基因控制层影响着从癌症到记忆的一切
图片来源:http://cn.bing.com
其他关于关键酶和阅读蛋白功能的争论也很激烈。但是,表观转录组学正在快速发展。”我们只是需要……更多关于这些事情的知识,”何川教授表示。”这个领域还很年轻,而我们需要保持开放的心态。”(生物谷Bioon.com)
参考资料:

健康一生

apasstour 医健游测序宝