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基因编辑技术能让我们看到更加鲜艳的花朵

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基因编辑技术能让我们看到更加鲜艳的花朵

我们以前从未见过基因编辑技术(CRISPR)这样的使用方式,科学家们通过破坏日本一种植物的一个基因,将它从原来的紫罗兰色变成了白色,而更多的证据表明,基因编辑还拥有更巨大的潜力。

改良花是日本的牵牛花植物,研究人员只对负责花色素的基因进行编辑,而不影响植株的其余部分,但这小小的改动所带来的潜力却远远超出了化妆品的功效。

基因编辑技术中,Cas9酶负责做DNA切割的操作,它让科学家能够精确剪切和粘贴基因,从而允许进行一些相当深入的生物工程。

基因编辑技术能让我们看到更加鲜艳的花朵

虽然很多人担心这些工具会被滥用,但它们还可以有很多好的用途。

我们已经见过它被用于编辑动物的致病基因,虽然这在人类未来的使用中,仍然存在一些有关伦理的问题。

而现在这个来自日本各地机构的研究小组表明,基因编辑技术将会在研究和操纵植物方面产生巨大的影响。

“据我们所知,这是第一个关于将CRISPR / Cas9技术用于高等植物花色变化的研究,”该研究小组写道。

在日本,牵牛花被选为这个实验的主要研究对象,是因为它已经是日本国家生物资源项目(NBRP)的一部分,这意味着科学家已经知道很多关于它的基因编码,而DNA蓝图也已经可以熟练使用了。

该研究小组的目标是修改负责植物花朵颜色的基因,即二氢黄酮-4-还原组(dfr-b)基因。在dfr-b的两侧有另外两个非常密切相关的基因,而该研究的最大难点便在于,要在不影响植物其余部分的情况下,使用CRISPR/Cas9技术准确地剪出正确的DNA链。

dfr-b产生的酶被认为是产生花青素的原因,所以剪切掉它应该使得花朵变白,而最终的结果也证明了这样的猜想。

基因编辑技术能让我们看到更加鲜艳的花朵

在经过处理的植物胚胎中,大约有75%的胚胎是由白色而不是紫色的花瓣生长而成的,而对邻近基因的进一步分析显示其中并没有发生突变,这便证明了CRISPR / Cas9的准确性。

这项研究有可能可以让你定制花坛中花的颜色,因为新一代的植物,即那些既能长出紫罗兰色也能长出白色的花的植物,没有展现出人工引入DNA的迹象。

这就提出了一个有趣的问题:不管我们的意图是好是坏,我们新发现的基因编辑能力能够如何永久地改变自然的进程。

现在,科学家们正在进一步推进他们的研究,为了能展现CRISPR / Cas9技术的准确性和潜在能力:公元8世纪,日本引进了牵牛花工厂,而直到17世纪,基因突变的结果才带来了一个白色的牵牛花版本的出现。

人类在不到12个月的时间里,通过使用CRISPR / Cas9技术,实现了大自然需要花费大约850年的时间才能出现的现象,这既令人兴奋又令人感到害怕。

研究人员总结道:“本研究的成功结果将有助于为牵牛花以及其它观赏花卉或蔬菜进行花色和形状的修饰。”

这项研究已经发表在《科学报告》上。(生物谷Bioon.com)

Cell Systems:大型基因组数据库分析或能帮助寻找和未来疾病发病风险相关的遗传突变

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2017年9月14日 讯 /生物谷BIOON/ –如今,临床医生们会越来越多地使用遗传测试技术来寻找罕见疾病患者的发病原因,但寻找到病因仅仅是我们对抗疾病战斗的一部分,基因组分析的下一个前沿领域就是预测遗传突变是否是引发疾病的先兆。近日,一项刊登在国际杂志Cell Systems上的研究报告中,来自哈佛医学院的研究人员通过研究开发出了一种新方法,这种方法能够增加研究人员预测遗传突变作为疾病病因的准确率;进行大规模的基因组分析后,研究人员或能有效预测并不是很清楚的致病突变到底是如何引发机体疾病症状的,同时还能够帮助评估患者在后期出现临床疾病的可能性。

Cell Systems:大型基因组数据库分析或能帮助寻找和未来疾病发病风险相关的遗传突变

图片来源:medicalxpress.com

这项研究中,研究人员重点对罕见的遗传性疾病进行了研究,因为这些疾病很容易同根源性致病突变相匹配,为了阐明多个患者机体中出现的突变,并且将突变同特殊疾病相联系起来,研究人员必须对相同疾病患者的大量基因组测序数据进行观察分析,随后他们将患者的基因组数据同未患病个体机体的基因组数据对比。

文章中,研究人员检测了一种假设,即影响器官功能的遗传性疾病很有可能源于组成器官的组织中大量表达的基因发生突变所致;比如,如果一个特定的基因能够产生一种在心脏中普遍存在的蛋白质,那么该基因的突变很有可能会引发患者出现遗传性的心脏疾病,当然这一概念本身并不新鲜,但此前研究中研究人员或许得出了并不一致的结论。

研究者对不同组织中相同基因的表达情况进行了对比,同时还研究了相同组织中不同基因的表达情况;当然,这种假设在某些组织中存在但在其它组织中似乎并不存在;研究者发现,在心脏、大脑、皮肤和肌肉中高度表达的基因发生突变或许会经常引发这些器官患病,然而,在乳腺、甲状腺和胃部组织中,基因的表达水平和疾病发生风险并无关联,相关研究结果表明,在某些组织中或许存在一种较为复杂的互作关系。

研究者Isaac Kohane说道,本文研究阐明了利用大数据来鉴别基因表达模式的重要性,这或许能帮助我们理解遗传突变发生的机制,同时相关研究结果还能够给研究人员提供线索,帮助他们监测一个器官出现症状但却含有和多个器官有关的突变的患者,比如,遗传性肌肉疾病背后的突变或许被发现会引发一小部分患者出现神经发育性的障碍。最后研究者Feiglin表示,这些巨大数据库的美妙之处在于我们可以利用现有的数据做出更多新的发现。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Ariel Feiglin, Bryce K. Allen, Isaac S. Kohane, et al. Comprehensive Analysis of Tissue-wide Gene Expression and Phenotype Data Reveals Tissues Affected in Rare Genetic Disorders. Cell Systems (2017). DOI: 10.1016/j.cels.2017.06.016

Sci Rep:Crispr-Cas9基因编辑技术用于改变花的颜色

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2017年9月13日/基因宝jiyinbao.com/—最近,科学家们通过CRISPR基因编辑技术成功地改变了一种日本花园花卉的颜色,这一突破证明CRISPR技术在更广泛的领域内具有潜在的利用价值。
这一被改造的花卉叫做日本牵牛花,研究者们仅仅改变其其中一个负责花瓣颜色的基因。然而这一研究却表明CRISPR技术的应用价值远不止于此。
如果你还不熟悉CRISPR/CAS9技术,那么简单来说,该技术的原理是实现DNA的定点切割与编辑,从而实现生物学领域更深层次的工程化目的。虽然很多人关心该技术是否会存在滥用的情况,但事实已经证明它能够为人们的研究与生活提供很大的便利。如今我们已经将其应用于动物疾病的治疗,不过对于未来能否适用于人体,很多伦理方面的声音仍不绝于耳。
Sci Rep:Crispr-Cas9基因编辑技术用于改变花的颜色
(图片摘自www.sciencealert.com)
如今,来自日本的科学家们称该技术能够为植物的工程化培育提供同样巨大的帮助。“据我们所知,这是第一次利用CRISPR技术进行植物花瓣颜色编辑的试验”,研究者们说道。
在这一研究中,作者靶向了牵牛花中一个负责花瓣颜色的基因“DFR-B”,该基因编码的酶能够负责催化色素的产生,其活性的丧失会导致花瓣颜色变白。实验结果表明,有75%接受处理的植物胚胎发育成熟后开出了白色的花朵,此外,该基因附近的其它基因并没有受到干扰。
“这一试验的成功将促进未来该技术应用于花瓣颜色的编辑”研究者们总结道。相关结果发表在最近一期的《Scientific Reports》杂志上。(生物谷Bioon.com)
原始出处:Kenta Watanabe et al. CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of the dihydroflavonol-4-reductase-B (DFR-B) locus in the Japanese morning glory Ipomoea (Pharbitis) nil.Scientific Reports(2017).doi:10.1038/s41598-017-10715-1

“电子基因疗法”治疗心脏病

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2017年9月12日/基因宝jiyinbao.com/—最近,科学家们开发出了一种新型的”电子基因”疗法,有望为心脏疾病提供革命性的治疗方案。
心脏病是欧洲范围内致死率最高的疾病。仅仅2013年就有190万人因心血管疾病死亡,占据当年死亡总人数的37.5%。
存在较高心脏节律紊乱风险的人群往往会通过手术的方式移植一个心脏除颤器。然而,如果心脏本身就能够检测并且修复自身的紊乱症状的话又当如何呢?这就是来自荷兰Leiden大学医学中心的心脏专家D?niel Pijnappels博士致力于解决的问题。
“电子基因疗法”治疗心脏病
(图片来源:’Cardiac amyloidosis very high mag movat’ by Nephron licenced by CC 3.0 unported)
他所提出的想法是让心脏自己识别出自身存在的节律紊乱的征兆,并且通过起身的电信号将心跳节奏带回正轨,而实现这一目的的手段则是通过病毒转染的方式将特定的”节律识别与矫正”相关基因转入心脏细胞中。”这一蛋白不仅仅是识别心颤的检测器,而且能够对节律异常现象进行矫正”,Pijnappels博士解释道。
这一新型的”生物学”除颤器相比如今的电子设备具有很大的优势:首先它避免了容易产生副作用的手术过程,而且规避了电子设备本身具有的局限性,例如电池寿命、设备老化以及软件失灵等等。
Pijnappels博士希望他开发出的这一除颤器能够不引起机体的其它反应,同时能够很好地对心脏的异常节律进行矫正。
事实上,心脏节律紊乱的症状不仅发生于年老体弱的人群,青少年群体中也存在因运动过量导致的心脏节律发生改变的现象,此外,由于一些人天生存在相关的基因缺陷,因此也有较高的患心脏节律紊乱的风险。如果这一技术能够进入临床实践,那么将会对上述人群起到相当不错的治疗效果。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Electric genes hope to fix a broken heart

Cell:细胞如何将它的基因组包装在单个细胞核中?

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Cell:细胞如何将它的基因组包装在单个细胞核中?
图片来自Institute of Molecular Biotechnology。

2017年9月12日/生物谷BIOON/—我们的每个细胞都在它的细胞核中储存着它的基因组。细胞核是一种典型的将真核细胞与细菌区分开来的亚细胞结构。当动物细胞分裂时,它们让它们的细胞核解体,释放出染色体,从而将这些染色体正确地分配到子细胞中。在细胞分裂结束时,每个子细胞重新组装单个细胞核,从而将完整的一套染色体包装起来。单个细胞核的形成对维持基因组完整性是至关重要的。将单个染色体包装到不同的微核(micronuclei)中,容易让DNA遭受大规模损伤,从而导致突变、染色体重排和丢失。癌细胞经常含有多个微核,这可能导致基因组破坏和疾病进展。然而,细胞如何将它的基因组包装到单个细胞核中仍然是个谜。


对微核进行基因筛选

在一项新的研究中,来自奥地利科学院分子生物技术研究所的Daniel Gerlich团队通过筛选人细胞中组装单个细胞核所需的基因,着手解决这个问题。他们发现一种被称作BAF(barrier-to-autointegration factor)的多功能蛋白能够结合到DNA上,也能够结合到很多蛋白上。在缺乏BAF时,细胞在细胞分裂结束时形成片段化的细胞核。已知BAF在核膜上将DNA与特定蛋白连接在一起。意料之外的是,Gerlich团队发现细胞核组装并不需要BAF与核膜蛋白结合在一起。相反,他们发现BAF结合到较远的DNA位点上并且在这些位点之间形成横桥(cross-bridging)的能力是组装单个细胞核所必不可少的。相关研究结果发表在2017年8月24日的Cell期刊上,论文标题为“DNA Cross-Bridging Shapes a Single Nucleus from a Set of Mitotic Chromosomes”。


致密的BAF-DNA网络形成单个细胞核

BAF与DNA结合如何调节细胞核形成?Gerlich团队发现BAF与DNA形成一种紧密的物理上坚硬的网络。这会在一套染色体周围产生一种粘合在一起的表面网络,而且这种表面网络是核膜不能够穿过的。这种屏障阻止核膜分别包裹单个染色体,因而指导单个细胞核形成。

这项研究解答了生物学上的一个基础问题,并且揭示出BAF的一种完全意料之外的功能。Gerlich说,“我们的发现提示着产生的DNA横桥除了基因组功能(如调节基因表达和重组)之外具有一种全新的作用:形成亚细胞区室的界限和机械支架。进一步发现塑造有丝分裂染色体和控制它们与其他的细胞组分之间的相互作用的机制令我们感到激动人心。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Matthias Samwer, Maximilian W.G. Schneider, Rudolf Hoefler et al. DNA Cross-Bridging Shapes a Single Nucleus from a Set of Mitotic Chromosomes. Cell, 24 August 2017, 170(5):956–972, doi:10.1016/j.cell.2017.07.038

研究显示超过55%携带易感基因癌症患者可能被漏检

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研究显示超过55%携带易感基因癌症患者可能被漏检

近日,纪念斯隆凯特琳癌症研究中心(Memorial Sloan Kettering Cancer Center,简称MSK)的研究人员在《JAMA》杂志上刊登了重磅研究成果。他们采用独特的肿瘤检测技术MSK-IMPACT,对1040名晚期癌症患者的410个癌症相关基因进行了测序,还对包括ACMG标准和指南所推荐的癌症易感基因在内的76个癌症相关基因突变进行了胚系分析。

研究的结果颇令人震惊:研究人员确定了182名患者携带临床上可靶向治疗的胚系癌症相关基因突变,占所有患者的17.5%,但以往的研究中,检测的结果只有3%-12.6%!这意味着这种分析方法更全面,当前的癌症相关基因检测方法,低估了携带易感基因癌症患者的比例。

更让研究人员吃惊的是,如果根据患者的表型、家族史和现行的临床指南,这182名患者中将会有101名患者(55.5%),不会被建议去做基因检测[1]!

采用这种新的分析方法,扩大癌基因检测的范围,既可以给癌症患者提供更加精确有效的个性化治疗,又能够给患者亲属提供遗传咨询,可谓是一举两得,对癌症的防治来说,是一个重大的突破!

目前的基因检测,是根据患者的家族史和ACMG标准和指南,依据癌症的表型,选择几种特定的癌基因进行检测,这往往会错过一些非高危基因。

MSK-IMPACT(Integrated Mutation Profiling of Actionable Cancer Targets)是一个更加全面的癌症测序技术。目前,常规针对癌症的测序只在少数几种癌症中进行。相比之下,MSK-IMPACT适用于任何一种癌症,还可以检测到基因上所有蛋白编码区突变、拷贝数变化(CNAs)、启动子突变和基因组重排等,因此能够检测到罕见的突变以及其他关键的遗传变异。这种检测是肿瘤精准治疗的一个重要组成部分,灵活、全面的鉴定治疗中可靶向的基因。

MSK-IMPACT基于二代测序技术,它不同于传统方法中对肿瘤全基因组或蛋白编码基因测序,而是以过去的癌症研究为基础,研究人员确定了410个癌症相关基因,对患者这些基因上所有的重要区域都进行了测序,以便更全面地了解患者的“遗传变异”情况。

这1040名癌症患者中,有81.3%的患者处于癌症IV期,其中最常见的是乳腺癌、结肠癌、直肠癌、胰腺癌、前列腺癌和肾癌。有182名(17.5%)患者携带临床上可用于癌症预防或靶向治疗的胚系癌症相关基因突变,但以往的研究中,检测的结果只有3%-12.6%!这意味着这种分析方法更全面,当前的癌症相关基因检测方法,低估了携带易感基因癌症患者的比例。

然而182名患者中,只有81名患者的胚系癌症相关基因与其家族史和肿瘤表型一致,另外101名(55.5%)患者的胚系癌症相关基因突变,根据现行临床指导标准,使用肿瘤表型导向的基因检测是无法检出的。

分析的76个胚系癌症相关基因突变,膀胱癌患者的携带率为56.3%(9/16),胰腺癌患者的携带率为25.0%(44/176),前列腺癌患者的携带率为19.6%(71/362),肾癌患者的携带率为16.4%,结肠癌患者的携带率为9.2%(8/65)。另外,癌症IV期的患者中,胚系癌症相关基因突变的比例,远高于癌症0-III期的患者。

本研究的通讯作者之一,MSK临床遗传学服务总监兼首席研究员,Kenneth Offit博士表示:“如果根据现行的临床指导,那么这182人中,超过半数不会进行筛查或咨询,很大程度上是因为家族史不全。另外,遗传性的癌症可能更具有侵袭性!”

Kenneth OffitKenneth Offit博士

在检测的基因中,涉及DNA修复途径的基因突变,在前列腺癌患者中占13.5%(49/362),其他类型癌症患者为12.8%(87/678)。研究人员发现,22%的BRCA1/2基因突变位点和42.8%的错配修复突变位点,根据现行的临床指导,携带这些基因突变的患者将不会被推荐去做基因检测。

Offit博士解释了他们研究的意义,采用他们的方法,可以检测到传统的表型方法无法检出的突变基因,尤其是在DNA修复基因突变方面。

晚期前列腺癌患者的BRCA1/2基因突变频率更高,使得这类患者有可能受益于PARP抑制剂治疗,这种常用于卵巢癌治疗的药物也获得了更广的临床应用。

新方法还可以检测到与微卫星不稳定性(MSI)相关的DNA错配修复基因(如MLH1,MSH2,MSH6和PMS2)突变。由于PD-1抑制剂Keytruda已被批准用于治疗微卫星不稳定性高(MSI-H)的肿瘤患者,目前,MSK研究人员也在对MSI-H的前列腺癌患者进行相关的免疫治疗。

另外,这个研究还有一个重要的意义就是对遗传咨询做出一些指导,根据研究人员的建议,有29名患者的亲属也进行了基因测序,结果显示他们携带了13个临床上可靶向的突变,这是根据现行临床指南推荐的基因检测所不会去推荐检测的!其中20名亲属采取了癌症风险监测和降低癌症风险的手术,比如一名晚期前列腺癌患者的女儿,就根据检测的结果,接受了专家的推荐,进行了卵巢切除术。

这项研究凸显了癌症早期筛查新方法的重要性。检测肿瘤中的游离DNA,将作为MSK癌症精准防治的一部分。该计划的目标是利用癌症遗传学的知识,来指导开发新的早期筛查方法、以及潜在的预防方法。

不过,这项研究也存在几个不足之处。比如,还没有足够的后续跟踪调查,来评估遗传信息对患者或其亲属造成的影响,包括由于筛查的假阳性结果而引起的潜在危害。另外,由于研究中的患者存在独特的人口特征和病例组合,将研究结果外推至实际的社会环境中还有一定的局限性。另外,这种检测方法的价格也非一般患者所能承受的。

正如Offit博士表示,“根据我们二十年来的经验,我们相信胚系测序可以改善癌症患者或其亲属的癌症结局。然而,在将这种新方法普及之前,需要进行更多的研究。”(生物谷Bioon.com)

 

Science:揭示基因转录暂停机制

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Science:揭示基因转录暂停机制
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2015.07.042

2017年9月11日/生物谷BIOON/—转录是基因表达的一个至为重要的步骤。在一项新的研究中,来自中国清华大学、美国西北大学、德克萨斯大学达拉斯分校和迈阿密大学的研究人员发现调控一种影响转录的蛋白的机制。这一发现可能导致人们开发出控制基因异常表达的药物。相关研究结果于2017年8月31日在线发表在Science期刊上,论文标题为“PAF1 regulation of promoter-proximal pause release via enhancer activation”。论文通信作者为西北大学费恩柏格医学院生物化学与分子遗传学主任Ali Shilatifard教授。论文第一作者是Shilatifard实验室的博士生Fei Chen。

当包括RNA聚合酶II (RNA Polymerase II, Pol II)在内的因子在位于基因上游的被称作启动子的DNA序列上组装时,基因转录过程就开始了。Pol II对蛋白编码基因进行转录。

在2015年发表在Cell期刊上的一项研究中,Shilatifard、Chen和Shilatifard实验室的其他成员证实了蛋白PAF1(Pol-II-associated factor 1)如何导致Pol-II在某些启动子上暂停,从而抑制转录起始(Cell, doi:10.1016/j.cell.2015.07.042)。

Shilatifard说,“让启动子暂停,随后让它们在发育期间的合适时间释放,对合适地调控多种基因在发育不同阶段表达是非常重要的。”

尽管那项研究已确定移除PAF1会让Pol II从它的暂停状态中释放出来,但是它并未揭示出PAF1的特异性作用机制。直到Chen开始探究转录增强子的作用时,他和他的合作者们才鉴定出其中存在的关联性。

根据之前的研究,这些增强子的作用是增强某种基因发生转录(往往以一种组织特异性的方式)的几率。

Shilatifard说,“这些增强子的功能是确保某种基因在眼细胞中而不是在皮肤细胞中表达。”

在这项新的研究中,Chen发现移除PAF1会调节增强子区域激活,从而导致暂停和释放。

Chen说,“存在很多针对增强子调节的研究,也存在很多针对暂停调节的研究,但是我们是首次证实这两个步骤存在关联。”

根据Shilatifard的说法,这些增强子可能是阻止和治疗癌症的关键。

他说,“我们知道增强子在大量癌症中发生突变。我们认为下一步将是为了开发众多药物,这种关联可能被用来研究转录过程。”

根据Shilatifard的说法,调节转录暂停和释放的药物可能代表着未来的一种有前景的开发途径,但是仍然有很多的工作要做。

Shilatifard说,“鉴于我们发现PAF1在增强子激活和Pol II暂停/释放中的功能,我们能够通过筛选鉴定出这种过程的抑制剂、激活剂和增强剂,随后继续研究这种过程当遭受异常调节时导致的疾病。”

他补充道,“我们知道暂停对发育是至关重要的,而且暂停遭受异常调节能够导致疾病。如今,我们将继续针对它开展研究。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Fei Xavier Chen, Peng Xie, Clayton K. Collings et al. PAF1 regulation of promoter-proximal pause release via enhancer activation. Science, Published online:31 Aug 2017, doi:10.1126/science.aan3269

PNAS:重磅!科学家成功利用全基因组测序数据对人群进行鉴别

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2017年9月9日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中,来自国外的研究人员通过研究,利用全基因组测序和机器学习等技术成功实现了对每个人面部及其它机体特征进行鉴别。

PNAS:重磅!科学家成功利用全基因组测序数据对人群进行鉴别

图片来源:Human Longevity, Inc.

研究人员认为,这项研究或为法医提供了新的方法来识别凶手,同时本文研究对于数据保密、识别以及个体的充分知情同意也具有重要的意义。随着越来越多基因组数据的产生以及公共数据库的扩大,我们往往需要进行更多的公众审议。

这项研究中,研究人员对1061名年龄在18-82岁不同种族的人群进行研究,对参与者进行了至少深入为30X的基因组测序,同时研究人员还收集了参与者的一些表型数据,包括3D面部图像、声音样本、眼睛和肤色、年龄、身高及体重等信息。研究人员能够准确预测参与者的眼睛颜色、肤色及型别,但预测其它更复杂的遗传特点似乎比较困难,但他们认为他们所开发的预测模式是合理的,但后期还需要大量的研究对象才能够进行更为精准的预测。

此外,研究人员还开发了一种名为最大熵算法的机器学习算法,这种算法能够在所有的预测模型中帮助寻找最佳的组合来将全基因组测序数据同表型和人口数据进行匹配,来进行更为准确的人群识别,平均而言在不同种族中能达到80%的识别率,在非洲裔美国人和欧洲参与者中能够达到50%的识别率。

研究者Venter表示,我们进行这项研究是为了证明我们机体的基因组能够编码任何制造机体的元件,尽管这是对一个有限的群体进行的概念验证研究,但我们认为随着这项研究以及我们所开发的数据库中参与者数量的增加,我们就能够更加准确地通过个体的基因组及其它信息进行人群的准确识别。

Venter补充道,此外我们都非常关心,目前公众和很多研究团体对于个体在基因组方面的隐私和安全并没有过多的关注,因此这就要求我们进行我们后期应该进行更多深入的分析,并且开发出更多新型的技术解决方案。本文研究阐明了新型成像技术对大规模人群进行特征筛选的潜力,机器学习技术能够进行完全自动化的数据解释,同时在科学研究中也扮演着关键的角色。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Christoph Lippert, Riccardo Sabatini, M. Cyrus Maher, et al. Identification of individuals by trait prediction using whole-genome sequencing data. PNAS (2017) doi: 10.1073/pnas.1711125114

最大规模的转移肿瘤基因组分析发现了啥?

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最大规模的转移肿瘤基因组分析发现了啥?

肿瘤转移在晚期患者中是很难避免的一种现象,肿瘤转移同时也是导致患者死亡的一个主要原因。如何防止和减少肿瘤转移对于癌症患者的预后将有很大的帮助。要做到这一点,了解转移后的肿瘤与原发肿瘤有何区别非常重要。

目前为止的大部分肿瘤基因组研究都集中在原发肿瘤上,肿瘤中新出现的基因突变也是选择靶向治疗方案的主要依据。而最近,来自美国密西根大学(University of Michigan)的科学家们发表了一项迄今规模最大、最全面的对于转移肿瘤的基因组研究,其中有一些很有意思的新发现,这项研究发表在了最近的权威学术期刊《自然》杂志上。

在这项始于2010年的研究中,密西根大学的研究人员收集了500名患者的转移肿瘤的样本,这涵盖了超过30种不同的癌症在22种不同器官中的转移。他们提取了这些肿瘤样本中的DNA和RNA,进行了全外显子和转录组测序,并与患者的健康组织进行了对比。

科研人员的第一项发现并不十分出人意料,转移肿瘤中出现的基因突变的数量和类型都显着地多于原发肿瘤,几乎每一例转移肿瘤中都含有更多的突变。在转移肿瘤中出现频率最高的突变都来自于已知的致癌基因,如TP53、CDKN2A、PTEN、PIK3CA、RB1等。这说明了转移肿瘤有更多的时间来发展新突变,这些新突变可以用来应对患者接受的治疗,这也就意味着转移肿瘤侵略性更强更难以治疗。

通常对于肿瘤的基因组测序都只针对DNA,而这个团队通过对RNA进行测序,发现了更多癌细胞如何改变肿瘤微环境,以及如何通过改变基因表达水平和激活信号通路来促进肿瘤的生长和转移的机制。这些发现有望帮助找到更多的药物靶点,此外还能了解癌细胞的免疫特征以预测患者对于免疫疗法的反应。对RNA测序带来的另一项关键发现是,转移肿瘤会显出两种截然不同的特征之一,它们要么增殖速度非常快,要么会经历一个叫做上皮至间质转化的去分化过程使它们更容易转向其他器官。

这项研究中最出人意料的发现是,通过对于肿瘤基因组和正常基因组,科研人员发现有多达12%的转移肿瘤患者携带有遗传的基因突变,这几乎是所有癌症患者中带有遗传突变的比例的4倍!这些遗传突变中有大约四分之三的基因与DNA修复有关,对于这一机制存在一些靶向疗法。科研人员建议,这些带有遗传突变的转移肿瘤患者的家族成员应当进行基因组测序和寻求遗传咨询,以评估癌症风险。

这项研究的通讯作者、密西根大学教授、密歇根转化病理学中心主任Arul Chinnaiyan博士表示:“肿瘤在接受治疗后和在转移过程中不断地进化,因此我们需要对转移肿瘤进行活检并提出相应的治疗方法,而不是依靠存档的原发肿瘤样本。”

研究人员表示,初步数据显示他们发现的基因突变中有75%属于“可治疗的突变”,也就是说已经有靶向药物获批针对这些突变。下一步他们将继续追踪这些患者接受治疗后的疗效,以评估对转移肿瘤能否改善患者的预后。(生物谷Bioon.com)

新发现112个基因证实与肥胖有关

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新发现112个基因证实与肥胖有关

由日本理化学研究所等机构组成的联合研究小组通过对17万日本人大规模全基因组关联分析(GWAS)和1.5万日本人重现性验证,以及对32万欧美人进行跨民族分析,发现了人类基因组上193个与体重调节相关的基因变异,其中112个是新发现的。

肥胖是引发各种疾病的危险因素,其原因不仅是由于过食或缺乏运动,遗传因素影响同样巨大。但由于生物学原因带来的体重个体差异,人们对其遗传原因的理解尚不明晰。

每个人的体重决定因素由遗传因素和环境因素复杂交织而成。从过去对双胞胎的研究发现,体重的个体差异原因40%至60%由遗传因素决定。在此之前,以欧美人为对象对34万人的GWAS研究发现了100个左右体重相关遗传基因。这些体重相关遗传基因主要集中在脑功能的基因上,而生物学研究报告发现,免疫细胞和脂肪细胞也与肥胖有一定关联。过去实施的GWAS分析没有明确细胞类型与肥胖的关联。

此次,研究小组对加入生物库的16万日本人遗传信息进行了GWAS分析,同时对32万欧美人实施的GWAS进行统计学分析,发现了193处与肥胖相关遗传基因感受性区域。通过对组织特异性表观基因组信息和GWAS综合分析,证实了过去报告的脑细胞以及免疫系统淋巴细胞对体重调节起重要作用的多数遗传学证据。

此外,研究小组还对33种疾病与体重的遗传关联进行评价,发现不仅是Ⅱ型糖尿病、心血管疾病等生活习惯病,精神疾病、免疫、过敏性疾病、骨关节疾病等遗传因素与体重个体差异相关遗传因素之间也具有共同性。

新研究成果不仅揭示了影响体重个体差异的新遗传因素,还从更广泛视角提出了体重与疾病的关系、生物学相关组织和细胞类型等新的见解。(生物谷Bioon.com)

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