基因新闻 第180页

2016年9月15日讯 /生物谷BIOON/ –最近来自美国贝勒医学院和NIH等研究单位的科学家们在小鼠的脑部发现了影响肥胖发生的新机制。这项发表在国际学术期刊Cell Reports上的研究表明未来有望通过靶向这条新机制达到治疗肥胖的目的。

“众所周知脑参与肥胖发生，但是高脂饮食如何改变脑进而触发身体内脂肪的堆积仍然不清楚。”文章作者Makoto Fukuda这样说道。

Fukuda等人研究了小鼠的Rap1基因，该基因在多种组织中都有表达，在脑中参与记忆和学习等功能。但是对于脑部的Rap1如何参与能量平衡了解较少。

在这项研究中，研究人员在小鼠下丘脑的一群神经元细胞中敲除了Rap1基因，随后通过高脂饮食喂养发现，未敲除Rap1基因的对照组小鼠体重不断增加，相比之下缺少了Rap1基因的小鼠体重更轻，身体脂肪含量也更少。在正常饮食情况下两组小鼠体重和脂肪含量没有差异。

研究人员经过观察发现缺少Rap1基因的小鼠虽然活动度没有改变，但进食量减少同时对脂肪的消耗更多，这些现象与下丘脑分泌的POMC增加和NPY以及AgRP减少有关，这些激素都参与食欲的调节。除此之外，敲除小鼠的血糖和胰岛素水平也低于对照小鼠。

研究还发现缺失Rap1基因的小鼠在进行了高脂饮食喂养以后并未出现瘦素抵抗，它们仍然能够对瘦素产生应答。而瘦素抵抗是人类肥胖的一个显著特征。

研究人员利用能够抑制Rap1作用的抑制剂药物处理肥胖小鼠，发现药物处理能够恢复小鼠对瘦素的敏感性，将血液中瘦素的水平降低到正常饮食小鼠的水平，受到药物处理的小鼠会吃得更少，体重下降。

研究人员最后表示，该研究发现高脂饮食会增加小鼠脑部Rap1的活性，导致对瘦素的敏感性下降从而发生肥胖。脑部Rap1参与的这条新机制可能代表了一个潜在的治疗靶点，未来有望用于人类肥胖的治疗。（基因宝jiyinbao.com）

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DOI: 10.1016/j.celrep.2016.08.039 

Neuronal Rap1 Regulates Energy Balance, Glucose Homeostasis, and Leptin Actions

Kentaro Kaneko1, Pingwen Xu1, Elizabeth L. Cordonier1, Siyu S. Chen1, Amy Ng1, Yong Xu1, 2, Alexei Morozov3, 4, Makoto Fukuda1, 5,

2017年1月25日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自癌症基因组图谱研究网络（The Cancer Genome Atlas Research Network, TCGA）的研究人员鉴定出宫颈癌的新的基因组特征和分子特征。这将有助于对这种疾病进行分型，并且可能有助开发出最适合每名宫颈癌病人的靶向疗法。他们对178种原发性宫颈癌的基因组进行完整的分析，结果发现70%以上的宫颈瘤在一到两种重要的细胞信号通路中发生基因组变化。令人意外的是，他们也发现一小部分宫颈瘤并不表现出人乳头瘤病毒（HPV）感染的证据。相关研究结果于2017年1月23日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Integrated genomic and molecular characterization of cervical cancer”。

在全世界，每年有50多万新发宫颈癌病例和25多万宫颈癌死亡病例。美国国家癌症研究所代理主任Douglas Lowy博士说，“绝大多数宫颈癌病例是由致癌性HPV持续感染所导致的。多年来，已有有效地抵抗大多数致癌性HPV类型的预防性疫苗面世，接种它们有长期的潜力来降低宫颈癌病例数量。”

Lowy博士注意到，“然而，大多数在未来的几十年内患上宫颈癌的女性已超过推荐进行接种疫苗的年龄，因而将不会获得这种疫苗的保护。因此，宫颈癌仍然是一种急需有效疗法的疾病，而且除了HPV的基因之外，这项最新的TCGA分析可能有助在发现靶向宫颈癌基因组的重要序列元件的药物中取得突破性进展。”

这项研究的一个特别令人关注的方面是鉴定出一组独特的8种宫颈癌与子宫内膜癌存在分子类似性。这些子宫内膜样肿瘤（endometrial-like tumor）主要是HPV阴性的，而且它们都在KRAS、ARID1A和PTEN基因上发生较高频率的突变。

美国国家癌症研究所TCGA项目办公室主任Jean-Claude Zenklusen博士注意到，“鉴定出HPV阴性子宫内膜样肿瘤证实并不是所有的宫颈癌都与HPV感染存在关联，而且严格来说，一小部分宫颈癌可能是由遗传因子或其他因子导致的。” TCGA项目在过去的十年里已研究了30多种肿瘤类型。

鉴于免疫疗法在癌症治疗中正变得越来越重要，研究人员研究了编码已知的免疫靶标的基因以便观察其中的任何一种基因是否发生扩增，这种基因扩增可能预测病人对免疫疗法作出的反应性。他们发现几种这样的基因发生扩增，特别是CD274基因（编码免疫关卡蛋白PD-L1）和PDCD1LG2基因（编码免疫关卡蛋白PD-L2）。已经证实几种关卡抑制剂是有效的免疫治疗试剂。此外，这项TCGA分析鉴定出几种新的突变基因（包括MED1、ERBB3、CASP8、HLA-A和TGFBR2）存在于宫颈癌中。他们也鉴定出几种宫颈癌病例存在涉及BCAR4的基因融合。基因BCAR4产生一种长链非编码RNA（lncRNA），而这种lncRNA已经证实诱导对拉帕替尼—抑制乳腺癌中一种关键通路的口服药物—产生反应性。因此BCAR4可能是携带这种变化的宫颈癌的潜在治疗靶标。

鉴于免疫疗法在癌症治疗中正变得越来越重要，研究人员研究了编码已知的免疫靶标的基因以便观察其中的任何一种基因是否发生扩增，这种基因扩增可能预测病人对免疫疗法作出的反应性。他们发现几种这样的基因发生扩增，特别是CD274基因（编码免疫关卡蛋白PD-L1）和PDCD1LG2基因（编码免疫关卡蛋白PD-L2）。已经证实几种关卡抑制剂是有效的免疫治疗试剂。此外，这项TCGA分析鉴定出几种新的突变基因（包括MED1、ERBB3、CASP8、HLA-A和TGFBR2）存在于宫颈癌中。他们也鉴定出几种宫颈癌病例存在涉及BCAR4的基因融合。基因BCAR4产生一种长链非编码RNA（lncRNA），而这种lncRNA已经证实诱导对拉帕替尼—抑制乳腺癌中一种关键通路的口服药物—产生反应性。因此BCAR4可能是携带这种变化的宫颈癌的潜在治疗靶标。

当分析宫颈瘤中这些分子变化背后的生物学特征时，研究人员发现将近四分之三的宫颈癌在PI3K/MAPK信号通路和/或TGFβ信号通路中发生基因组变化，这可能也提供治疗靶标。他们注意到这项研究提出的一个重要问题是HPV阳性宫颈瘤或HPV阴性宫颈瘤是否会对靶向疗法作出不同的反应。（生物谷 Bioon.com）

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Integrated genomic and molecular characterization of cervical cancer

The Cancer Genome Atlas Research Network

doi: 10.1038/nature21386

图示：纳米脂质颗粒能有效的把Cas9 mRNA和针对乙肝病毒DNA的引导RNA输送到动物的肝细胞内。Cas mRNA随后被翻译成 Cas9蛋白，蛋白与引导RNA结合后特异性的识别乙肝病毒DNA并对其进行剪切，导致病毒DNA突变或者降解，从而从源头上降低病毒的水平。

2017年1月24日，清华大学谭旭研究组与美国俄亥俄州立大学董一洲研究组合作在《Cell Research》上发表了题为《A non-viral CRISPR/Cas9 delivery system for therapeutic gene targeting in vivo》，在国际上首先研发出一种新型CRISPR/Cas9递送系统，其能够在体内递送CRISPR/Cas9至肝脏，并在单链引导RNA（sgRNA)的引导下靶向切割外源或内源致病基因从而达到治疗肝病的目的。该种新型递送系统为CRISPR/Cas9这一强有力的基因编辑工具，在临床上的实际应用开辟了新途径。

自上个世纪90年代以来，基因治疗逐渐兴起，其通过补偿基因缺陷或修正异常致病基因从而达到治疗的目的。CRISPR/Cas9是在细菌中发现的一种DNA剪编辑系统，由于其高效特异的DNA剪切和编辑能力在科研领域已经得到广泛应用，而在临床治疗中其应用前景也非常值得期待。已有的CRISPR/Cas9体内输送是通过运用腺病毒表达体系来表达Cas9和guide RNA，如同腺病毒在基因治疗历史中的巨大作用一样，但也存在诸如腺病毒缺乏靶向性，本身免疫源性较高，病毒在体内有一定重组突变机率等问题。而且，腺病毒在细胞内的长期稳定表达Cas9 DNA酶，也有可能带来长期的毒副作用。

基于脂质纳米颗粒的核酸输送系统已经在活体内输送小RNA，如siRNA上表现出良好的效果。谭旭课题组与董一洲研究组合作研发了一种新型脂质纳米颗粒系统，其可以包裹Cas9蛋白的mRNA以及单链引导RNA并在活体内有效的输送至肝脏并进行表达，对特定致病基因进行切割。

为测试所研发的新型脂质纳米颗粒系统的实际效果，研究组分别选取了以下一个外源性靶点和一个内源性靶点进行测试。选择的外源性靶点是乙肝病毒（HBV）基因组。全球乙肝病毒感染者约有3.5亿人，而在中国更是一个严重的社会问题。乙肝病毒难以彻底清除的主要原因是其基因组以一种共价闭环DNA（covalently closed circular DNA或cccDNA)形式存在，而现有治疗手段均无法触及cccDNA；选择的内源性靶点是前蛋白转化酶枯草溶菌素9（Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9， PCSK9）是当前针对高胆固醇血症和其它心血管疾病药物研发的重要靶点。就目前来看，针对PCSK9的药物主要是抗体类药物，需要长期多次服用，价格昂贵。上述二者均有希望通过编辑其基因序列而达到治疗的目的，故研究组选取此二者为对象，测试这种新型的药物递送系统。

研究发现在细胞水平上，经这种新型脂质纳米颗粒（LNP）包裹的Cas9/sgRNA，能够有效的对细胞中HBV cccDNA和Pcsk9基因进行切割，并有效的降低HBV相关抗原的表达。动物实验结果表明，这种新型脂质纳米颗粒可以有效递送Cas9/sgRNA输送至肝脏进行表达，并且尾静脉注射6小时后Cas9蛋白表达量达到最大，其后逐步降低，24小时后消失。在肝脏内，所递送的Cas9/sgRNA能对内外源基因序列进行有效的特异性剪切，进而降低相关蛋白的表达量。一次注射能有效降低乙肝病毒表达量50％以上。国际审稿人认为这项工作是本领域激动人心的成果，对CRISPR/Cas9系统未来的临床转化研究有重要意义。该研究成果以通讯形式于2017年1月24日在线发表于《Cell Research》上。

论文通讯作者为谭旭和董一洲。清华大学生命科学学院博士生蒋超、梅淼，俄亥俄州大学博士后李斌、清华大学医学院博士生朱修锐为共同第一作者。清华大学生物医学工程系的郭永课题组也有重要贡献。该工作得到了科技部重点研发计划，中组部青年千人计划，生命科学联合中心和美国盖茨基金会的资助。（生物谷Bioon.com）

水稻株型是决定水稻产量的主要因素之一，也是决定抗倒性的主要农艺性状，水稻理想株型的塑造是提高水稻产量的重要途径。控制水稻理想株型的主基因IPA1 (Ideal Plant Architecture 1) 编码一个含SBP-box的转录因子，参与调控多个生长发育过程。我国近些年培育的很多超级稻品种都具备理想株型特征，然而其分子遗传调控机制一直没有得到挖掘。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组与中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所何祖华研究组等合作，在水稻理想株型优异等位位点克隆及精细调控机理研究中取得新进展。

利用超级稻品种甬优12的原始育种品系，通过图位克隆的方法，克隆了调控株型的主效位点qWS8/ipa1-2D，该位点位于IPA1基因上游的一段大片段三元串联重复序列，这一基因组结构变异导致了IPA1启动子区甲基化水平降低，IPA1基因表达量上升，从而使植株出现理想株型的表型，并同时具有适当的分蘖数。根据基因组重测序结果，推测该新位点大约上世纪60年代起源于我国东南沿海。进一步研究表明，IPA1对株型有着精细的剂量调控效应，利用IPA1的不同等位位点，实现IPA1的适度表达是形成大穗、适当分蘖和粗秆抗倒理想株型的关键。利用ipa1（现定名为ipa1-1d ）及ipa1-2d 新位点，与嘉兴农科院合作育成了嘉优中科系列品种，增产效果显着，实现了超级稻新品种的分子设计育种。该研究为今后水稻理想株型的分子设计育种提供了重要遗传资源和技术途径，并为进一步解析水稻株型精细调控机理和水稻新品种设计培育奠定了基础。

上述研究成果于3月20日在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志在线发表（doi：10.1038/ncomms14789），上海生科院植生生态所何祖华研究组毕业博士生和植物逆境中心李建明研究组博士后张林与遗传发育所李家洋研究组副研究员余泓为该论文的共同第一作者，何祖华和李家洋为共同通讯作者。该研究得到了农业部转基因专项、国家重点研发计划、中科院先导项目和国家自然科学基金项目的资助。(生物谷Bioon.com）

如果能够修复胚胎携带的遗传缺陷基因，是否就能够成功阻断遗传病？记者从广医三院获悉，该院生殖医学中心刘见桥教授研究团队对人类正常受精的二倍体胚胎进行了基因编辑，来阻断广东地区高发的地中海贫血和蚕豆病这两种遗传病。

最近，这项研究成果发表在了国际期刊Molecular Genetics and Genomics（《分子遗传学和基因组学》）上，受到了国际关注。这是全球首次将基因编辑技术运用于人类二倍体胚胎，此前报道的对人类胚胎进行基因编辑的研究都是使用不能正常发育的三倍体胚胎。

使用人类正常受精胚胎

2015年，中山大学黄军就教授发表了全球第一篇利用CRISPR基因编辑技术修改人类胚胎基因的报告，从而避免该基因突变导致的β型地中海贫血；2016年，广医三院范勇博士团队尝试编辑人类胚胎基因使其获得艾滋病的免疫力，是发表的全球第二篇对人类胚胎进行基因编辑的研究。

然而，这两个研究中，只有低于10%的细胞被CRISPR技术成功修复，效率太低。而且，为减少伦理争议，这两项研究均使用了不能正常发育的三倍体胚胎（两个精子和一个卵子），比正常的二倍体胚胎（一个卵子一个精子）多了一组染色体。因此，CRISPR技术在人类正常受精胚胎中如何操作、是否有效等问题仍需要继续探索。

对此，广医三院生殖中心主任、普通高校生殖与遗传重点实验室PI刘见桥教授带领团队开展了研究。他们使用了广医三院生殖医学中心患者捐赠的未成熟卵子，先将这些卵子在体外诱导成熟，然后与两位捐赠者的精子进行体外配对，从而获得了20枚二倍体胚胎。

这些捐赠的精子均携带遗传突变缺陷基因，这意味着获得的胚胎可能也携带遗传突变基因。团队试图通过基因编辑技术修复这些胚胎中的遗传突变基因，从胚胎层面阻断遗传病。

成功率明显高于三倍体

第一位捐精者携带了蚕豆病基因突变。蚕豆病是广东地区高发的”地方病”，患者食用蚕豆或吸入该植物的花粉时会引发急性溶血性贫血。

研究团队分别向10枚体外成熟的卵母细胞注射了携带蚕豆病突变的精子，其中有2枚胚胎成功”遗传“了这种突变。经基因编辑后，其中一枚胚胎的突变基因被全部修复了，另一枚胚胎的部分细胞得到了修复。

第二位捐精者则携带了β型地中海贫血的主要致病基因突变。研究团队同样分别向10枚体外成熟的卵母细胞注射了携带突变的精子，最后有4枚胚胎成功携带了地贫基因。经基因编辑后，其中一个有部分细胞被成功修复；有一个没有修复缺陷基因而是发生了另一种突变，剩余两枚修复没有效果。

刘见桥表示，此次基因编辑实验可用的样本量很小，只有6枚胚胎携带了疾病突变，但结果显示基因修复成功率较以往有了明显提高。”这次研究的成功证实，CRISPR技术在二倍体胚胎中的效果要比之前在三倍体胚胎中的应用好得多。”

尽管不能仅基于6个胚胎得出确定的结论，但是实验结果令人鼓舞，基因编辑技术显示出了阻断遗传性疾病垂直传播的强大潜力。该论文目前受到国际顶级期刊和媒体的高度关注，如New Scientist、MIT Technology Review等。

实现临床应用尚需时日

蚕豆病、地中海贫血是两广地区常见的遗传性疾病，此次运用基因编辑技术从胚胎层面修复地中海贫血、蚕豆病等遗传疾病的基因，是广医三院生殖医学中心提高两广地区生殖健康的有益尝试。

刘见桥介绍，目前的技术对于遗传疾病几乎没有有效的根治办法，只能通过早期诊断来阻止遗传病患儿的出生。而对胚胎基因进行编辑，则有望彻底阻断遗传基因，使得下一代完全不携带缺陷基因。

比如对于患少弱精症或无精症的男性来说，他们经过辅助生殖技术生下来的孩子，如果是男孩很可能也是少弱精症或无精症患者，但如果可以对胚胎进行编辑，他们生下来的孩子可以具有完全的生殖能力。

CRISPR技术应用于人类二倍体胚胎的实验证明了它阻断遗传性疾病的潜力。但刘见桥仍然认为，这项技术离临床应用还有很长道路要走。”实验的胚胎中，有一个没有修复缺陷基因而是发生了另一种突变，这意味着该技术还远远不够安全。我们需要保证胚胎没有产生任何错误的基因，确保安全。”(生物谷Bioon.com）

2017年3月22日讯 /生物谷BIOON/ –英国桑格研究院的研究人员和他们的合作者们最近发现了帮助阻止前列腺癌、皮肤癌和乳腺癌发育的新基因。这些基因能够与众所周知的肿瘤抑制基因PTEN配合发挥作用，该研究还发现这些基因与人类前列腺肿瘤存在相关性。

相关研究结果发表在国际学术期刊Nature Genetics上。

该研究揭示了一些参与癌症发育的新途径，这些基因有望成为治疗PTEN突变癌症的新药物靶点。这项研究开发的一些方法也可以用于发现其他协同抑制癌症生长的基因。

前列腺癌是英国男性中第二常见的癌症，每年大约有47000名男性被诊断为前列腺癌。超过一半的前列腺癌存在PTEN基因的改变或缺失，还有许多其他癌症也存在类似情况，包括脑瘤和子宫内膜癌。

类似PTEN这样的肿瘤抑制基因能够帮助阻止健康人体内癌症的发育。PTEN调节一个与生长和分裂有关的重要细胞途径，但是还有哪些基因和途径能够协同PTEN阻止癌症还不是特别清楚。

在这项研究中，研究人员设计了一种新方法，将Pten基因的一部分转变成一种可移动的DNA元件——转座子。当这一部分离开Pten基因就会出现基因的失活。重要的是携带了一部分Pten基因的转座子会随机落在整个基因组内，损伤插入的基因，当转座子损伤了一个协同Pten发挥作用的肿瘤抑制基因就会出现癌症的生长。

文章第一作者Dr. Jorge de la Rosa博士表示：“我们设计了这种新方法，将转座子直接插入到Pten基因中，这样无论何时转座子跳跃出去插入到基因组的另一个部位，都会同时造成Pten基因的失活。通过分析癌细胞内被破坏的基因，我们就可以找到与Pten协同抑制肿瘤生长的抑制基因。”

研究人员共分析了278个来自小鼠的前列腺、乳腺和皮肤肿瘤，发现了成百上千个可能协同PTEN共同发挥作用的肿瘤抑制基因。研究人员利用人类细胞系和来自人类前列腺肿瘤的数据研究了其中的5个基因。

这项研究首次在多种癌症类型中研究了与PTEN协同发挥作用的肿瘤抑制基因，并且发现通过基因手段使PTEN失活以后，5个候选基因中每个基因都可以驱动人类细胞系发生癌变。他们还发现人类前列腺癌样本中这5个基因的表达水平更低，表明这些信号途径可能对于抑制肿瘤非常重要。

研究人员还在Pten突变小鼠体内研究了其中一个叫做Wac的基因，他们发现移除Wac基因的一个拷贝可以增加前列腺肿瘤的尺寸，但是移除两个拷贝却会导致肿瘤尺寸减小，这可能揭示了靶向治疗前列腺癌的新途径。

文章作者Allan Bradley教授表示：“靶向PTEN相关途径的药物正处于开发阶段，但是肿瘤都会迅速产生抵抗。靶向其他肿瘤抑制途径或许会起到一定作用。这种新方法是发现重要的肿瘤抑制基因网络的一个很好的工具，我们希望该研究中发现的基因能够为前列腺癌和其他癌症的治疗策略开发提供一个基础。”（基因宝jiyinbao.com）

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原始出处：

Jorge de la Rosa, et al. A single-copy Sleeping Beauty transposon mutagenesis screen identifies new PTEN-cooperating tumor suppressor genes, Nature Genetics, doi:10.1038/ng.3817