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为了将基因组检测纳入医疗健康的日常服务,斯坦福大学医学院近日宣布与Google公司展开合作,来推动他们将要推出的临床基因组服务。这项服务有望在今年秋天推出。
Google将会为这项服务提供信息架构,这是一个基于google云平台的建设。接下来,斯坦福和Google将会建立基于云技术的应用来分析医疗健康数据库,旨在提高医疗护理和医学研究。
这项服务将会允许斯坦福的医生们为可能由特殊基因引起的有异常症状或特殊症状的患者提供基因组测序服务。斯坦福的工作人员将会分析患者的数据,并与系统中的数据库做比对来寻找可能的异常状况。相应地,这也提高了治疗癌症和破解各类罕见疾病的可能性。
“在过去的几年,关于医疗健康的数据出现了大爆发,”斯坦福医学院的院长Lloyd Minor说,“虽然科学家们还在研究如何将大数据进行整合,把这些数据在临床中为单个患者应用还是一个巨大的挑战。”
在协议中,Google成为了斯坦福医学院的正式商业合作伙伴,并且保护患者数据安全也会列在HIPAA法案(医疗电子交换法案)的监管约束之下。同时,所有存储在Google云平台上的数据都会保证隐私并加密。
斯坦福医疗系统包括斯坦福医学院、斯坦福健康护理和斯坦福儿童医院。财政信息和其他条款并未公开。
“这个协议将三方面的专业融合在了一起:数据科学、生命科学研究和临床护理。”Google行业解决方案工程的副总Sam Schillace说,“下一个阶段推动医疗健康更深理解和更快进步的人将来自于这三个领域的先锋者,他们共同合作来建立下一代的工具和数据平台。(生物谷Bioon.com)
2016年12月25日讯 /生物谷BIOON/ –线粒体作为细胞的能量工厂经常在癌症,衰老,神经退行性疾病和心脏疾病中发生异常。线粒体发生的变化是否与癌症扩散存在真正联系一直存在争议。
在一项发表在国际学术期刊Cell Discovery上的最新研究中,来自宾夕法尼亚大学的研究人员发现线粒体借助一个新机制影响细胞核内与肿瘤进展相关的基因表达。参与该机制的一种蛋白能够响应线粒体氧化或代谢应激,进而影响表观遗传过程。利用化合物阻断这种相互作用,就可以降低癌基因的表达。
“我们的研究证明线粒体功能与细胞核内基因表达存在关联,”Narayan Avadhani教授这样说道。“我们知道这种信号对癌症进展的早期阶段有直接作用,参与其中的蛋白会是阻断这条信号甚至阻断癌症进展的好靶点。”
Avadhani的研究小组已经发表了一些文章提出证据表明减少线粒体数目或破坏线粒体功能会促进癌症发展,他们认为线粒体会触发一个应激信号向细胞核发出预警。
研究人员将他们的注意力放在hnRNPA2蛋白上,他们之前曾经发现该蛋白能够应答线粒体应激,也与细胞核内DNA有密切关联。hnRNPA2是一个RNA结合蛋白,最近被证明参与癌症进展。
研究人员在降低了线粒体数目的细胞内改变hnRNPA2活性,进一步研究该蛋白在线粒体-细胞核交流过程中发挥的作用。他们发现hnRNPA2能够激活细胞核内应激相关基因的启动子。进一步研究揭示hnRNPA2能够通过在组蛋白上添加乙酰辅酶A 基团(乙酰化)开启基因的表达。组蛋白的乙酰化修饰能够帮助解开紧密包装的染色质,让转录过程进行得更加容易。
除了激活应激相关基因维持生长和细胞永生,肿瘤细胞还会激活端粒酶确保细胞端粒始终处于合适长度。研究人员发现虽然在线粒体数目减少的细胞内端粒酶表达水平会出现增加,阻断hnRNPA2表达能够逆转这种情况。
研究人员还进一步证实了这个蛋白如何作为乙酰转移酶发挥乙酰化作用,突变其中几个重要位点该蛋白的乙酰转移酶活性会大大受到影响。
最后为了检验hnRNPA2与肿瘤进展之间的关联,研究人员发现虽然线粒体数目减少的细胞侵袭能力更强,但是表达突变hnRNPA2的细胞却缺少了这种能力。
研究人员希望未来能够开发一些小分子阻断hnRNPA2的催化活性,看是否能够阻止癌细胞的侵袭和转移。(基因宝jiyinbao.com)
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HnRNPA2 is a novel histone acetyltransferase that mediates mitochondrial stress-induced nuclear gene expression
Manti Guha, Satish Srinivasan, Kip Guja, Edison Mejia, Miguel Garcia-Diaz, F Brad Johnson, Gordon Ruthel, Brett A Kaufman, Eric F Rappaport, M Rebecca Glineburg, Ji-Kang Fang, Andres Klein Szanto, Hiroshi Nakagawa, Jeelan Basha, Tapas Kundu, Narayan G Avadhani
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研究人员首先分析了荷兰奈梅亨大学医学中心遗传检测项目中的外显子组测序结果,包括820名轻度到重度智力障碍儿童及其父母的数据,随后又分析了已发表研究中约1300个家庭(双亲和孩子)的测序数据。
从这2104个家庭中出现的2637个新生突变中,研究人员发现了10个基因出现新生功能缺失突变过表达,其中包括染色质修饰、脆性X染色体、突触可塑性以及胚胎发育通路相关的基因。这项研究结果近期发表在《Nature Neuroscience》上。
文章共同通讯作者、奈梅亨大学医学中心人类遗传学研究员Christian Gilissen等人写道,“我们的研究表明了新生突变对一系列神经发育表型的影响。大量罕见的显性发育障碍基因还有待进一步被鉴定。”
10个新的智力障碍易感基因的发现过程
研究小组选取患有智力障碍的461个男孩和359个女孩以及他们的父母,利用安捷伦SureSelect富集系统分离基因组的蛋白编码序列,利用Illumina HiSeq测序仪进行测序,外显子组测序平均深度为75X。
研究人员发现了1083个疑似新生突变,这些突变影响了915个基因。他们又分析了基因特异性突变率,发现了18个已知智力障碍基因在患者组中受到新生突变不成比例的影响。
为了找到新的候选基因,研究小组去除掉携带有已知智力障碍基因的个体,再次进行分析,将候选基因缩小到4个基因,分别为DLG4、PPM1D、SOX5和TCF20,在智力障碍儿童中这四个基因频繁地出现新生突变。
研究人员进一步结合已发表研究中测序家庭的数据,共对2104个家庭的测序数据进行分析,结果发现了另外6个候选基因。
在1471个没有已知智力障碍基因突变的个体中,研究人员对受1400个新生突变影响的1235个基因进行meta分析,结果在较小样本集合中发现了4个基因(DLG4、PPM1D、SOX5、TCF20),以及另外6个基因:RAC1、SMAD6、SON、TLK2、TRIP12和SYNCRIP,在智力障碍患者中这些基因会出现更多的功能缺失性新生突变。
研究小组指出,在一些基因中出现的新生突变可能会产生重叠的临床特征,例如在两个接受检测的小孩中发现了TLK2基因的突变,这两个孩子具有相似的面部先天性畸形。
这项新分析中鉴定出的许多受新生突变影响的基因和通路,与智力障碍、自闭症谱系障碍(ASD)或其他神经发育疾病患者中已经发现的基因重叠。
但文章作者表示,他们鉴定出的新基因中只有两个基因与另一篇发布在bioRxiv上的发育障碍研究检测到的受新生突变影响的基因重叠,不认同神经发育疾病中大部分受新生突变影响的基因已经被鉴定出来了的这种观点。(生物谷Bioon.com)
12月23日凌晨零时,女生物学家、美国加州大学伯克利分校的研究者詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)与合作者发表论文称,她们发现了新的CRISPR-Cas基因编辑系统X和Y:CRISPR–CasX 、CRISPR–CasY,可能用于开发极具应用价值的基因编辑工具。
结合着DNA的Cas9
詹妮弗·杜德纳显然吸取了CRISPR-Cas9专利之争的教训:该论文标明,加州大学已就论文中的最新发现,向美国专利商标局提交了临时专利(provisional patent)申请,詹妮弗·杜德纳是多位发明人之一。
杜德纳(左)
该研究论文很短,其文字部分仅三页(Research Letter),其论文标题为《来自非培养微生物的新CRISPR-Cas系统》(New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes)(DOI: 10.1038/nature21059),目前已在线发表在国际学术期刊《自然》(Nature)上。詹妮弗·杜德纳和同样来自美国加州大学伯克利分校研究者、女科学家吉莲·班菲尔德(Jillian F. Banfield)为该论文的两位通讯作者。
新CRISPR-Cas基因编辑系统X和Y发现于非培养物,或被称为“不可培养物”。人类生存的自然环境中充斥着各种各样的微生物,比如细菌、真菌。人们目前只发现有限几种培养方法,可以培养出种类有限的微生物。更多种类的微生物,还隐藏在人类的认知疆域之外。
吉莲·班菲尔德带领的研究人员,跳过“培养”这一步骤,“直接”研究了地下水、土壤、婴儿肠道和其它各种环境中微生物。在它们的基因组中,经过与CRISPR-Cas9的类比,她们发现了CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY。
这两种系统在詹妮弗·杜德纳的实验室接受了检测,其活性得到了证实。
此外,论文作者还首次报告称,在古菌域中发现了Cas9。这引人关注,因为过去学术界一直认为原核生物没有此类基因编辑系统。
CRISPR–Cas系统中的Cas,指的是“基因魔剪”中的剪刀,而CRISPR帮助剪刀确定剪开的位置。
2012年6月28日,詹妮弗·杜德纳实验室在《科学》(Science)杂志发表论文(A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity)称,利用CRISPR-Cas9系统在生物体外、试管中,实现了对DNA序列的修改;次年,2013年1月29日,杜德纳实验室将这一技术成功应用在人类细胞中的论文发表在《Elife》上(RNA-programmed genome editing in human cells)。
但此前,美国博德研究所张锋课题组将这一系统应用在人类细胞上的研究论文已于2013年1月3日发表在《科学》杂志上。并且通过缴纳专利快速审核费用,张锋率先拿到了CRISPR-Cas9系统应用于哺乳动物细胞的专利。
加州大学伯克利分校提起诉讼,以争夺这一专利的归属权,目前,美国专利商标局尚未做出最终裁决。
DNA或基因被称为生物体的“底层密码”。对这一密码的修改,因为食品工业、制药业和临床治疗等领域的需求,早已开始广泛应用。
除了转基因技术,基因编辑技术是目前最常用的修改基因(或基因组)的技术。
CRISPR-Cas9是目前最前沿的基因编辑技术,全球科研人员都在试图开发更实用的基因编辑技术,超越CRISPR-Cas9。比如,备受国际社会关注河北科技大学副教授韩春雨课题组,5月2日,他们与合作者在《自然》子刊《自然·生物技术》发表论文称,发现了效率高于CRISPR-Cas9的新的基因编辑技术Ng-Ago技术,但其实验结果目前遭到重重质疑,并被学术期刊调查中。
此外,9月15日,南京大学医学院附属金陵医院的周国华研究员、南京大学模式动物研究所的赵庆顺教授和朱敏生教授在国际学术期刊《基因组学》(Genome Biology)上发表论文,报告了一种基于结构引导的内切酶(SGN,Structure-guided nuclease)实现体内外DNA任意序列的靶向和切割的基因编辑新技术。(生物谷Bioon.com)
你可能听说过这样一件事:
2013年,好莱坞巨星、女神中的女神——安吉丽娜·朱莉进行了一次基因检测,结果查出BRCA1基因缺陷,这意味着她拥有87% 的几率罹患乳癌。得知结果后,她毅然切除了自己的双侧乳腺,将该几率降至5%以下。
消息一出,预防性基因检测一时风头无两 。《时代周刊》更是直接将这种现象命名为:安吉丽娜效应。
▲ 时代周刊杂志封面:安吉丽娜效应
朱莉并没有公开为其提供基因检测的公司到底是哪一家,但很有可能就是本篇文章的主角:基因检测行业的翘楚、资本市场的宠儿、FDA的欢喜冤家、十年来跌跌撞撞但越来越坚强的不死鸟——2006年创立于加州山景城的23andMe。
顾名思义,数字23代表了人类的23对染色体,而他们提供的服务便是告诉你:你和你的基因有什么关系。
▲ 23andMe:你和你的基因之间有什么关系?
在23andMe,只需要付出99美元和几口唾沫,就可以得到以下信息:
■ 你的祖先从哪里来(你有百分之多少的非洲人、亚洲人、欧洲人甚至尼安德特人血统)?
■ 你的外貌特征(如头发颜色)和饮食习惯
■ 你在数据库里有没有什么亲戚
▲ 某测试人的祖源分析结果,这位老兄应该是个美国人,主要的血统来源是欧洲、非洲,也有一点点印第安人血统
当然啦,还会有对你的唾沫分析后产生的原始数据。跟星座预测、掌纹解读、半仙算命相比,基因检测的结果当然是靠谱多了。
不过,如果你愿意再加100美元,你还将在原始数据的基础上得到以下分析解读:
■ 你是否可能患有36种典型的遗传疾病,包括镰刀型红血球疾病、囊纤维化、家族黑蒙性白痴等等。如果你也知道配偶的具体情况,就可以算出孩子患有遗传疾病的概率。
■ 如果你在加拿大和英国下单,更是会得到自己多达数百种疾病的患病概率,包括帕金森症、乳腺癌等等。但是,就在朱莉事件公开后不久,在美国此项服务被FDA叫停了。
而这一切,都要从一个女人:Anne E. Wojcicki说起。
▲ Anne E. Wojcicki与23andMe
Wojcicki曾是一名毕业于斯坦福的生物学学生和健康行业投资分析师。2006年,在谷歌、基因泰克等公司的支持下,Wojcicki发起成立了提供基因检测服务的23andMe。
然而,她最为外界津津乐道的是她的另一个身份:Google创始人Sergey Brin的前妻。嗯,没错,是前妻。
他俩的故事堪称一部狗血都市言情多角恋剧。作为一个严肃认真的DT君,我才不会告诉你Brin可能劈腿了女下属,而该女下属可能是谷歌一位前高管的前女友,这位高管很有可能正是因为被上司给绿了就远走他乡跳槽到了远在中国的小米。
而Brin和Wojcicki却依然保持着“友谊”与“伙伴”般的关系,并共同抚养孩子,而且共同助力23andMe的发展——不仅谷歌到现在还是23andMe的投资方,Brin本人也在前妻这里有投资。
▲ 曾经的Brin和Wojcicki
除此之外,Brin也做了 23andMe的基因测试,结果发现他拥有很高的罹患帕金森综合征的概率。于是他一边积极进行各种预防帕金森综合征的锻炼活动,一边豪掷10亿美金用于相关治疗。而运营这笔资助的基金会,叫做Brin·Wojcicki基金会。
但23andMe的故事,要比Wojcicki和Brin的八卦精彩得多。
自诞生起,23andMe就备受争议与关注。这包括一门新兴的技术、一场与监管方FDA的爱恨情仇,和一个独角兽的生意经。
基因检测技术: 到底能告诉我们什么?
23andMe采用SNP(基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性)技术,即通过客户提供的唾液样本,用基因芯片对人体基因组的65万个位点进行检测。
换句话说,23andMe并不是对你的全部基因组进行测序,而是只对一些可能存在问题的位点进行筛查。据此,23andMe便生成了非常靠谱的祖源分析与看上去非常靠谱的健康分析:用户有多大的概率罹患某种疾病。
然而,这一技术用于娱乐性质的“我从哪里来”是可以的,用于“我将如何死去”就是忽悠大于实质了。
首先,23andMe采用的Illumina芯片一次只能筛查最多100万个位点,这些位点只占人的基因组上预计SNP总数的三分之一、人类基因组总碱基数的万分之三。数据总量先天不足。
第二,23andMe已经完成至少120万份样本的采集,但这个数字对于研究60亿人口的基因与疾病的关系还远远不够。更不用说这些数据多来自于北美、英国等地,导致其对于其他地区甚至连祖源分析都不够准确。
第三,基因检测只是万里长征第一步,最大的挑战在于数据的解读与分析。到目前为止,关于许多基因位点与疾病关系的研究还停留在刚刚开始、经常互相矛盾、不同实验室结果偏差巨大的初级阶段。
▲ 基因信息烟波浩渺,人类对自己基因的解读还停留在初级阶段
此外,人类体内不是只有自己的基因,与我们共生的各种微生物对我们有着重要的影响。更不用说对于疾病来说,后天的生长环境、每个人的心理健康等影响因素有时候比基因更重要。
然而,正是基于这些还远远不够完善的数据库和很不成熟的研究结果,23andMe便号称可以提供患病概率预测。这直接导致了来自学界的严重质疑。
芝加哥大学人类遗传系教授Bruce Lahn就说:“23andMe的服务很大成分是商业炒作,甚至是涉嫌骗人的把戏。和这个领域内的大多数专家一样,我认为 23andMe提供的疾病风险信息目前没有太大用处”。
▲ 芝加哥大学人类遗传系教授Bruce Lahn。来,看着我正义的眼神,敢说你没有撒谎?
与FDA的爱恨情仇
正是由于上面提到的各种不靠谱,FDA于2013年11月要求23andMe下架所有关于疾病风险评估的服务与广告。当时的23andMe正如日中天,但FDA的这道禁令可谓当头一棒。自此,两家开始了一段跌宕起伏的恩怨情仇。
图片摘自:www.huffingtonpost.com
2016年8月10日 讯 /生物谷BIOON/ –刊登在国际杂志Nature Methods上的一项研究报告中,来自澳大利亚的研究者通过研究开发了一种新型“模具”,即可以反映人类基因组的合成性镜像DNA序列,这种用于绘制并且分析基因组复杂性的直观新技术或将被学术研究者免费使用。人类基因组是一个包含有超过60亿个碱基且非常复杂的序列,尽管如今我们可以廉价且快速地对一个人的基因组进行测序,但对人类基因组随后的分析却是一个非常困难的问题。
为了改善对人类基因组分析的质量,本文的研究者基于合成性的人类基因组序列开发出了一种名为Sequins的新技术。研究者Tim Mercer博士指出,人类基因组测序可以改变生物医药研究及人们的医疗保健,随着基因组测序越来越多地被用于诊断疾病,对于研究者而言理解基因组数据的准确性和应用就显得尤为重要。文章中研究者Mercer及其同事在测序过程中,就将小型延伸的合成性DNA加入到人类的DNA样本中,随后这些特殊的合成性DNA就可以作为内部标准物来帮助研究人员分析基因组测序期间所产生的大量数据文件。
研究者认为Sequins技术是基于一种直观相对简单的概念而开发的,即镜像DNA的概念;从本质上来讲,sequins就是天然DNA序列的镜像,就像人类一样,基因组总有着旋向性(’handedness’),就好比我们的右手和左手不一样,sequins往往不同于天然的基因组序列,因此sequins的行为同天然基因组序列的行为相似,但其却很容易被分辨出是合成性的。
研究者Mercer指出,Sequins技术是首个可以将诊断统计学应用于每一个个体的基因组测序试验中的新技术,而且我们预测该技术可以帮助改善对遗传性疾病诊断的可靠性和敏感性。如今利用Sequins技术研究者就可以明显改善对癌症的诊断。在癌症诊断中将Sequins技术同临床试验相结合或许就可以增加单一诊断测试的可靠性,从而减少不正确的诊断次数,并且给予临床医生更大的自信来对患者进行更加精准的诊断。
研究者John Mattick教授说道,Sequins技术可以将DNA测序引入到临床标准中,同时其也是一个很好的平台帮助进行基因组研究和医药领域的相关研究;Sequins的潜在应用还很多,由于从细菌到人类所有有机体的基因组都具有旋向性,因此Sequins就可以有针对性地对任一有机体来设计,或者应用于任何新一代测序应用中。(基因宝jiyinbao.com)
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Representing genetic variation with synthetic DNA standards
Ira W Deveson, Wendy Y Chen, Ted Wong, Simon A Hardwick, Stacey B Andersen, Lars K Nielsen, John S Mattick & Tim R Mercer
The identification of genetic variation with next-generation sequencing is confounded by the complexity of the human genome sequence and by biases that arise during library preparation, sequencing and analysis. We have developed a set of synthetic DNA standards, termed ‘sequins’, that emulate human genetic features and constitute qualitative and quantitative spike-in controls for genome sequencing. Sequencing reads derived from sequins align exclusively to an artificial in silico reference chromosome, rather than the human reference genome, which allows them them to be partitioned for parallel analysis. Here we use this approach to represent common and clinically relevant genetic variation, ranging from single nucleotide variants to large structural rearrangements and copy-number variation. We validate the design and performance of sequin standards by comparison to examples in the NA12878 reference genome, and we demonstrate their utility during the detection and quantification of variants. We provide sequins as a standardized, quantitative resource against which human genetic variation can be measured and diagnostic performance assessed.