基因新闻 第29页

2017年12月14日 讯 /生物谷BIOON/ –目前，基因编辑技术已经开始在临床试验中进行测试了，研究人员能利用CRISPR-Cas9和其它技术来直接对人类机体细胞的DNA进行编辑，多项临床试验都处于招募受试者或计划阶段；近日，一项刊登在国际杂志PNAS上的研究报告中，来自波士顿儿童医院及蒙特利尔大学的研究人员就通过研究发现，个体与个体之间的遗传差异或许会削弱基因编辑产生的效率，在更罕见的情况下或许会造成潜在的危险的“脱靶”效应。

图片来源： Lessard S; et al

本文研究增加了一些新证据，即基因编辑或许需要适应每个病人的基因组，从而才能够确保被靶向作用的基因或附近DNA序列中不会出现突变。医学博士Stuart Orkin说道，人类的DNA序列并不相同，而且被认为是“正常”的DNA序列或许也并不能解释所有的差异；在设计治疗性编辑的靶向系统时我们推荐需要将常见的变异考虑在内，同时也为了能最大限度地发挥功效，减少患者潜在的安全隐患。

文章中，研究者对此前已经发布的7444个全基因组序列进行分析，基于研究人员比较感兴趣通过基因编辑来改变的30个疾病相关的DNA靶点列表，研究人员就制成了一张含有几乎3000个导向RNAs（gRNAs）的列表，当然这些只是被开发出的遗传代码的一部分，其能够直接直接指导CRISPR-Cas9酶进入到靶点附近合适的编辑位点。随后研究人员向通过研究观察是否这7444名个体机体的gRNAs中会携带DNA序列的改变。

研究者Canver解释道，如果CRISPR试剂能够用于治疗的这个位点存在一定的遗传差异，那么你可能面临治疗效率降低或疗法失败的风险；单个碱基对的差异或许会导致结合效率的降低，而这归因于导向RNA的错配，总而言之，或许就会引发患者疗法效率的下降。研究者发现，在基因组中出现这种现象并不罕见，大约有50%被分析gRNAs都会被靶点位置的突变体潜在影响；此外，在一些新的病例中研究者还发现，促进基因组中DNA序列与gRNA更好匹配的遗传突变或许会潜在地将DNA序列“拖动”到错误位置，从而就会使得基因或其它DNA区域不会被靶向作用。

研究者Canver说道，在罕见情况下或许会产生一些非常强大的“脱靶”位点，这样CRISPR试剂就能够结合并且切割一些它们不打算切割的位点；如果在肿瘤抑制基因上发生脱靶效应的话，那将是一个很大的问题。尽管本文研究阐明了CRISPR-Cas9基因编辑技术，但研究人员认为，本文研究结果还能够延伸到其它基因编辑工具中，比如锌指核酸酶（ZNF）和TAL效应核酸酶。

所有的技术都依赖于特异性地识别DNA序列，因此，影响靶向序列的突变体或许会降低导向RNA的结合，而突变也会在新的位点产生一些结合作用，从而对细胞产生损伤；随着新型基因编辑技术的不断开发，以及慢慢开始在临床中使用，确保每一种治疗都能够针对特殊的病人，对于研究者而言或许是至关重要的。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Samuel Lessard, Laurent Francioli, Jessica Alfoldi, et al. Human genetic variation alters CRISPR-Cas9 on- and off-targeting specificity at therapeutically implicated loci. PNAS (2017). doi:10.1073/pnas.1714640114

2018年10月13日/生物谷BIOON/—两个研究团队独立地在Nature期刊上发表两篇论文，描述了使用英国生物样本库（UK Biobank）中的全套数据开展的研究。第一个研究团队由来自英国、澳大利亚和瑞士的研究人员组成—他们搜索了英国生物样本库，从中寻找遗传变异和表型之间的关联性，以便填补这些数据中的空白。第二个研究团队由牛津大学的研究人员组成—他们使用英国生物样本库旨在将遗传数据与相关的1万幅MRI脑部扫描图进行比较。Nature期刊针对这两篇论文还发表了由特约撰稿人Matthew Warren撰写的一篇新闻与评论类型的文章—他概述了以另一种方式将英国生物样本库和其他的生物样本库用于基因研究工作中。这两篇论文是首次发表利用英国生物样本库开展的研究。

作为一种数据库，英国生物样本库包含着居住在英国的大约50万人（年龄在40到69岁之间）的遗传数据。它还包括针对每个人的生活方式、体型以及唾液、血液和尿液测试结果等方面的数据。作为一个意外收获，它还包括数以千计的MRI扫描图。英国生物样本库始于2006年，是由一个团队构建出来的，而且该团队将继续在未来30年内添加从原始的志愿者那里获得的新数据。它设在英格兰的曼彻斯特市。

在第一篇论文中，第一个研究团队利用英国生物样本库中的关于标志物的基因型填补（genotype imputation, 它是一种统计学程序）来填补这些数据中的空白。预计这将有助于在未来使用英国生物样本库的科学家们。在第二篇论文中，第二个研究团队将英国生物样本库中的遗传信息与来自相同志愿者的MRI扫描图进行了比较，以便寻找其中存在的关联模式。他们报道，他们将150人与脑部疾病或在MRI扫描图中出现的其他异常情况相关联在一起。他们还发现一些与基因有关的疾病，比如，多发性硬化症与大脑白质中的基因有关。

鉴于英国生物样本库的规模和日期的多样性，它预计将成为未来几十年遗传学研究人员的重要工具。它将向任何希望免费使用它的人开放。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Clare Bycroft, Colin Freeman, Desislava Petkova et al. The UK Biobank resource with deep phenotyping and genomic data. Nature, Published Online: 10 October 2018,
doi:10.1038/s41586-018-0579-z.

Lloyd T. Elliott, Kevin Sharp, Fidel Alfaro-Almagro et al. Genome-wide association studies of brain imaging phenotypes in UK Biobank. Nature, Published Online: 10 October 2018,
doi:10.1038/s41586-018-0571-7.

Matthew Warren. The approach to predictive medicine that is taking genomics research by storm. Nature, Published Online: 10 October 2018,

doi:10.1038/d41586-018-06956-3.

复旦大学生命科学学院、遗传工程国家重点实验室黄强课题组与卢大儒课题组合作的关于基因编辑系统CRISPR-Cas9的研究成果在线发表于国际知名学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)。该成果用冷冻电镜单颗粒三维重构方法解析了CRISPR-Cas9的DNA剪切活性结构，在CRISPR-Cas9的DNA剪切机理研究方面取得了重要进展。

目前，基于细菌获得性免疫系统发展出的CRISPR-Cas9技术已成为革命性的基因编辑工具，这一“基因魔剪”可以方便地对基因组DNA进行高效、特异性的切割编辑，在生物医学领域有着巨大的应用潜力。为了解该系统的DNA剪切机理、指导系统的优化，过去几年，众研究机构陆续解析了多个“Cas9-sgRNA-DNA靶链”的三元复合物晶体结构。然而，这些复合物结构并没有完全揭示出真正的DNA剪切活性构象，人们对CRISPR-Cas9如何通过HNH与RuvC核酸酶域切割DNA单链的分子机制还很不明确。因此，获得CRISPR-Cas9的剪切活性结构成为了揭示该系统DNA剪切机理的关键。

针对上述研究问题，黄强与卢大儒研究团队早在2014年就考虑采用冷冻电镜方法来解决。他们首先构建了酿脓链球菌Cas9酶 (SpCas9)、sgRNA和DNA的三元复合物，然后用冷冻电镜单颗粒三维重构方法解析该复合物的溶液结构，获得了一个5.2埃分辨率的冷冻电镜结构 。

复合物结构的原子模型显示，在已解析的所有结构中，该复合物的HNH酶活性中心最接近DNA链的切割位点；分子动力学模拟及点突变实验表明，该复合物的HNH和RuvC核酸酶活性中心的催化氨基酸可以与DNA解旋单链形成切割反应所需构象。因此，研究获得的复合物结构是CRISPR-Cas9的DNA剪切激活构象，为全面揭示剪切机理提供了关键的活性结构信息，并为应用蛋白质工程技术优化该系统、降低其脱靶效应提供了重要的结构生物化学基础。目前，研究团队正在所得结构的指导下，应用蛋白质设计方法对CRISPR-Cas9系统进行优化，以开发脱靶效应低、编辑效率高的新型基因编辑系统。

据悉，博士研究生怀聪和硕士研究生李干为论文的并列第一作者，黄强教授与卢大儒教授为并列通讯作者。研究团队利用国家蛋白质科学中心 (上海) 的电镜平台采集了冷冻电镜图像，并主要使用课题组自己建立的电镜图像分析与分子建模平台完成了三维重构和原子模型构建工作。有关研究项目获得了国家自然科学基金等项目支持。(生物谷Bioon.com）

2019年9月12日 讯 /生物谷BIOON/ –近日，一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自麻省总医院的科学家们通过研究发现，一种能够发生突变引发罕见机体平衡障碍的基因或能调节特殊酶类的行为，而这种酶会增加个体患阿尔兹海默病（AD）的风险，相关研究发现或能帮助科学家们识别新型靶点，帮助开发有效减缓或阻断AD发生的新型疗法。

图片来源：public domain

2008年，研究者Rudolph E. Tanzi及其同事通过研究鉴别出了多个与AD发生密切相关的基因，其中包括ATXN1，其携带有产生ataxin-1蛋白的遗传编码，如今研究者发现，ATXN1所发生的获得性功能突变会引发一种名为脊髓小脑共济失调1型（SCA1，spinocerebellar ataxia type 1）的疾病，这种疾病在全球的发生率大约为1-2人/10万人，SCA1会引发机体协调和平衡功能缺失，而且还会引发患者出现诸如学习和记忆等认知问题。

然而，引发SCA1的ATXN1突变与AD发生并无关联，目前研究人员并不确定ataxin-1在疾病发生过程中扮演的关键角色，那么参与平衡障碍的基因如何增加个体患AD的风险呢？研究者想通过研究确定是否ataxin-1功能的缺失会引发阿尔兹海默病，随后他们制造了ATXN1基因被剔除的小鼠（缺失ataxin-1蛋白），同时还制造出了一组AD小鼠，紧接着，研究者让两组小鼠配对产生缺失ataxin-1蛋白的小鼠后代，这些小鼠后代机体中名为β-分泌酶（BACE1）的水平会明显上升。

BACE1在淀粉样斑块形成过程中扮演着关键角色，淀粉样斑块是损伤神经细胞中的聚集物，也是AD发生的一个主要标志，相比AD小鼠而言，缺少ataxin-1蛋白的小鼠机体中淀粉样斑块沉积物的水平会明显增加，同时其大脑组织中炎性水平较高，与记忆和学习能力相关的神经元较少，而且轴突会发生损伤。研究者Huda Y. Zoghbi说道，相同的蛋白质在“获得”的情况下会导致一种神经变性疾病，而在“失去”的情况下则会导致另一种神经变性疾病发生。

最后研究者Tanzi表示，多种阻断BACE1的实验性药物因为其毒性并未获得治疗上的成功，ataxin-1蛋白在调节酶类功能上所扮演的角色或能提供一种新的思路，帮助科学家们开发新法法来阻断淀粉样蛋白的形成并在患者出现疾病症状之前有效阻断疾病的进展。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Jaehong Suh,Donna M. Romano,Larissa Nitschke,et al. Loss of Ataxin-1 Potentiates Alzheimer’s Pathogenesis by Elevating Cerebral BACE1 Transcription, Cell (2019). DOI:10.1016/j.cell.2019.07.043

最近，美国罗格斯大学一项研究表明，女性怀孕期间适量和过量饮酒，会改变胎儿的DNA。相关研究发表于《酒精中毒：临床和实验研究》杂志。

研究报告作者、罗格斯大学新布伦瑞克分校动物科学系内分泌科主管Dipak K. Sarkar教授说：“这项发现可能更容易测试胎儿产前酒精暴露，并且能够较早地诊断和干预治疗，从而挽救胎儿生命。”

此前罗格斯大学的一项研究显示，酗酒可以引发成年人产生持续时间较长的基因变化。研究人员对30名孕妇和359名儿童进行研究分析，观察饮用酒水导致的DNA变化。

他们发现两种阿片黑皮质素原基因的变化，其调控人体压力—反应系统和PER2基因，这种基因变化可以影响人体生物时钟——孕妇孕期饮酒可促使体内酒精含量增高，胎儿在子宫中也处于酒精含量较高状态。

女性严重饮酒是指每月饮酒次数至少5杯，女性中度饮酒是指每月饮酒次数至少3杯。Dipak K. Sarkar说：“我们的研究可能帮助科学家识别一些生物标记，例如改变基因或者蛋白质的可测量指标，这些生物标记可以预测产前饮酒风险。”

胎儿酒精谱系障碍包括身体和智力障碍以及行为和学习能力问题。美国疾病控制与预防中心表示，虽然目前还没有治愈的方法，但是进行早期干预治疗可以促进儿童发育。

同时，该研究发现胎儿在子宫中接触酒精会增加皮质醇水平，抑制免疫系统。(生物谷Bioon.com）

生物学一个经久不衰的谜题是一些动物——从人类到蜜蜂——是如何变得很会社交的。如今，一项研究表明，在不起眼的汗蜂中，一个单独基因的表达发生改变或许决定了哪些汗蜂是独居者，哪些擅长社交。这个此前同人类自闭症联系在一起的基因，还同诸如小鼠、蝗虫等动物的社交行为存在关联。最新发现使科学家朝展示社会行为的共同进化基石更进了一步。

上世纪50年代，法国生物学家Cécile Plateaux-Quénu记录了一种汗蜂——隧蜂的两种不同行为。生活在法国较冷地区的雌性隧蜂通常并没有“助手”，较温暖地区的雌性隧蜂则拥有“助手”。同时，在较温暖地区，雌性隧蜂会产下两组卵——第一组孵化的隧蜂会照料第二组卵。Plateaux-Quénu的研究还证实，这种差异会被继承。

20年后，如今在美国普林斯顿大学工作的进化遗传学家Sarah Kocher决定追踪Plateaux-Quénu的开创性研究。她从法国3个寒冷地区和3个温暖地区收集了150只蜜蜂。当时还是哈佛大学博士后的Kocher和同事分析了这些蜜蜂的DNA，以寻找可能解释上述两种行为的遗传差异。

在测序并比较了6组隧蜂的基因组后，研究人员发现了以62种基因为核心的200处差异。其中，一个被称为syntaxin 1a的基因引起了人们的注意。它负责创建突触融合蛋白—— 一种在神经细胞之间传递信号时发挥重要作用的蛋白质。Kocher介绍说，这个同诸多动物社会行为联系起来的基因，将群居和独居汗蜂最好地区分开来。

随后，Kocher测量了这个基因在群居和独居汗蜂中的活跃性。该基因在群居汗蜂中的活跃度约是独居汗蜂的15倍。研究人员在日前出版的《自然—通讯》杂志上报告了这一成果。(生物谷Bioon.com）