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Science:重大发现!多种精神障碍存在着基因重叠

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2018年2月10日/生物谷BIOON/—大多数医学疾病具有明确的在组织、器官和体液中观察到的物理特征。相反之下,精神障碍(psychiatric disorder)并不是由这种病理特征所定义的,而是由行为所决定的。

在一项新的研究中,来自美国加州大学洛杉矶分校和中国中南大学等研究机构的研究人员发现自闭症、精神分裂症和躁郁症在分子水平上具有一些相同的物理特征,特别是大脑中的基因表达的模式。他们还查明这些精神障碍中的基因表达存在着重要的差异。相关研究结果发表在2018年2月9日的Science期刊上,论文标题为“Shared molecular neuropathology across major psychiatric disorders parallels polygenic overlap”。

Science:重大发现!多种精神障碍存在着基因重叠
图片来自Science, doi:10.1126/science.aad6469。

论文通信作者、加州大学洛杉矶分校自闭症研究与治疗中心主任、神经病学教授、精神病学教授、人类遗传学教授Daniel Geschwind说,“这些发现提供了这些精神障碍的分子和病理学特征,这是一个大的进步。如今的主要挑战是理解这些变化是如何产生的。”

这些研究人员了解到遗传物质的某些变化会让人们处于患上精神障碍的风险,但是DNA本身并不能说明一切。身体中的每个细胞都含有相同的DNA;另一方面,RNA分子通过“读取”DNA中含有的指令在身体不同部位的基因表达中发挥作用。

Geschwind和论文第一作者Michael Gandal推断,仔细研究人体大脑组织中的RNA会提供这些精神障碍的分子特征。

这些研究人员分析了来自患有自闭症、精神分裂症、躁郁症、重度抑郁症或酒精滥用障碍的已故受试者的大脑的700个组织样品中的RNA,并将它们与来自没有精神障碍的大脑的样品进行比较。

分子病理学分析结果表明不同的精神障碍(如自闭症和精神分裂症)之间存在显著的基因重叠,但它们也表现出特异性,比如重度抑郁症表现出在其他的精神障碍中没有观察到的分子变化。

Geschwind说,“我们证实大脑中的这些分子变化与潜在的遗传原因有关,但我们还并不理解这些遗传因素导致这些变化的机制。因此,尽管我们如今对遗传原因有了一些了解,而且这项新的研究展现了这些变化产生的结果,但是为了开发出改变这些结果的方法,我们必须理解导致这些变化的机制。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Michael J. Gandal, Jillian R. Haney, Neelroop N. Parikshak et al. Shared molecular neuropathology across major psychiatric disorders parallels polygenic overlap. Science, 09 Feb 2018, 359(6376): 693-697, doi:10.1126/science.aad6469.

我国科学家破译青蒿 “基因密码”

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上海交通大学长江学者特聘教授唐克轩研究团队历时5年多,完成了青蒿复杂基因组的测序,并完成了多个组织部位的转录组遗传信息发掘,为青蒿乃至菊科植物的基础研究、品种选育打下了基础。相关研究成果近日在线发表于《分子植物》。
据悉,上海交通大学联合西南大学、国家人类基因组南方研究中心等单位对经该研究团队多年选育的高产青蒿素青蒿品种——沪蒿1号进行了全基因组测序、组装、注释及相关分析,测序共产生450 Gb的庞大数据,测序深度达到260倍左右,共组装出了约1.74 Gb基因组总长,预测鉴定出了63226个编码蛋白基因,属于基因数量较多的物种之一。
研究发现,整个基因组中存在大量重复序列(高达61.57%),这可能是整个菊科植物基因组普遍较大且较为复杂的原因,青蒿中还存在许多菊科特有的基因家族及基因。
该研究团队建立了能够高效促进青蒿素合成途径整个代谢流的上、中、下游多基因转化策略,成功培育出了高产青蒿素的代谢工程改良青蒿品种,其青蒿素的含量达到了叶片干重的3.2%左右。
高产青蒿新品种计划在国内和非洲同步推广,研究团队已将部分高产青蒿素的代谢工程品种在马达加斯加进行科研试种。唐克轩表示,希望未来几年该高产青蒿素品种能在非洲大规模种植,大幅提高青蒿素产量及有效降低青蒿种植成本。
该团队发现,青蒿素类化合物与他汀类药物联用,通过不同的作用机制,产生了显着的增效减毒效果。两药联用,可使他汀类药物的使用剂量降低一半,但获得了更大幅度的降脂效果,同时显着降低了他汀类药物的肝毒性,该成果有望在近期开发成为针对他汀不耐受人群的降脂新药。(生物谷Bioon.com)

罗氏牵手迪安诊断,引入“全面基因组测序分析服务”,共同推动中国肿瘤个体化诊疗进程

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罗氏公司(以下简称“罗氏”)4月27日宣布,罗氏及其控股公司Foundation Medicine, Inc.,已与迪安诊断技术集团股份有限公司(以下简称“迪安诊断”)签订了合作协议,将共同携手推动中国肿瘤个体化治疗进程。
根据该合作协议,迪安诊断将成为Foundation Medicine肿瘤全面基因组测序分析技术在中国市场的独家合作伙伴,为肿瘤全面基因组测序分析技术构建服务平台,而罗氏将与迪安诊断共同推动上述产品在中国市场的商业化进程。三方将充分利用各自的优势资源,全面推动国际领先基因测序技术在中国肿瘤诊疗领域的临床应用,共同推动肿瘤个体化医疗的新标准,提高肿瘤诊疗的整体效率。
FoundationOne?是这一合作框架下推出的首个产品,这也是国内首个针对实体肿瘤患者的全面基因组测序分析服务(Comprehensive Genomic Profiling,简称CGP)。患者只需通过一次检测,即可得到FoundationOne?呈现的全面基因组图谱分析报告。这一报告将为临床医生的治疗决策提供患者的全面分子信息,发现更多的治疗选择,帮助制定更有针对性的临床治疗方案。
罗氏牵手迪安诊断,引入“全面基因组测序分析服务”,共同推动中国肿瘤个体化诊疗进程
作为全球领先的生物技术公司,罗氏早在2006年就将个体化医疗作为集团的核心战略。2015年,罗氏控股全球领先的分子信息技术公司Foundation Medicine,加速在分子信息领域的研究和发展,提升临床试验和基因组分析能力,积极开拓个体化医疗的未来。
“深耕中国的二十年来,罗氏始终不遗余力地通过引进各类创新药物帮助中国患者抗击疾病,延长生命。”罗氏制药中国总经理周虹女士表示,“罗氏充分意识到精准治疗离不开更精准的诊断,作为肿瘤领域和个体化医疗的领导者,我们有责任让中国患者尽快受益于先进的肿瘤全面基因测序技术。我们很高兴能与国内领先的医学诊断机构迪安诊断达成战略合作,引进先进的基因测序技术,为中国人民实现‘早日攻克癌症’的目标提供技术支持。”
迪安诊断董事长陈海斌表示:“肿瘤个体化诊疗正成为中国精准医疗领域的关键议题,并将引领我国医疗未来的发展方向。多年来,迪安诊断积极打造精准诊断平台,包括覆盖生殖、肿瘤遗传诊断的基因测序平台以及生物质谱平台。我们深知推动精准医疗在中国的发展,提高中国的临床诊断水平,就要与那些志同道合者一起合作。迪安诊断与Foundation Medicine及罗氏牵手,共同推进Foundation Medicine全面基因组测序分析技术(CGP)在中国临床诊治上的应用,正是基于这一思考。”
罗氏牵手迪安诊断,引入“全面基因组测序分析服务”,共同推动中国肿瘤个体化诊疗进程
恶性肿瘤是严重威胁人类健康与社会发展的重大疾病。国家癌症中心公布的最新数字显示,每10万人中就有约278人被确诊为新发病例,约167人死于癌症;每一分钟就有7人被诊断为恶性肿瘤,4人死于癌症,造成诸多家庭的破碎,也给社会公共卫生体系带来沉重负担。“健康中国”战略规划明确要求:到2030年,要将我国癌症的总体5年生存率进一步提高15%。2017年,李克强总理明确提出“集中优势力量攻关疑难高发癌症”的目标,要求坚持以人民为中心的发展思想,努力攻克影响人民群众健康的难题。
实体肿瘤全面基因组测试技术的应用,将打破“头痛医头,脚痛医脚”以及“一种药物对应一种检测”的传统肿瘤诊疗模式,建立中国肿瘤个体化诊疗的新标准,还将逐步形成中国肿瘤大数据,为远期的癌症诊疗攻坚提供支持,使中国实体肿瘤诊疗与国际接轨进入高效、精准的个体化时代。
应用基于杂交捕获(Hybrid Capture)的二代测序技术(NGS),Foundation Medicine提供的基因组测序分析方法能检测已知癌症相关基因中的所有四种基因变异以及两种基因标签,识别有可能被其他检测方法遗漏的临床相关的基因变异以及相关的治疗方案。Foundation Medicine采用的技术平台和分析方法已经得到分析验证,经同行评议的验证结果发表在全球领先的科学期刊《Nature Biotechnology》上。迄今为止,全球共有超过18万名患者从中获益。
据悉,迪安诊断后续还将引进Foundation Medicine的先进技术,预计于2019年陆续推出另两款分析分子信息产品FoundationOne?Heme和FoundationACT?。

中国科学家利用基因组编辑家蚕大量表达蜘蛛丝

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中国科学家利用基因组编辑家蚕大量表达蜘蛛丝

 

近日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谭安江研究组利用基因定点替换的方法在家蚕丝腺和蚕茧中大量表达蜘蛛丝蛋白。

蜘蛛丝是自然界中机械性能最好的天然蛋白纤维,其强度甚至高于用于制作防弹衣的凯夫拉纤维,在工业、医疗和国防中有广泛应用前景。如何大量获取蜘蛛丝纤维是一直以来难以解决的问题。一方面,由于蜘蛛的领地和捕食特性,无法通过大规模人工养殖获取蜘蛛丝;另一方面,由于蜘蛛丝蛋白结构特殊(分子量大且序列重复性高),采用细菌酵母、动植物等表达体系面临着成本高昂,纯化和制丝工艺复杂等一系列难以克服的问题。家蚕是唯一可以通过人工养殖大量获取丝纤维的动物,由于蚕丝蛋白和蜘蛛丝蛋白在结构上有一定的相似性,因此利用家蚕遗传改造大量获取类蜘蛛丝纤维是一个可行性高的策略。近年来已有通过转基因技术在家蚕中表达蜘蛛丝蛋白的报道,但由于转基因技术本身的限制以及内源性蚕丝蛋白的表达干扰,蜘蛛丝蛋白的产量一直难以得到提高。

谭安江研究组致力于昆虫转基因和基因组编辑等遗传调控技术的应用。家蚕丝蛋白的主要成分有丝素重链(FibH),丝素轻链(FibL),丝胶蛋白(Sericin)等,其中FibH的分子量达350kDa,约占整个丝蛋白含量的70%以上,也是决定蚕丝纤维机械性能的主要因素。该研究利用基因组编辑工具TALEN完全敲除了FibH编码区,同时保留了编码区上下游完整的调控序列。在此基础上定点整合了含有部分蜘蛛丝基因和荧光标记的DNA片段,实现了完全去除内源性丝蛋白FibH的表达(knock out)和利用FibH的内源性调控序列调控外源性蜘蛛丝基因的表达(knock in and gene replacement)。在转化个体的丝腺和蚕茧中均可检测到蜘蛛丝蛋白的表达,其含量在个体茧层中可达35.2%,远远高于已报道的转基因方法(0.3-3%)。因转入的蜘蛛丝蛋白片段分子量较小(约70kDa),此次获得的嵌合型蜘蛛丝与对照品种蚕丝相比,在强度上有所下降,但在延展性上有了显着提高。本系统拓展了家蚕丝腺生物反应器的应用,为利用家蚕大量生产新型纤维材料及表达其他高附加值蛋白提供了新策略。

相关研究成果于8月6日以Mass spider silk production through targeted gene replacement in Bombyx mori为题,发表在《美国国家科学院院刊》上。植生生态所博士后许军、复旦大学博士研究生董庆林为共同第一作者,谭安江为通讯作者。该研究得到了中科院重点部署项目、博士后创新人才支持计划等资助。(生物谷Bioon.com)

 

科学家破译海参基因组

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科学家破译海参基因组

10月13日,中国科学院海洋研究所杨红生课题组、相建海课题组、李富花课题组主导,天津生物芯片技术公司、加拿大纽芬兰纪念大学等单位合作,完成的研究论文The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration,在线发表在PLoS Biology上。研究首次完成了仿刺参Apostichopus japonicus(俗称海参)的全基因组精细参考图谱的绘制,揭示了海参的特殊形态进化与再生潜能的分子基础。

海参属于棘皮动物,体型与形态最为特殊的种类,且处于从无脊椎向脊椎动物分化的独特进化地位,是国内外重要的海产经济物种之一,具有营养与医用价值。研究中,研究人员利用Illumina和Pacbio测序平台和优化的组装策略,构建了海参全基因组的精细图谱,Contig N50 达到190 KB, Scaffold N50 达到486 KB,编码30350个基因。研究分析发现,调控动物关键进化过程中脊索形成的关键转录因子Brachyury基因的FGF基因在棘皮动物中显着收缩为1个,提示了棘皮动物在长期的进化过程中脊索、咽鳃裂消失的潜在原因。海参的近亲——海胆具有显着、发达的外骨骼,而海参外观柔软,骨骼退化为细小的桌形体,基因组解析发现它们都具有相对完整的骨骼发育通路,不同之处在于海胆的矿化基因为31个,海参缩减为7个,且海参矿化基因在发育过程中低表达,是其骨骼显着退化的根本原因。

强大的再生潜能是棘皮动物最显着的特征之一,研究利用多组学方法揭示了海参超强再生能力的分子机制。该种海参在强烈环境胁迫下可将体内内脏几乎全部排出体外,当环境适宜后,可在2至3周重新长出功能完善的内脏器官。研究揭示了海参再生特有的由11个基因串联重复组成的PSP94-like基因簇和显着扩张成簇的fibrinogen-related protein (FREP)基因是海参具有超强再生能力的根本原因之一。

该研究为组织器官再生机制与再生医学应用、棘皮动物进化等研究提供了范式,也为海参遗传选育提供了完整、重要的理论基础。研究工作得到国家863计划、中科院先导专项、国家自然科学基金、鳌山科技创新计划项目的资助。(生物谷Bioon.com)

基因治疗何时惠及大众

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基因治疗何时惠及大众

 

日前国际学术期刊《自然》发表了一项研究成果:德国一名7岁的儿童因患有交界性大疱性表皮松解症,导致全身80%的皮肤损伤丢失,在接受表皮干细胞基因治疗以后,这名患儿重获健康皮肤并出院,至今正常。

在此项研究之前,交界性大疱性表皮松解症尚无彻底的治疗方法,超过40%的患者都活不到青少年时期。可以说,正是基因治疗让这名患儿奇迹般重获新生。这不仅为更多患者带来了希望,也让基因治疗再次引发广泛关注。

那么,基因治疗的原理是什么?与常规治疗方法相比有何不同?它是否预示着新医学革命的到来?

基因治疗通过基因操作达到治疗疾病的目的,是一种根本性的治疗策略

广义地说,基因治疗指通过基因操作达到治疗疾病的目的,既包括基因治疗,也包括基因编辑,以及反义核糖核酸和干扰小核糖核酸等方法;它既可以是对于体细胞的操作,也可以是对于生殖细胞和受精卵的改造。狭义而言,基因治疗现阶段是在体细胞基础上通过载体将外源基因或基因片断引入,以纠正或改善疾病状态,目前主要是针对单基因遗传病和癌症等。

基因治疗主要包括体外和体内两种途径。体外途径指通过分离病人的靶细胞(目标细胞),经过体外培养、扩增和基因操作后,再将这些细胞输回体内;体内途径则是将外源基因直接通过载体导入患者体内。相比之下,体外途径的技术难度较小,对于载体的要求较低,安全性较好,但需选择合适的可移植细胞,且面临如何长期保持移植细胞功效等问题;体内途径步骤少、操作简单,然而载体和基因导入后有可能发生免疫排斥和反应,造成安全性隐患,因此技术难度高于前者。

同济大学医学院特聘教授高正良介绍说,作为一种根本性的治疗策略,基因治疗的目的是将治疗性基因以一定的方式高效导入所需部位并表达,可以通过致病基因的功能替代、纠正、失活、缺陷或缺失基因的弥补,或者通过导入能增强人体疾病抵抗能力或具有治疗作用的基因,来达到治疗目的。

基因治疗的概念最早可以追溯到1963年,分子生物学家乔舒亚·莱德伯格提出了基因交换和基因优化的理念。1972年,生物学家西奥多·弗里德曼等人提出了基因治疗是否可以用于人类疾病治疗的设问。上世纪七八十年代,基因重组工程技术得到发展,病毒载体出现,使基因治疗的技术体系初步具备。随后,分子生物学和细胞生物学迎来发展的黄金时期,人类也终于迎来了历史上首例基因疗法临床试验。虽然这一基因治疗案例是否成功仍然备受争议——接受治疗的阿莎提·德席尔瓦至今仍需要经常性地接受类似的治疗,以确保基因治疗的持续性,但这一案例在基因治疗发展史上仍然具有里程碑意义。截至2000年,全世界大约有4000名患者参与了500多个基因治疗的临床试验项目。然而,1999年的一次事件却给基因治疗蒙上了一层阴影。那年,18岁的美国男孩杰西·格尔辛格在参与基因治疗项目并接受腺病毒载体注射的4天后,因多器官衰竭死亡。此后的调查发现,格尔辛格很可能死于免疫系统对腺病毒载体的过度反应。

高正良认为,基因治疗的发展经历了螺旋式的前进过程。在遇挫—倒退—再前进的过程中,人们对基因治疗的了解也越来越多。进入21世纪以来,基因治疗开始逐渐走出困境,不断有令人鼓舞的成功案例出现——2006年有了第一例成功的癌症基因治疗,2007年开始了眼病基因治疗的尝试……人类终于迎来了基因治疗的春天。

基因治疗技术在多种疾病的治疗中展现出巨大潜力,过去一些束手无策的疾病有了治愈的希望

近年来,基因治疗的新技术研发和相关临床项目如雨后春笋般涌现,多项基因治疗药物相继在欧美获得批准上市,基因治疗技术在多种疾病的治疗中展现出了巨大潜力——

2015年,英国女婴蕾拉·理查兹患有严重白血病,医生为她注射了5000万个经过基因改造的T细胞,用来追踪和杀死她体内的癌细胞。其后,蕾拉的白血病消失了。虽然断定蕾拉被完全治愈为时尚早,但医生认为她的康复仍然是一个奇迹。

美国女孩伊芙琳患有I型脊髓性肌萎缩症,这是一种罕见的致死性遗传病。该疾病主要是由于基因突变导致脊髓前角细胞运动神经元功能异常,造成肌肉萎缩和呼吸衰竭,绝大多数患儿活不到20个月。研究人员先在实验室制备了一种携带能编码正常运动神经元生存蛋白基因的九型腺相关病毒,将其注射到伊芙琳的体内。经过治疗,她不仅跨过了20个月的生死关口,健康状况和运动能力也都得到显着改善。

在一些科学实验中,基因治疗更是展现出了良好的应用前景:研究人员将一种新基因注入失明小鼠视网膜的细胞中,使其视力得到一定程度的恢复,有望用于治疗人类视网膜色素变性等眼疾;科学家用一种基因疗法成功治愈了实验鼠的哮喘,可望用于治疗包括哮喘在内的各种过敏症状;结合基因治疗干细胞技术开发出的一种新方法,可使严重受损的骨骼自行生长愈合……

我国的研究人员也在今年4月4日报告说,他们运用基因治疗技术,让1型糖尿病小鼠体内产生大量欧米茄—3脂肪酸,成功逆转疾病进程,为治愈饱受1型糖尿病折磨的患者带来了新希望。

基因治疗的一大热门领域是遗传病,尤其是单基因遗传病。据估计,大概有1万种疾病由单个基因的突变引起,其中多数属于遗传病。而一直以来,95%以上的遗传病都没有有效的治疗手段,更不要说根治。目前,科学家已针对血友病、地中海贫血、镰状细胞性贫血等多种遗传病开展临床前研究。

与单基因遗传病同样热门的,是基因治疗与免疫疗法结合治疗癌症。基于基因治疗技术改造的免疫细胞(CAR—T)疗法,在血液肿瘤及个别实体瘤的治疗中已取得良好效果。

华东师范大学生命科学学院李大力研究员指出,被称为神奇“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术,使过去很多束手无策的疾病有了治愈的希望。“以CRISPR技术为代表的基因编辑技术的出现,能够克服很多以前基因治疗方法的弊端或无法实现的基因操作,给基因治疗领域带来了巨大的变化。我们就利用CRISPR技术修复了成年小鼠中的遗传突变,在动物模型中一次性根治了血友病,这是传统的基因治疗方法难以实现的。”

“打个比方来说,好基因是‘好人’,坏基因是‘坏人’,过去的基因治疗是把很多‘好人’输送到身体里,在功能上去代替‘坏人’,基因编辑技术则能把‘坏人’变成‘好人’。”高正良解释说,当“坏人”仅表现为功能缺失时,输送“好人”就可以解决问题,但是当“坏人”干了“坏事”以后,仅仅靠输送“好人”还不够,需要用基因编辑技术把“坏人”变成“好人”。

不过高正良指出,基因编辑技术虽然有很多明显的优势,而且有望解决治疗基因的可调控性和持续性表达等问题,在一定程度上能够降低对基因治疗载体的要求,但是这一新技术的应用还有很多障碍,例如如何实现高效体内基因输送并防止潜在的脱靶效应等。

今后,基因治疗还可能应用于一些常见病,并有望在未来5到10年惠及大众

放眼未来,基因治疗的潜在障碍是什么?前景又将如何呢?

温州医科大学附属眼视光医院研究员谷峰认为,基因治疗首先需要克服技术上的局限性。从目前来看,技术本身还不够完美,仍有较大的提升空间。尤其是需要把基因编辑的“剪刀”做得更好,提高其效率,降低副作用,并把它“运送”到目标的器官和细胞中去。

其次是疾病的多样性和复杂性。高正良表示,目前成功上市和在临床试验中比较有希望的基因治疗项目多是针对病因单一和疾病病理等相对清楚的单基因遗传病;其他更为复杂、病因不清或多基因的疾病,会给基因治疗方案的设计和载体的选择带来巨大的挑战。

此外,还要考虑病人的个体性。高正良介绍,尽管是同一种疾病,不同年龄、性别、身体状态、生活、运动和饮食习惯,甚至不同地区和经济条件的病人,对于治疗的敏感性、对副反应的耐受力等可能千差万别。在精准医疗时代,个体化是疾病诊疗过程中的一个关键环节,病人的个体性不仅对于治疗的效果有重大影响,更关系着临床试验和治疗的安全性。

李大力表示,除了可以用基因治疗的方法摸索罕见病的治疗手段,今后基因治疗还可能应用到一些常见病的治疗中去,其适用面将更广。

就目前而言,由于基因治疗研发成本高昂,加上所需患者数量少,导致价格居高不下。比如,荷兰一家制药公司研发的一种治疗脂蛋白脂酶缺乏的药物,价格高达110万欧元;最近获批的针对白血病的CAR—T细胞疗法,平均价格高达47.5万美元。

高正良表示,作为目前最耀眼的“明星”疗法之一,基因治疗有望在未来5到10年走入寻常的医疗机构,惠及大众。但是,要让基因治疗发挥更大效用、造福更多患者依然任重道远,需要科研单位、制药企业和临床医生共同努力。(生物谷Bioon.com)

Nat Genet:涵盖70万人迄今为止最大规模研究 科学家探寻诱发肥胖的基因

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2018年1月15日 讯 /生物谷BIOON/ –不仅仅是饮食和体育锻炼,你的基因也能够决定减肥和增肥的容易程度;近日一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自美国西奈山伊坎医学院等机构的研究人员通过研究发现了13个基因所携带的突变和机体体重指数(BMI)直接相关,这项研究中,研究人员首次进行了大规模的研究来寻找可能直接影响机体基因功能的突变。

Nat Genet:涵盖70万人迄今为止最大规模研究 科学家探寻诱发肥胖的基因

图片来源:medicalxpress.com

在过去10年里,研究人员对成千上万人进行全基因组测序来寻找和肥胖、BMI相关的遗传突变,截止到目前为止,研究人员所鉴别出的这些遗传突变也仅仅只是基因组上的一些标记,这些标记突显了研究者所感兴趣的DNA序列,这项研究中,研究人员重点对一组特定的遗传突变进行研究,这些遗传突变很可能影响静音和蛋白质的功能,同时还能帮助研究者发现影响机体体重的问题基因。

这项研究包括了来自全球250多个研究机构的研究人员,研究人员通过对超过70万名参与者及125项不同的研究的遗传学数据进行分析,并且合并成了迄今为止最大的基因关联性研究;在研究中,研究人员在13个基因中鉴别出了14个遗传突变,包括风险拷贝变异,其会让携带者平均体重增加15磅,该基因名为MC4R,大约5000名个体中就有1人会携带这种基因的风险拷贝,而且这种风险拷贝会促进基因并不产生阻断大脑停止进食的蛋白质。

20年前研究人员在极端肥胖和早发性肥胖个体中鉴别出了这种变异,而且最新研究也表明,该变异会影响一般人群的体重增加,此外研究人员还鉴别出了两种突变能够影响基因GIPR的功能,400名个体中大约有1人会携带上述保护性的突变,相比不携带突变的个体而言,携带者体重通常会减轻4.5磅。研究者表示,13个基因中有8个基因都参与了肥胖的发生,后期他们需要进行深入研究来理解这些基因影响机体体重的分子机制。

研究者Loos博士表示,这项研究中我们鉴别出了对体重神经性控制过程中扮演关键角色的基因,其对大脑的作用方式或许能影响人们对食物的摄取、饥饿、饱腹感等,而遗传这些基因突变的个体或许会发现其很难吃得少或停止过多摄入食物,这项研究也是研究人员首次进行全基因组关联性研究寻找影响BMI的基因,这些基因或许在影响机体能量消耗和脂肪细胞生物学特性上扮演着关键角色。

文章中,研究人员利用计算机分析技术深入研究了可能在肥胖发生过程中扮演重要角色的基因,通过将基因看成一个整体而不是单一的基因,研究人员就能基于强大的遗传学研究支持,寻找对于控制体重非常重要的基因。基于这些基因的作用机制及生物学通路,研究人员或许很快就能够解释为何有些人会比其他人更容易变胖,当然这对于开发肥胖新疗法也至关重要。

最后研究者Loos说道,本文研究或能为开发新型肥胖疗法提供潜在的靶点,同时也能为携带遗传突变的人们制定个体化疗法;后期我们将深入对每一个鉴别的基因功能进行深入研究来理解这些基因所扮演的关键角色。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Valérie Turcot, Yingchang Lu, Heather M. Highland, et al. Protein-altering variants associated with body mass index implicate pathways that control energy intake and expenditure in obesity. Nature Genetics 50, 26–41 (2017) doi:10.1038/s41588-017-0011-x

大米好不好吃 “祖先基因”说了算

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大米好不好吃 “祖先基因”说了算

 

大米是南方人常见的食物,研究发现大米能否更好吃可能由一个“祖先基因”说了算。扬州大学农学院教授刘巧泉团队的最新研究揭示了控制稻米蒸煮与食味品质最重要的基因——蜡质基因(Wx)的祖先等位基因Wxlv的相关分子遗传机制,为稻米蒸煮与食味品质改良提供了重要基因资源和技术支撑。相关成果日前在线发表于《分子植物》。

直链淀粉含量是衡量稻米品质的最重要指标,而直链淀粉是由Wx基因编码的淀粉颗粒结合淀粉合成酶催化合成的。科学家此前已在栽培稻中克隆了多个Wx复等位基因并广泛应用,但它们之间的演变和分化关系并不明确。此次,刘巧泉团队成功克隆了其祖先等位基因Wxlv,并阐明了栽培稻中不同Wx等位基因间的进化关系。

研究发现,携带Wxlv的稻米中含有更多中短链分子量的直链淀粉,表现为高直链淀粉含量和低淀粉黏滞特性,米饭口感和食味较差。而当下栽培稻中的多数优异等位基因都保留了Wxlv的功能位点,通过修改该功能位点可用于优良食味稻米的培育。

研究证明,Wxlv与野生稻中Wx基因序列及功能基本一致,在进化中属于祖先基因。栽培稻中的一些秋稻和少数籼稻品种携带Wxlv等位基因,而栽培稻中其他Wx等位变异类型是从其进化或人工选择而来。(生物谷Bioon.com)

 

Nature:揭示基因Percc1对肠道功能至关重要

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2019年6月25日讯/生物谷BIOON/—大规模基因组测序有望大大提高疾病相关突变的发现率,但是对这些突变的功能解释仍然具有挑战性。

在一项新的研究中,来自美国、以色列、英国和荷兰的研究人员发现人类第16号染色体上的一段序列—他们称之为肠道关键区域(intestine-critical region, ICR)—缺失导致婴儿患上难治性先天性腹泻。相关研究结果于2019年6月19日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Noncoding deletions reveal a gene that is critical for intestinal function”。

Nature:揭示基因Percc1对肠道功能至关重要
图片来自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1312-2。

转基因小鼠中的检测结果显示ICR含有一种在胃肠系统发育期间激活转录的调节序列。小鼠中ICR的靶向缺失引起的症状与人类的症状相同。

转录组分析显示,一个未被注释的开放阅读框(Percc1)位于这个调控序列的侧面,并且这个基因的表达在缺乏ICR的小鼠的发育中肠道中丢失了。

Percc1敲除小鼠表现出的表型与在ICR缺失的小鼠和患者中观察到的表型相类似,而ICR驱动的Percc1转基因表达足以拯救在缺乏ICR的小鼠中发现的表型。

由此可见,这些研究结果鉴定出一种对肠道功能至关重要的基因,并强调有必要进行体内靶向研究来解释越来越多的不影响已知蛋白编码基因的临床遗传学发现。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


Danit Oz-Levi et al. Noncoding deletions reveal a gene that is critical for intestinal function.
Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1312-2.

我国科技人员在杂合二倍体与跨物种基因组重排技术上取得重要进展

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我国科技人员在杂合二倍体与跨物种基因组重排技术上取得重要进展

 

 

遗传变异是生物进化的源泉,促使生物在亿万年间可以不断适应环境、不断进化。在生命科学领域,科学家开发出多种遗传变异技术,来获取多样的DNA,从而为获取多样的生物特征提供原料。然而以前的DNA变异技术大多只针对基因层面进行小规模改造,在更加复杂的基因组结构变异层面的人工构建技术仍具有挑战性。

合成型基因组重排驱动酵母快速进化

最近,天津大学和纽约大学合作在Nature Communications杂志在线发表了题为“Heterozygous diploid and interspecies SCRaMbLEing”的研究论文。该研究首次将合成型酵母基因组(Sc2.0)的重排系统拓展到杂合二倍体和跨物种二倍体,并且利用基因组重排系统快速驱动细胞进化(模式图附后)。该技术一方面有助于加速工业微生物的性状改良,另一方面对于挖掘新的生物学知识有重要意义。

杂合二倍体与跨物种基因组重排模式图

本研究通过酵母交配的方式将具有灵活基因型的合成型酵母与具有多样化表型的野生型酵母相结合,使得SCRaMbLE(Synthetic Chromosome Recombination and Modification by LoxP-Mediated Evolution)系统驱动杂合二倍体和跨物种二倍体的基因组重排。研究人员将包含单条合成型染色体(synX)和包含两条合成型染色体(synV和synX)的单倍体酵母与来自酵母菌株库(SGRP)中的25株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和27株奇艺酵母(Saccharomyces paradoxus)单倍体交配,获得100株菌的杂合二倍体和跨物种二倍体菌株库。

杂合二倍体和跨物种二倍体菌株库

科研人员使用一株酿清酒的酿酒酵母菌株Y12为例,通过杂合二倍体的基因组重排,研究人员成功获得两株在42度生长加快的重排菌株,全基因组测序分析其中一株重排菌包含5处大片段的删除和1处大片段的复制。研究结果表明,在二倍体中开启基因组重排系统比在单倍体中有更好的容忍度。研究人员又以一株奇艺酵母CBS5829为例,通过跨物种二倍体的基因组重排,成功获得十株咖啡因耐受性提升的重排菌株,全基因组测序分析独立的两株重排菌株中包含有相同片段的复制现象,验证实验显示复制片段中的POL32基因的加倍使酵母的咖啡因耐受性提升。

该技术一方面将有助于加速工业微生物的性状改良,另一方面将帮助挖掘新的基础生物学知识。该研究得到国家科技项目的支持。 (生物谷Bioon.com)

 

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