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Small:利用近红外光触发Cre重组酶介导的基因组编辑

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2018年8月26日/生物谷BIOON/—在细胞中进行基因组编辑的一个主要障碍是细胞本身。美国加州大学圣塔芭芭拉分校化学与生物化学系教授Norbert Reich解释道,“人细胞不喜欢摄入东西。”人细胞已形成一种“垃圾处理”机制来分离和降解外来的蛋白、其他的不想要的生物分子和病原体,甚至是受损的细胞结构。因此,对生物技术、生物制药和基因组研究和治疗等领域的人—比如那些利用CRISPR-Cas9基因编辑技术开展研究的人—来说,结果的好坏取决于他们能否高效地绕过这种防御机制和准确地将蛋白导入到动物细胞中。

在一项新的研究中,Reich和他的团队开发出这样的一种方法。据估计,他们的方法在效率上要比现有方法高出100到1000倍,这就为用户运送基因组编辑蛋白提供了完整的时空控制,从而实际上允许他们确切地决定何时何地释放这种蛋白。相关研究结果近期发表在Small期刊上,论文标题为“Light‐Triggered Genome Editing: Cre Recombinase Mediated Gene Editing with Near‐Infrared Light”。

Small:利用近红外光触发Cre重组酶介导的基因组编辑
图片来自Small, doi:10.1002/smll.201800543。

Reich说,“我们实际上能够靶向单个细胞。我们甚至能够靶向一个细胞的一部分,这样我们就能够将这种蛋白释放到这个细胞的一部分中。不过重点是我们控制这种将要切割DNA的蛋白何时何地释放。”

最近在生物技术领域取得的一项突破性进展是利用基因编辑蛋白—诸如CRISP/Cas之类的“分子剪刀”和这项研究中的Cre重组酶—发现、剪切和粘贴靶DNA序列中的特定部分。起初是细菌和古生菌用于识别来自入侵病毒的DNA并对它进行标记以便随后遭受破坏的一种防御机制,从那之后科学家们已利用多种蛋白开发出识别、切割和结合不同长度的碱基序列的方法。这项研究中开发出的这项技术具有巨大的潜力,可应用于确定基因功能的基础研究和能够修复细胞水平缺陷的疗法。

Reich团队开发出的这种光触发的基因组编辑的关键是空心的金纳米球,在这些金纳米球上包被着DNA报告链(发出红色荧光)和由Cre重组酶与细胞穿透肽组成的融合蛋白。它是由近红外光触发的。

Reich说,“因此如今我们有一种归巢设备和一种运送剂”,并解释道Cre重组酶与细胞穿透肽的融合物起着一种靶向系统的作用:当靶细胞进行垃圾处理时,它就发挥作用。

一旦被摄入到细胞中,这些金纳米球被包埋在内体(endosome)—一种膜状口袋—中。Reich说,“但是这些金纳米球没有做任何事情,这是因为它们被包埋着”。超快脉冲近红外激光 —对细胞无害且高效地穿过组织—随后照射这些被包埋的金纳米球和它们的蛋白涂层。

Reich说,“近红外波长照射引起了一件非常有趣的事情发生。它导致这些金纳米球受到激发,从而导致我们所附着的任何东西脱落下来。”与此同时,纳米气泡形成,从而导致内体出现开口并允许它的蛋白内含物逃出。这些蛋白如今自由地前往存储着遗传物质的细胞核中,并让细胞穿透肽进入。Cre能够寻找、剪切细胞中的双螺旋DNA,并且将DNA报告链粘贴到双螺旋DNA中。

这些研究人员的体外实验取得成功:经过一段时间的孵育后,细胞被蛋白包被的金纳米球穿过,随后经照射后,发出红光。

论文第一作者、如今是洛斯阿拉莫斯国家实验室博士后研究员的Demosthenes P. Morales说,“作为一种基础研究工具,通过时空控制,每个细胞都能够用于实验。想象一下,你想要研究某个基因的功能以及它如何改变这个细胞的行为或这个细胞与其相邻细胞的行为。利用等离子体纳米颗粒,我们能够打开或关闭感兴趣的基因,并实时观察它的活性变化所带来的影响。”

Morales说:“在某些情况下,如体细胞突变,不是身体中的每个细胞都需要编辑。控制在何时和何处使用基因编辑蛋白的能力让它短暂地发挥作用。这一点的重要性在于,当前的基因编辑方法通常会导致基因编辑蛋白以活性状态一直停留在靶细胞中,这会带来未知的长期后果。我们的方法以短暂的方式提供基因编辑蛋白,从而避免了这个问题。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Demosthenes P. Morales Erin N. Morgan Meghan McAdams et al. Light‐Triggered Genome Editing: Cre Recombinase Mediated Gene Editing with Near‐Infrared Light. Small, Published Online: 02 July 2018, doi:10.1002/smll.201800543.

Mol Cell:基因的剪接作用如何影响机体的患病风险

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2018年9月4日 讯 /生物谷BIOON/ –没人知道一天中有多少次,甚至在一个小时内,我们体内的数万亿个细胞需要制造多少蛋白质,但我们知道,细胞会以大规模的方式在不断制造蛋白质,一旦该过程发生的话,细胞核中就会发生一种称之为RNA剪接(RNA splicing)的编辑过程,其能够确保RNA指令被传送至与机体基因蓝图精确对应的细胞工厂中。

Mol Cell:基因的剪接作用如何影响机体的患病风险

图片来源:Diagram courtesy of Khan Academy

近日,一项刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中,来自冷泉港实验室的研究人员通过研究阐明了指导细胞加工这些RNA信息的规则,这或许能帮助研究人员准确预测特殊遗传突变如何影响上述过程,同时还能帮助估测特殊突变如何影响机体的患病风险。剪接作用会从原始未编辑的基因RNA拷贝中移除内含子片段,从而留下编码蛋白质的外显子区域,人类基因组中有超过20万个内含子片段,如果其进行了不精确地拼接,细胞就会产生大量缺陷蛋白质,所带来的后果就是致命性的,大约14%的单字符突变就与多种人类疾病直接相关。

细胞中的剪接机器能够寻找剪接位点来从原始的RNA信息中准确移除内含子,基因组中所有剪接位点都比较相似但却并不相同,而且小型的改变并不总会损伤剪接的效率,对于内含子5’剪接位点而言,在首个和第二个DNA位点,突变常常会产生较强的影响,而内含子其它位点的突变则会产生一些戏剧性的效果或者没有任何影响。

目前研究人员很难预测疾病相关基因中剪接位点的突变如何影响患者的患病风险,比如,BRCA1和BRCA2基因的突变就会增加女性患乳腺癌和卵巢癌的风险,但并不是每一个突变都是有害的。文章中,研究人员在所有可能的DNA组合元件中都创建了5’拼接位点,随后测定了相应的内含子从RNA片段上移除后所发生的结果,这项研究中,研究人员利用了来自BRCA2和IKBKAP及SMN1基因的内含子进行了研究,IKBKAP及SMN1基因的突变会诱发神经变性疾病。

在上述三个基因的内含子中,研究人员检测了3.2万个5’拼接位点,他们发现,在不同的内含子中,特定的DNA序列会与相似的拼接有效或无效直接相关,而每一个基因的其它特性似乎更倾向于在每一种特殊的情况下修饰对机体所带来的影响,换句话说,给定的5’拼接位点内部的突变或许会影响剪接作用是可以进行预测的,但其也会被剪接位点自身所影响。研究者表示,后期他们还将进行更为深入的研究来帮助预测特殊剪接位点突变所带来的影响。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Mandy S. Wong, Justin B. Kinney, Adrian R. Krainer. Quantitative Activity Profile and Context Dependence of All Human 5′ Splice Sites. Molecular Cell, 2018; DOI: 10.1016/j.molcel.2018.07.033

Nature:重磅!新研究使得在体内进行CRISPR/Cas9精准基因组编辑成为可能

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2018年9月14日/生物谷BIOON/—在临床中使用CRISPR/Cas9基因编辑的一个障碍是Cas9核酸酶可能会在错误的位点上切割DNA。在一项新的研究中,来自美国麻省总医院和英国阿斯利康公司的研究人员描述了一种在整个基因组中预测这些脱靶突变的策略,并且在小鼠中证实经过精心设计的向导RNA(gRNA)链不会产生任何可检测到的切割错误。相关研究结果于2018年9月12日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“In vivo CRISPR editing with no detectable genome-wide off-target mutations”。论文通信作者为阿斯利康公司生物学家Marcello Maresca和麻省总医院生物学家与病理学家J. Keith Joung。

Nature:重磅!新研究使得在体内进行CRISPR/Cas9精准基因组编辑成为可能
图片来自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0500-9。

加拿大多伦多大学发育生物学家Janet Rossant(未参与这项研究)说,这项研究证实“你最好确保你拥有非常准确的gRNA”。她补充道,“这种方法是一种更好的在动物模型和人体中开展实验之前测试一种gRNA的特异性的方法。”

根据Maresca的说法,他所在的公司的一个长期目标是能够使用治疗性基因编辑来治疗许多人类疾病。他在一封发送给《科学家》网站的电子邮件中写道,“然而,实现CRISPR药物的潜力需要开发能够高效地修饰靶基因的方法,而且这不会对基因组中的其他地方产生任何影响。”

脱靶切割能够发生在对有机体没有影响的基因组位点上,或者它们能够破坏重要的细胞功能。当试图预测Cas9可能会出错的基因组位点时,科学家们通常从计算预测开始,但是这些计算预测依赖于针对它们的gRNA如何结合DNA和Cas9如何进行切割作出的假设。

美国布朗大学神经科学家Kate O’Connor-Giles(未参与这项研究)说,“看到一种通过实验手段确定脱靶位点的方法是激动人心的,这是因为这种方法不存在针对构成潜在脱靶位点的因素作出假设时引入的偏差。”

为了开发出一种让脱靶效应最小化的方法, Maresca团队与Joung团队合作。他们开发出的这种方法的第一部分—最初由Joung团队开发并于2017年发表(Nature Methods, doi:10.1038/nmeth.4278)—是在体外完成的。首先,他们将基因组DNA —在这项新的研究中,他们用的是小鼠基因组—切割为大约长300个碱基对的片段,随后给这些片段连接上一系列让DNA环化的接头(adapter)。他们引入Cas9和gRNA的复合物,这种复合物在某些位点上切割环状DNA,从而让它线性化。

另一批核酸酶会降解剩余的未被切割的环状DNA。通过这种方式,这些研究人员能够对线性化的DNA进行测序,以便观察Cas9切割(不论是有意的还是无意的)的位点并预测gRNA是否会导致体内脱靶效应。

作为在这项新的研究中开发出的这种方法的第二部分,这些研究人员在小鼠中测试了他们的预测结果。当他们使用他们在体外发现的会在基因组中数千个错误位点进行切割的gRNA时,在他们检查的一部分的预测位点中,超过40%的位点也在小鼠肝脏中发生突变。一个位点在体外筛选中出现的频率越高,它在体内发生突变的可能性就越大。换句话说,在体外发生差错的gRNA在体内也会发生差错。

这些研究人员还在体内实验中检查了小鼠基因组中的通过计算预测可能为脱靶位点但是迄今为止并未在他们的体外筛选过程中出现的位点。他们并没有在这些位点上检测到突变,这意味着他们的体外方法可能不会错过真正的脱靶位点。

对这些研究人员预测对靶位点具有高度特异性的另一种gRNA而言,他们在182个预测的位点中都未发现体内可检测到的突变。

O’Connor-Giles说,“真正的进步是检测有机体特异性脱靶切割的实际能力,而不是依赖于并不一定反映你在正在使用的有机体(在临床环境中,指的是患者)的遗传环境的参考基因组序列。”鉴于使用来自特定患者或有机体体的基因组DNA进行体外筛选是可能的,因此来自测序步骤的序列读取反映了测试对象基因组中可能存在的Cas9靶标。”

Joung说,“这项[研究]应当会鼓励进一步开发体内疗法。它还为人们如何在整个有机体或体内环境中观察这些潜在的脱靶位点提供了重要的蓝图或途径。这一点是非常重要的,这是因为—尤其是出于研究目的—它让你能够评估对策略进行改善特异性的更改是否具有预期效果。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Pinar Akcakaya, Maggie L. Bobbin, Jimmy A. Guo et al. In vivo CRISPR editing with no detectable genome-wide off-target mutations. Nature, Published Online: 12 September 2018, doi:10.1038/s41586-018-0500-9.

Plos Biology:过分关注“明星基因”到底对不对?

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2018年9月26日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –最近在《PLOS Biology》杂志上发表的一项研究显示,历史偏见导致了生物医学研究人员热衷于对10%的人类基因进行无比深入的研究,而忽视其它已知在疾病中发挥作用的关键原因。
作者们发现,政策干预是导致科学家们对成熟课题进行深入研究的主要原因。对年轻科研人员来说,抓住“明星”基因进行研究是他们事业进步的“捷径”。相比之下,专注于对特征不佳的基因进行研究的学生成为独立研究员的几率要低50%。
Plos Biology:过分关注“明星基因”到底对不对?
“我们发现目前对人类基因的研究并未完全反映其重要性,”作者说到: “许多与人类疾病密切相关的基因仍未得到研究。目前的社会力量和资助机制提高了科学家们对过去已经研究过的课题的关注度。”
研究人员对数据应用了系统方法 – 包括化学,物理,生物,历史和实验数据 – 以揭示潜在的模式。除了解释为什么没有研究某些基因之外,它们还解释了研究单个基因的程度。他们可以为大约15,000个基因做到这一点。
2003年完成的人类基因组计划有望扩大科学研究的范围,但西北大学的研究人员发现,目前仍有30%的基因从未成为科学研究的焦点。在90%的已发表论文中,仅有10%不到的基因得到了关注。
作者们指出,此前研究人员只关注了人类基因组中的2000个基因,其余18,000个基因的生物学效应基本上没有被描述。研究人员指出,这18000个基因中包含与乳腺癌或肺癌发病有关的关键基因。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Why some human genes are more popular with researchers than others


原始出处:Thomas Stoeger, Martin Gerlach, Richard I. Morimoto, Luís A. Nunes Amaral. Large-scale investigation of the reasons why potentially important genes are ignored. PLOS Biology, 2018; 16 (9): e2006643 DOI: 10.1371/journal.pbio.2006643

羊草基因资源发掘取得新进展

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羊草基因资源发掘取得新进展

 

羊草是一种重要的天然牧草,在中国的北方广泛生长。不同羊草种质的种子颜色和休眠存在差异,但其相关分子机制尚不清楚,制约着羊草资源的开发及牧草新品种的培育。

中国科学院植物研究所刘公社研究组针对羊草种子颜色及休眠的分子机制开展研究,比较分析了羊草弱休眠性黄色种子和强休眠性棕色种子的转录谱。结果发现,羊草LcbHLH92基因的表达水平与花青素合成酶基因(ANS)和花青素还原酶基因(ANR)的表达水平呈显着负相关;LcbHLH92有两个转录本,LcbHLH92a和LcHLH92b,它们均可被ABA、低温和氯化钠诱导表达。研究人员发现,在拟南芥中过表达LcbHLH92a或LcbHLH92b均可显着抑制叶片和种子中二氢黄酮醇还原酶基因(DFR)和ANS的表达水平,分别导致花青素和原花色素含量的下降,致使转基因拟南芥的种子呈现黄色。萌发测试显示,黄色转基因拟南芥的种子比棕色野生型种子具有更高的发芽率(萌发速度更快)。进一步研究表明,LcbHLH92a和LcbHLH92b可能通过提高JAZs蛋白的表达量而抑制TT8、DRF、ANS和ANR的转录。

该研究首次揭示了LcbHLH92基因与花青素/原花色素合成及种子休眠之间的关系,为羊草种质资源发掘及新品种培育提供了基础。成果于近日在线发表于国际学术期刊Journal of Experimental Botany。刘公社研究组博士毕业生赵品苍和助理研究员李晓霞为论文共同第一作者,研究员刘公社和助理研究员程丽琴为通讯作者。该研究工作得到国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金的资助。(生物谷Bioon.com)

 

全球最大水稻基因库获长期资助

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全球最大水稻基因库获长期资助

 

当植物育种者想要改善农作物的性状时,他们会转而寻求世界各地基因库中储存的生物多样性。但是由于资金短缺,这些储存种子和其他植物组织的重要仓库通常状况很差。如今,德国波恩非营利组织“作物信托”旨在通过提供更稳定的资金来源,帮助农作物基因库建立更加坚实的根基。10月11日,“作物信托”宣布了它的第一个决定,即一笔持续5年、每年140万美元的可再生赠款,用于位于菲律宾洛斯巴尼奥斯的国际水稻研究所(IRRI)的基因银行。

“这些农作物的收集工作对于全世界来说太重要了,不能留下任何不确定性。”成立于2004年的“作物信托”基金会执行董事Marie Haga说,“科学家不能依赖于上下起伏的预算做研究。”

该信托基金会最为人所知的就是其在斯瓦尔巴全球种子库的工作,后者是一个在挪威的北极山脉中挖掘出的储存设施。该种子库包含了近100万份来自世界各地基因库的农作物种子样本,以防发生不可预知的灾难。但该组织也一直在悄悄地努力提高基因库保存和分配种子的能力,并帮助这些基因库达到标准,从而有资格从信托组织建立的捐赠基金中获得长期资助。

如今,经过6年的努力,IRRI——一个在培育现代高产水稻品种中发挥了核心作用的植物育种中心——已经达到了这些标准。例如,它的基因库现在可以根据需要立即提供136000个可用品种的90%的种子。新的资金将使IRRI更容易支撑有时需要劳动密集型工作以维持其收藏的流程。例如,一些农作物品种需要定期种植,以便研究人员能够收获新的种子。

“作物信托”最终希望扩大对IRRI在国际农业研究磋商组织(CGIAR)中的姊妹机构的财政援助,CGIAR是一个在整个发展中国家都有研究中心的全球性非营利农业合作伙伴。

CGIAR的中心总共运营着11个基因库,据分析人士估计,它将获得近5亿美元的捐赠,以确保其获得长期生存能力所需的年度资金(确保世界上大约25个主要基因库中储存的所有农作物的安全大约需要8.5亿美元的捐赠)。到目前为止,“作物信托”已经为其种子银行捐赠了大约3亿美元的资金,这些钱主要来自美国、挪威和德国。所以,“我们有一些方法可以用。”Haga说。

考虑到大米是世界上最重要的农作物之一,研究人员指出,支持IRRI显然是一个优先事项。但是,位于意大利罗马的联合国粮农组织粮食和农业遗传资源委员会的秘书长Irene Hoffmann说,帮助那些储存不太知名的农作物的基因库也很重要,例如对粮食安全很重要的埃塞俄比亚画眉草或藜麦。

Hoffmann说:“有许多基因库,特别是一些国家基因库,并没有得到足够重视;同时有许多农作物并没有像大米或玉米那么高的显示度。”该委员会在去年发布的一份报告中指出,许多基因库因缺乏资金而难以阻止种子的消亡。

Haga希望“作物信托”最终能够支持国家和地区的基因库以及重要的国际中心。她说,为种子的长期保护筹集资金变得更加困难,而为农业多样性筹集资金总是比为有魅力的野生动物找钱更加困难。“我们需要保护所有的自然生物多样性。”Haga说,“我们不要忘记,植物实际上正在喂养我们。”(生物谷Bioon.com)

PLoS Biol:新研究揭示导致近视发生的基因

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2018年12月2日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –哥伦比亚大学的Andrei Tkatchenko及其同事在开放获取期刊PLOS Biology上发表的一项新研究显示,近视(近视)和远视(远视)的形成是通过不同的分子途径。这一发现为近视——全球最常见的视力损害形式提供了新的认识,并开辟了预防药物开发的途径。
当眼睛长得太长时,会发生近视,增加镜片与视网膜之间的距离,使得镜片产生的图像在视网膜前方而不是视网膜上聚焦。在远视眼中,情况正好相反:眼睛太短,焦点位于视网膜后面。虽然长时间的“近距离工作”如阅读或缝纫会增加近视的风险,但是其发展的分子途径和驱动远视的分子途径都不为人所知。
PLoS Biol:新研究揭示导致近视发生的基因
(图片来源:Andrei V. Tkatchenko)
为了探索这些途径,作者通过在狨猴的眼前放置镜片来诱导近视或远视。将焦点移动到视网膜后面的镜片(“远视散焦”)诱发近视,而将其转移到视网膜前面的镜片(“近视散焦”)诱发远视。在每种情况下,眼睛改变形状,伸长或缩短,以通过将视网膜移动到更靠近焦点来进行补偿。
当狨猴在一只眼睛中暴露于任何一种类型的散焦长达5周时,与未暴露的视网膜(用作对照)相比,暴露的视网膜中的基因活性发生变化。但受影响的分子途径在两种类型的散焦中大部分不同。虽然两种类型的散焦都引起重要细胞信号传导途径的变化,但只有少数几种散焦受到两种类型散焦的影响。每种类型的基因活动随时间也存在差异,在前10天内受影响的人与5周后受影响的人之间几乎没有重叠。重要的是,作者发现其中29个因离焦而表达发生变化的基因位于大规模遗传研究中先前与人类近视相关的染色体区域(称为数量性状基因座),表明参与的基因表达发生了变异。
“这项研究的结果表明,视网膜可以区分近视和远视散焦,并通过激活很大程度上不同的通路来对相反符号的散焦做出反应,”Tkatchenko说。 “鉴定这些途径为鉴定新的药物靶点和开发更有效的近视治疗方案提供了框架。”(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Gene changes driving myopia reveal new focus for drug development

原始出处:Tatiana V. Tkatchenko et al, Gene expression in response to optical defocus of opposite signs reveals bidirectional mechanism of visually guided eye growth, PLOS Biology (2018). DOI: 10.1371/journal.pbio.2006021 

整合基因组和组织学信息 基因组学公司联手开拓新前沿

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整合基因组和组织学信息 基因组学公司联手开拓新前沿

 

10x Genomics公司宣布收购位于瑞典斯德哥尔摩的Spatial Transcriptomics公司。Spatial Transcriptomics公司是空间基因组学(spatial genomics)领域的领先公司。空间基因组学是一个新兴领域,它不但让研究人员可以获得单细胞内的基因组数据,而且可以比较在组织不同部位的细胞中基因组信息的变化。这一技术在肿瘤学、神经科学和免疫学等疾病领域中将有很广泛的应用前景,而且可用于更广范围的生物学研究。

Spatial Transcriptomics公司的宗旨是在细胞的形态学环境中理解基因表达对更深入地探索基因活性至关重要。该公司的技术平台结合显微成像技术和RNA测序技术,能够从一片完整的冰冻组织切片中,获取切片上不同位置细胞中的完整转录组(transcriptome)数据。

该平台的工作流程将冰冻组织切片覆盖在特定的玻璃矩阵芯片上。芯片上固定着能够捕获细胞中mRNA的探针。探针上携带的条形码标志出它们在矩阵芯片上的位置。通过这种探针捕捉细胞中mRNA并进行测序的方法,研究人员可以观察到哪些基因在组织的特定位置表达,并且可以定量检测出它们的表达水平。

“基因组学领域发展迅速,在很短的时间里我们已经从对人类基因组测序进步到对特定组织,甚至是单细胞进行测序,” Spatial Transcriptomics公司联合创始人Joakim Lundeberg教授说:“空间基因组学将是下一个发展前沿。我们很高兴与10x Genomics公司合作,推广这一技术的应用”。(生物谷Bioon.com)

 

Nat Neurosci:揭秘阿尔兹海默病患者如何失去对基因活性的控制?

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2019年1月3日 讯 /生物谷BIOON/ –阐明大脑中控制基因活性的分子机制或能帮助理解阿尔兹海默病的发病机理,近日,一项刊登在国际杂志Nature Neuroscience上的研究报告中,来自英国埃克塞特大学的科学家们通过研究揭开了基因活性指示器和阿尔兹海默病的发病关联,相关研究或为后期科学家们开发治疗阿尔兹海默病的新型疗法提供新的思路。

Nat Neurosci:揭秘阿尔兹海默病患者如何失去对基因活性的控制?

图片来源:public domain

文章中,研究者调查了基因活性的改变,这些改变并非因为遗传代码突变所致,这是一种令人非常兴奋的研究方法,因为其与DNA序列并不相同,这些所谓的表观遗传学过程会被环境因素潜在地改变,从而就提供了一种可能性的方法来影响基因的活性。研究者对一类名为组蛋白乙酰化作用的表观遗传学修饰过程进行研究,组蛋白的乙酰化修饰能够标记处于活性状态的基因组区域,在细胞中,DNA能被组蛋白所包裹,而组蛋白也能被修饰来控制基因的活性,随后研究者利用已故患者机体的脑组织进行研究定量化分析了细胞基因组的组蛋白修饰过程。

研究者在脑细胞的基因组中发现了组蛋白乙酰化修饰水平的增加和降低,同时也鉴别出了参与阿尔兹海默病发生的特殊基因,此外,研究者还发现了控制淀粉样蛋白和tau蛋白表达的调节性区域的差异,这两种蛋白均参与到了阿尔兹海默病的病理学过程中。这项研究中,研究人员首次进行全基因组研究调查阿尔兹海默病发病过程中的组蛋白乙酰化修饰作用,或能为研究者提供一种框架帮助研究影响大脑的其它疾病中的组蛋白乙酰化修饰过程。

研究者Jonathan Mill表示,我们的研究为阐明阿尔兹海默病中组蛋白乙酰化修饰的广泛改变提供了令人信服的证据,尽管后期还需要进行更为深入的研究来阐明组蛋白乙酰化修饰到底是诱发疾病的原因还是结果,但目前研究人员认为,修饰组蛋白乙酰化的药物或许有望作为治疗阿尔兹海默病的新型疗法。阿尔兹海默病影响着数百万人的健康,尽管目前研究人员对该病进行了大量研究,但仍然无法阐明诱发该病的分子机制,这也是研究人员对大脑最受影响部位染色体的第二次大规模研究,旨在寻找相比未受影响患者而言阿尔兹海默病患者机体大脑基因表达所发生的改变和差异,这或许有望帮助理解疾病发生的进程和原因。

最后研究者表示,影响多个基因活性的改变或许与阿尔兹海默病潜在的病理学标志直接相关,更有意思的是,本文研究结果还表明,阿尔兹海默病或许存在遗传性和独立性两种疾病形式中存在着共同的发病机制。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Sarah J. Marzi, Szi Kay Leung, Teodora Ribarska, et al. A histone acetylome-wide association study of Alzheimer’s disease identifies disease-associated H3K27ac differences in the entorhinal cortex, Nature Neuroscience (2018). DOI: 10.1038/s41593-018-0253-7

Cell Stem Cell:基因疗法可以用于治疗致命性自体免疫疾病

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2019年1月14日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –最近,加州大学洛杉矶分校研究人员创造了一种修复血液干细胞的基因突变的方法,以逆转导致威胁生命的自身免疫综合症(称为IPEX)的发生。
这项工作在发表在最近的《Cell Stem Cell》杂志上。
IPEX是由一种突变引起的自身免疫疾病。该突变阻止了一种名为FoxP3的基因的表达,从而导致产生血液干细胞分化形成调节性T细胞的功能受到了阻碍。调节性T细胞可以负向控制身体的免疫系统的活性。缺少这一类细胞的话,免疫系统会攻击身体自身的组织和器官,最终导致自身免疫疾病的发生。
Cell Stem Cell:基因疗法可以用于治疗致命性自体免疫疾病
(图片来源:www.pixabay.com)
在这项新研究中,加州大学洛杉矶分校的研究人员使用病毒载体将FoxP3基因的正常拷贝传递到小鼠血液干细胞的基因组中,从而产生功能性调节性T细胞。在研究后不久,研究中的所有小鼠几乎没有IPEX症状。
研究人员还将他们的IPEX靶向载体放入人体血液干细胞中,然后将这些细胞输入没有免疫系统的小鼠体内。人类血液干细胞能够产生调节T细胞,从而打开载体。
作者称,为了治疗IPEX患者,血液干细胞将从IPEX患者的骨髓中清除。然后,使用IPEX靶向载体在实验室中校正FoxP3突变。患者将接受他们自己更正的血液干细胞的移植,这将产生持续终生的调节性T细胞供应。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Researchers correct genetic mutation that causes IPEX, a life-threatening autoimmune syndrome

原始出处:Katelyn E. Masiuk, Jennifer Laborada, Maria Grazia Roncarolo, Roger P. Hollis, Donald B. Kohn. Lentiviral Gene Therapy in HSCs Restores Lineage-Specific Foxp3 Expression and Suppresses Autoimmunity in a Mouse Model of IPEX Syndrome. Cell Stem Cell, 2019; DOI: 10.1016/j.stem.2018.12.003

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