基因新闻 第61页

10月23日，《国家科学评论》杂志在线发布了第一个藏族人群高质量参考基因组。该成果是中国科学院昆明动物研究所宿兵课题组、西藏大学欧珠罗布与崔超英课题组、中国科学院上海营养与健康研究所徐书华课题组、青海省高原医学科学研究院吴天一课题组等，经过两年多联合攻关完成的藏族人群高原适应研究的又一阶段性成果，旨在利用长片段基因组数据从头组装藏族人群的高质量参考基因组，以期解析藏族人群基因组中的大片段结构变异对高原低氧环境的遗传贡献。

世居高原的藏族人群对极端低氧环境的适应是人类适应性进化的典型例子，一直以来受到广泛的关注。以往对于藏族高原适应的遗传分析主要集中在基于二代短读长测序数据的单核苷酸变异位点（Single Nucleotide Variants， SNVs）的研究，且发现了两个与藏族高原适应相关的关键基因EPAS1和EGLN1，解释了藏族人群较低血红蛋白浓度这一适应表型。然而，除了血红蛋白浓度，藏族其他的高原适应特征（比如较高的通气量、较低的肺动脉压等）还不能被SNVs解释。众所周知，基因组上的大尺度结构变异（Structural Variants，SVs）可能影响染色质空间结构及基因的表达调控，与疾病和进化表型也可能相关，但藏族人群基因组中的SVs对高原适应是否有贡献，仅有EPAS1基因下游一个大片段缺失的一例报道，缺乏对全基因组水平SVs的系统研究。

为了系统解析藏族人群全基因组SVs，研究人员利用三代长读长测序技术以及多种辅助组装技术，从头组装了一个高质量的藏族人参考基因组（珠峰1号，ZF1）。相比于目前已有的人类参考基因组，ZF1具有更好的序列连续性和完整性。利用该基因组，研究人员找到了17900个ZF1中发生的SVs，其中6505个是ZF1有别于其他两个东亚人（HX1和AK1）的SVs。功能富集分析发现，这些ZF1特有的SVs相关基因的功能显着富集在一个重要的低氧通路——GTPase活性调控通路上。通过进一步的群体分析，研究人员发现了一个发生在MKL1基因内含子上的163bp缺失，这个缺失在藏族和汉族群体中表现出显着的频率差异，且该缺失与藏族较低的肺动脉压显着相关。另外，研究人员系统评估了藏族基因组中与古人类（尼安德特人和丹尼索瓦人）共享的基因片段，发现ZF1相比于其他东亚个体的基因组有更高的共享片段比例(1.32%-1.53%)。其中一个典型的例子是发生在SCUBE2基因内含子上一个662bp的插入，分析发现该插入在藏族中富集并与藏族的肺功能显着相关。

该基因组是第一个利用长片段序列从头组装的藏族人群的高质量参考基因组，并利用该基因组系统解析了藏族人群全基因组水平的结构变异元件数据集，将会为今后藏族高原适应的医学和进化研究提供重要的基础数据资源。欧珠罗布、昆明动物所副研究员和耀喜、营养与健康所（马普计算生物学所）博士楼海一、邓恋，以及西藏大学教授崔超英为文章的共同第一作者，宿兵、昆明动物所副研究员祁学斌和营养与健康所徐书华为文章的共同通讯作者。(生物谷Bioon.com）

2019年11月11日讯/生物谷BIOON/—个性化治疗可根据患者需求量身定制治疗方案。在罕见疾病中，开发针对一部分患者的靶向治疗方法可能是由于特定的医疗需求或现有治疗方法上存在的技术限制。较罕见的情况是，鉴定单例患者中的突变导致了患者特异性基因治疗方法的开发。

在一项新的研究中，Morelli等人在早发性运动神经病变的非典型病例中，通过广泛的靶向遗传筛选确定了甘氨酰-tRNA合成酶（glycyl-tRNA-synthetase, GARS）基因中的致病性缺失。这个基因的显性突变是造成腓骨肌萎缩症2D型（Charcot-Marie-Tooth disease type 2D, CMT2D）的原因。相关研究结果近期发表在Journal of Clinical Investigation期刊上，论文标题为“Allele-specific RNA interference prevents neuropathy in Charcot-Marie-Tooth disease type 2D mouse models”。

这些作者开发出靶向显性四个氨基酸缺失的等位基因特异性RNA干扰（RNAi）方法。在新生动物中，腺相关病毒（AAV）载体介导的脑室内递送阻止了在GARS基因中带有相同缺失的小鼠模型中的神经病变发生。但是，正如在其他发生轴突变性的神经病变中所观察到的那样，神经病变发生后的RNAi治疗会导致部分获益，甚至没有益处，这取决于干预的时机。一种靶向CMT2D小鼠模型中P278KY等位基因的类似方法显示出相似的结果。

这篇论文提供了用于概念验证的等位基因特异性策略，用于治疗CMT2D中的显性突变。尽管这种方法本质上是突变特异性的，但是这些作者指出，通过相同的载体将GARS转录本的非特异性敲除和RNAi抵抗性GARS基因拷贝的重新导入也是一种潜在的治疗策略。从翻译的角度来看，这种转基因表达盒的复杂性可能是一个挑战。但是，这篇论文清楚地总结了针对罕见疾病的个性化治疗方法开发的困难，并突出了具有不典型表现的超罕见突变患者的艰巨诊断历程。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Kathryn H. Morelli et al. Allele-specific RNA interference prevents neuropathy in Charcot-Marie-Tooth disease type 2D mouse models. Journal of Clinical Investigation, 2019, doi:10.1172/JCI130600.

2.Giuseppe Ronzitti et al. Interfering in Charcot-Marie-Tooth disease 2D. Science Translational Medicine, 2019, doi:10.1126/scitranslmed.aaz3712.

CRISPR Therapeutics和Vertex Pharmaceuticals昨日宣布CRISPR/Cas9基因编辑疗法CTX001，在正在进行的1/2期临床试验中取得积极中期数据。一名输血依赖性β地中海贫血症（TDT）患者和一名严重镰状细胞贫血症（SCD）患者在接受CTX001治疗后，均达到停止依赖输血的效果。这是在美国进行的首个评估CRISPR基因编辑疗法的人体临床试验。

β地中海贫血症和镰状细胞贫血症都是由于编码血红蛋白的基因发生突变而造成的血液疾病。严重患者通常需要经常接受血红细胞输入进行治疗，不但给患者带来不便，而且长期血红细胞输入会带来铁元素过载等副作用。

CRISPR Therapeutics的基因疗法CTX001是一种基因编辑自体造血干细胞的创新疗法。CTX001疗法使用CRISPR基因编辑技术，增加从患者体内获取的造血干细胞表达胎儿血红蛋白（HbF）的能力，然后将经过改造的造血干细胞注回患者体内。HbF能够弥补患者成人血红蛋白的功能缺陷，从而缓解患者症状。

公布的中期结果包括一名TDT患者和一名严重SCD患者。TDT患者在加入试验前每年平均需要输血16.5次。接受CTX001输注后9个月，患者不再依赖输血，总血红蛋白水平为11.9 g/dL，其中胎儿血红蛋白水平为10.1 g/dL。而且血液循环中99.8％的血红细胞表达胎儿血红蛋白。

入组的SCD患者在加入临床试验前每年平均经历7次血管闭塞性危象（VOC）。接受CTX001输注后4个月里，患者没有再经历VOC，总血红蛋白水平为11.3 g/dL，其中46.6％为胎儿血红蛋白。而且，血液循环中94.7％的血红细胞表达胎儿血红蛋白。

CRISPR Therapeutics首席执行官Samarth Kulkarni博士说：“我们对这些初步数据感到非常鼓舞。这些数据证明我们的疗法有潜力在一次性干预后为患者带来有意义的益处。我们将继续招募患者参与研究，加速开发CRISPR/Cas9疗法作为一类新型转化药物来治疗目前无法治愈的严重疾病。”(生物谷Bioon.com）

2017年10月15日/生物谷BIOON/—人类具有多种皮肤颜色。但是迄今为止，仅少量基因已被证实促进皮肤颜色发生正常的变化，而且这主要是通过研究欧洲人群发现的。

如今，在一项针对不同非洲群体的研究中，来自美国、博茨瓦纳、坦赞尼亚和埃塞俄比亚的研究人员鉴定出与皮肤色素沉着（skin pigmentation）相关的新的基因变异。这一发现有助于解释非洲大陆上存在众多皮肤颜色，揭示人类进化，并使得人们了解皮肤癌等疾病的遗传风险因素。相关研究结果于2017年10月12日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Loci associated with skin pigmentation identified in African populations”。

论文通信作者、美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院遗传学教授、文理学院生物学教授Sarah Tishkoff说，“我们鉴定出导致现代人类最为显著差异的性状之一的遗传基础。当人们谈及非洲人的肤色时，大多数人想到肤色较深的皮肤，但是我们证实在非洲，存在比价大的肤色变化：从一些非洲人具有较浅的肤色到全球水平上最深的肤色，以及介于这两者之间的肤色。我们鉴定出影响这些性状的基因变异，并且证实影响浅色皮肤和深色皮肤的突变在现代人类起源之前就已存在较长时间了。”

浅色皮肤和深色皮肤都会提供益处：比如，深色皮肤被认为有助于阻止紫外线照射带来的一些负面影响，而在较低紫外线照射的区域，浅色皮肤能够更好地促进维生素D合成。

为了客观地捕捉非洲人的皮肤色素沉着，Tishkoff和同事们利用一种颜色测量仪（color meter）测量了来自种族和遗传上多样化的人群的2000多名非洲人的皮肤光反射能力。他们从太阳照射量最小的内臂进行测量。这些测量值能够被用来推断皮肤色素黑色素（melanin）的水平。他们获得一系列测量值；肤色最深的皮肤在非洲东部的尼罗-撒哈拉语系牧民群体中观察到；肤色最浅的皮肤在非洲南部狩猎、采集食物的桑族人（San）群体中观察到。

这些研究人员获得了将近1600人的遗传信息，研究了基因组中的400万多个单核苷酸多态性（SNP）位点。从这个数据集中，他们能够开展全基因组关联研究，并发现基因组中的4个关键区域，这些区域发生的变异与肤色变化密切相关。

具有最强关联的一个区域位于SLC24A5基因及其附近，已知该基因的一种变异体在欧洲人群和一些南亚人群的浅色肤色中发挥着作用，而且被认为是在3万多前产生的。这种变异体在已知祖先来自东南亚和中东的埃塞俄比亚和坦桑尼亚人群中是较为常见的，这提示着它是从这些区域携带到非洲的，而且根据它的出现频率，它可能是被正向选择的。

另一个含有基因MFSD12的区域与皮肤色素沉着存在第二大的关联性。这个基因在白斑病患者的脱色皮肤中低水平表达。

这些研究人员发现这个与深色色素沉着相关的基因及其周围发生的突变在通常具有较深肤色的尼罗-撒哈拉语系群体中以及在除具有较浅肤色的桑族人之外的撒哈拉沙漠以南人群中较高频率地存在。他们还在通常在非洲之外具有最深肤色的南亚印第安人群（South Asian Indian population）和澳大利亚-美拉尼西亚人群（Australo-Melanesian population）中，鉴定出这个基因的变异体，以及与深色皮肤色素沉着相关的其他变异体。

同样令人关注的是与浅色皮肤色素沉着相关的MFSD12、OCA2和HERC2基因变异体在非洲桑族人群（具有世界上最为古老的遗传谱系）和欧洲人中最高频率地存在。

MFSD12在产生黑色素的黑色素细胞中高度表达。为了验证这个基因在促进皮肤色素沉着中发挥的作用，这些研究人员阻断它在体外培养的细胞中表达，发现这会增加真黑色素（eumelanin）的产生。作为一种色素，真黑色素导致黑褐色的皮肤、毛发和眼睛颜色。在斑马鱼中敲除这个基因会导致产生黄色色素的细胞丢失。在刺鼠中，敲除这个基因会阻止褐黑素（pheomelanin）产生，从而导致它们的皮毛（由带有红黄色素组成的毛发组成）颜色变为统一的灰色。

论文共同作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院生理学系教授、费城儿童医院研究所病理学与实验室医学系教授Michael Marks证实MFSD12基因以一种新的方式影响真黑色素沉着。不同于其他的主要在黑色素体（即一种产生黑色素的细胞器）中表达的色素沉着基因的是，MFSD12是在溶酶体中表达的。溶酶体是一种与产生真黑色素的黑色素体截然不同的细胞器。

Marks说，“我们的研究结果提示着溶酶体和产生真黑色素的黑色素体之间存在某种迄今为止尚未阐明的交谈。弄清楚这是如何发挥作用的可能为操纵皮肤色素沉着用于治疗目的的方法提供新的思路。”

Marks说，“此外，MFSD12表达缺失对两种黑色素产生相反的影响：增加真黑色素产生，同时抑制褐黑素产生的事实提示着相比于产生真黑色素的黑色素体，产生褐黑素的黑色素体可能与溶酶体存在着更多的关联性。”

此外，还发现OCA2和HERC2基因也与皮肤颜色存在关联，在此之前人们已发现这两个基因与欧洲人的皮肤、眼睛和头发颜色变化存在关联，不过在这项研究中，在非洲人群中鉴定出这两个基因发生新的突变。OCA2突变也导致一种在非洲人群中更加常见的白化病（albinism）。这些研究人员观察到位于OCA2附近的调节其表达的HERC2基因也发生变异。在OCA2基因中，他们鉴定出一种在欧洲人和桑族人中较为常见的变异体表达较短的功能发生改变的蛋白版本。他们观察到一种平衡OCA2选择的信号，这意味着这个基因的两种不同的版本已被维持60万多年了。

这些研究人员发现的最后一个与皮肤色素沉着相关联的基因区域包括在紫外线反应和黑色素瘤风险中发挥着作用的基因。在这个区域中，排在首位的候选基因是DDB1，它参与修复紫外线照射诱导的DNA损伤。

Tishkoff说，“非洲人不会经常得黑色素瘤。这些基因附近发生的突变数量在紫外线强度最高的地区是最高的，因此有理由认为它们可能在紫外线保护中发挥着作用。”

这些研究人员鉴定出的这些突变在调节DDB1和附近的其他基因表达中发挥着作用。

Tishkoff说，“尽管我们还不知道DDB1影响色素沉着的机制，但是令人关注的是，这个在物种中高度保守的基因也在西红柿等植物的色素沉着中发挥着作用。”

这些研究人员有证据表明人基因组的这个区域在非洲以外遭遇着强劲的自然选择；与浅色皮肤颜色相关的突变在非非洲人（non-Africans）中发生的频率几乎达到100%，这是所有欧洲人中发生的“选择性清除（selective sweep）”的几个例子之一；据估计，这种选择性清除发生的时间在大约6万～8万年前，大约在现代人类从非洲迁出的时候。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Nicholas G. Crawford, Derek E. Kelly, Matthew E. B. Hansen et al. Loci associated with skin pigmentation identified in African populations. Science, Published online:12 Oct 2017, doi:10.1126/science.aan8433

2017年11月5日/基因宝jiyinbao.com/—在作为智力障碍和自闭症的主要遗传形式的脆性X染色体综合征（Fragile X Syndrome）中，单个缺陷基因的影响通过一系列的化学通路加以传递，从而改变脑细胞之间的信号。它是一种复杂的疾病，但是在一项新的研究中，来自美国洛克菲勒大学的研究人员发现在动物模型中，抑制一种调节蛋白可改变导致这种疾病的多种症状出现的复杂化学信号。相关研究结果发表在2017年9月7日的Cell期刊上，论文标题为“Excess Translation of Epigenetic Regulators Contributes to Fragile X Syndrome and Is Alleviated by Brd4 Inhibition”。论文通信作者为C. David Allis教授和Robert B. Darnell教授。

这项研究着重关注一组控制基因表达的被称作染色质重塑剂（chromatin remodeler）的蛋白。染色质重塑剂的作用机制是将化学标记添加到DNA上，调节着基因表达。

论文第一作者、洛克菲勒大学博士后研究员Erica Korb说，“靶向染色质重塑剂的药物已在临床试验中用于治疗白血病等癌症。它是一种有吸引力的方法，这是因为单个抑制剂允许你靶向参与脆性X染色体综合征的整个基因网络。”这项新的研究提示着染色质重塑剂可能在脆性X染色体综合征中发挥着类似的关键作用。通过在动物模型中靶向染色质重塑剂，这些研究人员能够成功地减轻这种疾病的症状。

一段时间以来，人们已知脆性X染色体综合征是由单个被称作FMRP的基因发生缺陷导致的，但是FMRP如何精确地影响神经功能仍然是个谜。

早在2011年，Darnell就已鉴定出上百种与FMRP相关联的基因，它们中的多数编码参与神经功能的蛋白。特别地，这些蛋白对神经元之间形成的突触是必需的。在健康人中，FMRP结合到这些基因上，从而阻止它们表达蛋白。但是在脆性X染色体综合征患者中，这种缺陷形式的FMRP不再有效地抑制蛋白产生，这会增加细胞中这些突触蛋白的数量。

Darnell解释道，“这些结果是有意义的—这是一种神经疾病，我们观察到参与神经功能的蛋白受到了影响。”因此，科学家和临床医师已找出能够抑制这些突触蛋白的化合物，从而绕过对FMRP的需求。但是在临床试验中，这些化合物都取得了令人失望的结果。

针对此，这些研究人员重新回顾了之前的研究。他们发现染色质重塑剂成为与FMRP显著相关联的第二类信号。

这些研究人员随后产生了缺乏FMRP的细胞，并发现当它缺乏时，特定的染色质重塑剂在细胞中增加表达。这种增加接着导致突触蛋白在细胞中的数量上升。

这些研究人员利用一种药物抑制一种特定的被称作Brd4的染色质重塑剂。Korb说，“这些结果是激动人心的。在脆性X染色体综合征细胞模型和动物模型中，我们观察到这种抑制导致神经元突触数量恢复到正常，而且行为症状减少了。”

染色质重塑剂抑制剂可能不仅是脆性X染色体综合征而且也是其他的自闭症谱系障碍的一种潜在的疗法。Darnell和他的同事们之前的研究已证实染色质重塑剂也在其他的自闭症类型中受到影响。更广泛地说，这项研究有助人们了解细胞用来控制基因表达和人类行为的这种复杂的经常是冗余的基因网络。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jin Li, Tamara Casteels, Thomas Frogne et al. Excess Translation of Epigenetic Regulators Contributes to Fragile X Syndrome and Is Alleviated by Brd4 Inhibition. Cell, 7 September 2017, 170(6):1209–1223, doi:10.1016/j.cell.2017.07.033

据美国加州大学河滨分校官网近日消息，该校科学家利用“基因剪刀”工具，培育出了多个特征发生改变的埃及伊蚊，这些黄色蚊子拥有三只眼睛、翅膀发育畸形。他们希望这些由基因编辑工具改造出的蚊子，能帮助预防和控制蚊媒传播疾病。研究发表在最新一期的美国《国家科学院院刊》上。

埃及伊蚊是登革热病毒、黄热病病毒和寨卡病毒等的主要传播媒介，对常用杀虫剂有不同程度的抗药性。此前不少研究试图通过基因编辑来阻断蚊子传播疾病，但存在基因变异率低、改造后的蚊子存活率低、被破坏的基因无法稳定遗传等问题。

现在，研究人员对埃及伊蚊进行了基因改造，使其生殖细胞系能稳定地表达Cas9酶，这种酶在目前流行的基因编辑工具“CRISPR／Cas9”中发挥了关键的“剪刀”作用。之后，研究人员使用CRISPR技术，对伊蚊的DNA（脱氧核糖核酸）进行了有针对性的高效编辑。

研究人员对蚊子体内与表皮、翅膀和眼睛发育有关的基因进行干预或破坏，最终培育出了黄色的、拥有三只眼睛、翅膀畸形的蚊子。比如，基因编辑工具对与表皮色素有关的基因进行干预后，蚊子从黑色变成了黄色；与眼部色素相关的基因被破坏后，蚊子眼睛的颜色也从黑色变成了白色。

研究人员表示，这是通过基因编辑改变蚊子特征的第一步，他们的长期目标是以体内稳定表达Cas9酶的蚊子为载体，插入和扩散目标基因——比如会破坏繁殖能力的基因等，从而控制蚊虫数量，减少疾病传播。这种方式不仅环保，而且成本更低。数学建模结果表明，他们的“倍增”（Multiplexing）技术能让目标基因的遗传几率增加到100%。(生物谷Bioon.com）

2017年12月7日/基因宝jiyinbao.com/—根据最近的一项临床试验，基因疗法已经成功地缓解了10名患有血友病的患者的各种症状，该结果能够为患有上述疾病的患者提供一次性根治的治疗希望。

血友病的发生主要是由于人体缺乏一种合成凝血因子的基因导致的，对于这些人群来说，一点小小的创伤都有可能是致命的。该基因疗法能够通过病毒感染的方式将缺失的关键基因导入患者体内，进而诱导产生凝血因子。

（图片摘自www.pixabay.com）

该研究发表在最近一期的《New England Journal of Medicine》杂志上，在该研究中，10名患者接受了上述疗法。结果显示，治疗后一年内相比治疗前一个月，患者的出血情况得到了大幅减轻。其中九名患者不再需要凝血因子治疗，另外一名患者的治疗需求也大幅降低，此外，该疗法并没有给患者带来任何负面效应。

当然，该疗法能够维持的时间仍较短，平均一年而已。其原因在于一些导入新基因的细胞难以在复制之后保留上述基因，因此这一效果可能会随着时间流逝而减弱。不过，在其他人群以及以狗为实验对象的研究中，该疗法的治疗效果能够维持12年之久。

当然，该疗法目前仍旧是实验性的，而且其最终的成本仍旧未知，但凝血因子疗法目前对于每名患者来说每年需要花费20万美元，成本十分高昂。在另外一项研究中，13名患者接受了另外一种类型的基因疗法，结果显示其出血情况得到了显著地改善。（生物谷 Bioon.com）

资讯出处：Gene therapy shows promise against blood-clotting disease