基因新闻 第62页

音乐家贝多芬本人也从未能听过他的名曲《欢乐颂》，但是谢谢有和他同样名字的小鼠模型，我们离治疗遗传性听力疾病又近了一步。12月20号，华人科学家Xue Gao（高雪）、Yong Tao以及其他共同作者在Broad Institute 的David Liu教授（2017《自然》十大人物发布，基因编辑、CAR-T成关键词）和麻省总医院Zheng-Yi Chen教授的指导下，在Nature发表了一篇关于利用基因编辑，可以延缓小鼠听力失聪的文章，题为 “Treatment of autosomal dominant hearing loss by in vivo delivery of genome editing agents“。文章报导了利用Cas9 蛋白和sgRNA， 在贝多芬老鼠模型里，特异性的敲除仅有一个碱基突变的变异基因Tmc1 Bth，而保留wild type Tmc1基因，达到延缓老鼠听力失聪的效果。值得注意的是，文章中使用一次性的基因敲除策略，用脂质体介导Cas9蛋白和sgRNA，不可以复制，能降低基因编辑的脱靶性。同时，Nature还配发了题为“An ode to gene edits that prevent deafness”的评论与观点性文章，对上述工作做出了高度的评价。

论文解读：

“听力丧失虽然不是致命的，但却对个人和社会造成非常大的影响。其中基因突变导致大约一半以上的听力失聪。大约每一千个刚出生的婴儿，有1个会有基因突变，而导致听力失聪。可是现在却几乎没有有效的生物学手段对突变基因进行编辑，起到治疗或者延缓听力失聪的效果.” 现在刚刚加入莱斯大学（Rice University）的高雪教授说道，“每个人生下来都有特定数量的耳毛细胞（hair cell），而这些细胞有一个独特性，就是如果一旦受到损伤，这些细胞就不会自发的再生，从而导致听力下降。那么很多基因突变往往会产生有害的蛋白，从而损伤耳毛细胞，致使听力失聪”。

这篇文章的作者利用Cas9蛋白和sgRNA在贝多芬老鼠模型（Beethoven (Bth) mouse model）的耳蜗里对突变的Tmc1 Bth蛋白进行特异性敲除。数据表明，4%～8%的突变都发生在Tmc1基因上，而之所以采用Cas9蛋白而不是DNA，这些作者证明，对于一次性的基因敲除，不可以复制，而且存在时间比较短的蛋白，往往能降低基因编辑的脱靶性。同时耳蜗作为一个非常小的器官，是理想的蛋白投递的模型，可以达到最大化的影响要编辑的耳毛细胞，而且降低脱靶效应。

实验证明，在注射了Cas9蛋白和sgRNA四个和八个星期之后，老鼠的听力相比较对照组，在很多频率上有保存，而且耳毛细胞也得到了很大程度上的保存。 进一步的行为学测试，也发现老鼠的保存的听力也能对神经性的行为产生影响。贝多芬老鼠模型上的突变，在人类也是存在的。这些病人往往在5-30岁开始产生听力减退，并在50岁以后听力完全丧失。这个研究为应用基因编辑对遗传性失聪提供了非常重要的第一步的研究。“要发展这项技术到人类身上，我们还有很多需要做。第一步就是要在更高等的实验模型上进行测试。 但是我们非常兴奋在现有的动物模型上取得效果。” David liu教授说道。

虽然音乐家贝多芬是不是具有同样的变异尚未可知，贝多芬本人也从未能听过他的名曲《欢乐颂》，但是谢谢和他同样名字的老鼠模型，我们离治疗遗传性听力疾病又近了一步。这项工作同时也引起了国内外众多媒体的关注。(生物谷Bioon.com）

STAT3被认为在包括肺癌在内的多种恶性肿瘤中发挥致癌作用，因此，靶向STAT3被认为是一种干预治疗途径，但来自奥地利的科研工作者却发现在KRAS突变的肺腺癌中，STAT3具有意想不到的肿瘤抑制作用。该文章发表在2015年1月的Nature Communications 杂志上。

事实上，小鼠肺部STAT3组织特异性的失活会引起肺腺癌的发生及恶化，进而显著降低生存率，在人肺腺癌移植瘤细胞上敲低STAT3也会促进肿瘤的生长。临床上有抽烟史的肺腺癌患者在病情恶化及死亡率升高时常伴随着STAT3的低表达，而抽烟会导致KRAS的突变，因此，KRAS突变引起的肺癌抑制了STAT3的表达水平。随后，作者也证明了STAT3会隔离细胞质中的NF-κB，进而调控NF-κB诱导的IL-8的表达，因此抑制IL-8调控的肿瘤浸润、肿瘤血管生成及肿瘤发展。该研究成果阐明了一个针对KRAS突变肺腺癌的治疗和预后新通路——STAT3–NF-κB–IL-8通路。

利用奥地利TissueGnostics公司图像获取软件HistoFax获取了高质量的图像，进而利用免疫组化定量分析工具HistoQuest完成了以下关键数据的分析：

        
Figure 2   STAT3改变肿瘤微环境与肿瘤血管生成。
利用奥地利Tissue Gnostics公司的HistoFAXS图像采集软件和HistoQuest定量分析软件对两种基因型的6周、10周、13周小鼠肺癌组织中1mm2内CD31阳性表达的数量进行的统计对比，结果表明在每个检测时间点上都发现了STAT3缺失的小鼠肺癌组织中肿瘤血管的增生，同时也检测出CD31阳性率在逐步上升。HistoQuest 免疫组化定量分析软件能够定量分析单个细胞的染色情况，极大方便了我们处理类似数据。

      
Figure 5  STAT3通过阻断细胞质中的P65来降低NF-κB的活性。
利用奥地利Tissue Gnostics公司的Histo Quest定量分析软件对两种基因型的6周和13周小鼠肺癌组织中所有肿瘤细胞内P-P65阳性表达的数量进行的统计对比，结果表明两种基因型的小鼠肺癌组织内P-P65的阳性比例未升高，而P65为NF-κB的亚基，说明NF-κB的含量也未升高。HistoQuest定量分析软件在本实验中起到至关重要的作用，定量、快速的分析方式为科研工作者提供了有力的工具。

  
Ludwig Boltzmann 癌症研究所的科研工作者与奥地利 TissueGnostics 公司合作，采用全景扫描无缝拼接技术得到高分辨率的免疫组化图片，再利用HistoQuest 软件提供定量化的数据分析结果以直方图的形式呈现阳性细胞比例。他们发现：STAT3改变了肿瘤的微环境和肿瘤血管的生成，通过阻断细胞质中的P65来降低NF-κB的活性，最终抑制Kras诱导的肺癌发展。（生物谷 bioon.com)

近日有消息指出，Libella基因药业将在哥伦比亚卡塔赫纳（OUS）开展相关临床研究，依托基因治疗手段企图逆转与年龄有关的疾病进展，试验的初次对象是阿尔茨海默氏病。不同于传统药物需要服用数月或数年，基因治疗可以一次性从源头上解决疾病根本问题，修复患者体内缺陷的DNA并使身体自行修复。

目前，每天有228名美国人死于阿尔茨海默病，全球还不存在任何已知的治疗方法或药物可以。基因治疗能够永久纠正疾病，并能够治疗目前被认为无法治愈的许多疾病。根据负责这项研究的科学家Andrew Andrews博士的说法，“人类端粒酶逆转录酶（hTERT）是一种在细胞衰老过程中起作用的酶，通常会在细胞中被压缩，导致端粒逐渐缩短。端粒酶基因治疗可以延缓衰老，增加寿命而不会增加癌症。”

端粒酶的主要作用是延长染色体两端端粒的长度，维持染色体（基因的载体）的稳定。端粒有个外号，叫「生命时钟」，人体DNA每次分裂复制，端粒就缩短一点，一旦端粒消耗殆尽，细胞将会立即激活凋亡机制，即细胞走向凋亡。通过诱导端粒酶，Andrews博士和Libella希望可以延长人体细胞的端粒。基因疗法治疗试验的安全性已经得到证实（超过186项临床试验中显示存在最小程度的不良反应）。

在被问及为什么公司决定在美国境外进行临床研究项目时，Libella公司总裁Jeff Mathis博士表示，“在美国，传统临床试验可能需要数年，需要花费数百万甚至数十亿美元。已经证明可行的技术已经准备就绪，我们相信我们有足够的科学家、技术人员、医生和实验室合作伙伴，相信在哥伦比亚可以更快地完成这个试验。

该临床试验正在准备阶段，预计将在2018年第一季度正式开始，并将在MediHelp服务诊所进行（该诊所位于哥伦比亚卡塔赫纳美丽的旅游区）。其拥有国家最先进的设施，已经接待了包括运动员、名人和政治家在内的数以百计的国际知名人士。MediHelp的医学总监Javier Hernandez博士将负责监督这项试验。

哥伦比亚的临床研究规定对于基因治疗试验保持了友好的接纳态度，且拉美地区对于这类研究的批准时间也是最快的。试验的临床研究设计、监管、运营和后勤支持、项目管理、统计分析、研究监测服务将由佛罗里达临床研究公司LATAM Market Access Inc.提供支持。(生物谷Bioon.com）

2018年1月29日/基因宝jiyinbao.com/—直到十年前，科学家们还没有意识到细菌具有复杂的免疫系统，即能够跟上感染细菌的病毒（即噬菌体）进化速度的免疫系统。随着发现一种如今最为知名的被称作CRISPR的细菌免疫机制以后，情况发生了变化。科学家们已意识到CRISPR是一种天然的基因编辑器，而且它已在世界各地数以千计的实验室中引发生物学研究领域变革。如今，研究人员理解到大多数微生物具有复杂的免疫系统，而CRISPR仅是其中的一个组分；但是没有一种很好的方法来鉴定这些系统。

在一项大规模的系统性研究中，来自以色列魏茨曼科学研究所的Rotem Sorek教授和他的研究团队揭示出细菌存在10种之前未知的细菌免疫防御机制。Sorek说：“我们发现的这些系统不同于之前看到的。但是，我们认为在这些系统中，有一到两种系统可能有潜力扩大基因编辑工具箱，而其他的系统指向人体免疫系统的起源。”相关研究成果于2018年1月25日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome”。

Sorek解释道，细菌并不能够仅依靠CRISPR来对付噬菌体。事实上，许多噬菌体都具有抑制CRISPR活性的“抗CRISPR”蛋白，这提示着其他的系统收拾残局。Sorek和他的团队通过构建出一种扫描所有细菌基因组—迄今为止大约有5万种基因组—的计算机程序来开始对这些系统的研究。他们开发的这些算法并不寻找具有事先确定的特征的序列，而是寻找参与免疫防御的基因的“统计学特征（statistical signature）”，比如，它们在“防御岛（defense islands）”—在那里，几个防御相关的基因被发现位于彼此附近—中的位置。随后，鉴于免疫系统基因很少单独地发挥作用（即便在细菌中，也是如此），这些研究人员开发出复杂的计算机分析方法，以便理解哪些基因联合起来并共同组成一种防御系统。

一旦他们将潜在的防御基因从几百万个减少到几百个时，这些研究人员就需要测试他们鉴定出的候选机制。他们不是尝试从数百种不同的细菌中分离出基因序列，而是寻求合成生物学的帮助：订制这些基因。他们把成串的基因密码—总共有40万个碱基—送到一个商业实验室，从而合成数十种不同的多基因系统用于测试。他们将这些合成系统插入到天然免疫系统已被灭活的实验室细菌中。接着，他们让这些细菌接触噬菌体和其他的感染因子，以便观察这些移植的防御系统是否是有活性的。在他们研究的各种系统中，10种防御系统强力地保护了这些实验室细菌免受感染，因而将它们鉴定出为新的免疫防御系统。

Sorek说，在计算机分析和开展实验的各个阶段之间，这项研究要求在他的实验室里工作两年的六名人员付出大量的努力。这项研究是由Shany Doron博士和Sarah Melamed博士领导的，而且Gal Ofir、Azita Leavitt博士、Anna Lopatina博士和Gil Amitai博士密切参与其中。这个团队每隔一周就开一次“防御委员会（defense council）”来讨论不同的研究分支和他们已发现的防御机制。

根据Sorek的说法，这些研究人员仍然并不知道这些新型细菌免疫系统是如何发挥功能的，而且其中的一些系统“似乎具有令人吃惊的我们如今正在开始研究的功能。”其中的一种系统含有Toll-白细胞介素受体（Toll-Interleukin Receptor, TIR）结构域。已知TIR结构域参与动植物（包括人类）的免疫系统，是人类免疫系统的一个组成部分，甚至是植物的一部分，但是在此之前，人们并不知道它们在细菌中是否参与抗病毒防御。Sorek说，“我们的发现证实我们自身免疫系统的一些重要部分在细菌免疫机制方面具有很深的进化根源。”

其他的基因似乎是从非防御性细菌系统中“借来的”。比如，已知其中的一个基因来自于细菌中的用于游动的鞭毛。这些基因通过让鞭毛摄入质子而给它们提供能量；在Sorek实验室中发现的这些新型防御系统之一使用这些基因来对抗噬菌体。另一个被称作condensin（编码凝缩蛋白）的基因通常在细胞分裂过程中保护DNA，而且这些研究人员发现了一种使用凝缩蛋白机制中的组分的防御系统来保护细菌免受质粒—能够寄生在细菌细胞中的微型环状DNA—的入侵。

Sorek说，“我们成功地找到10种新型细菌防御系统的事实意味着存在更多的细菌防御系统。 我的实验室正在继续寻找新的防御系统，另外，我们正在开始关注几种更有前景的防御系统以便理解它们如何发挥功能。”

Sorek说，这些新的发现是令人兴奋的，这是因为它们提供了关于免疫系统进化和病毒与它们感染的有机体之间的永恒战斗的新窗口。但他也认为，一些人可能寻求强有力的工具用于生物研究：“根据定义，每种免疫系统需要以一种非常具体但灵活的方式靶向入侵的因子，而且我们能够将这种靶向能力用于生物技术目的，正如我们利用CRISPR和在它之前的限制酶所做的那样。我们发现的这些新型系统中的任何一种都有可能是下一种基因编辑工具，或者甚至是开发更令人兴奋的分子工具的基础。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Shany Doron, Sarah Melamed, Gal Ofir et al. Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome. Science, Published online: 25 Jan 2018, doi:10.1126/science.aar4120

2018年2月7日 讯 /生物谷BIOON/ –尘螨是一种有着不同寻常进化史的常见害虫，其能从寄生祖先进化为小型自由生活的个体，日前，一项刊登在国际杂志PLoS Genetics上的研究报告中，来自南密西西比大学的研究人员通过研究发现，作为其动荡进化历时的结果，尘螨或许会演化出一种新方法来保护其基因组免于外界干扰。

图片来源：CSIRO

所有的动物和植物都会面对转座子所带来的威胁，而转座子是一种非编码的DNA片段，其能改变自身在基因组中的位置，通常会引发基因突变和疾病发生，而有机体则会进化出多种复杂的方法来留意、靶向作用并且沉默这些元件。在大部分的动物机体中，这种监督任务常常由小型的RNA片段来完成，这些RNA分子能够寻找并且打破这些“厌恶”的基因序列，研究人员首先在果蝇机体中描述了这种名为piwi相关RNA通路的机制（蛋白Piwi）。

这项研究中，研究人员通过对名为粉尘螨(Dermatophagoides farinae)的美国尘螨机体中DNA和RNA进行测序，随后观察能进行编码的小型RNA分子的比例，结果发现，尘螨并没有携带Piwi蛋白，而大部分动物都会利用这种蛋白来控制机体中的转座子，相反，尘螨能利用一种完全不同的小型RNA机制（利用小型干扰RNAs）来替代Piwi通路，尘螨的基因组中同时也能编码放大小型干扰RNAs分子的蛋白。

研究者Pavel Klimov说道，我们认为，保护基因组免受转座子影响的新型机制的进化或许和尘螨不寻常的进化史有关，其常常进化自寄生祖先，通常情况下，向寄生过程的转变常常与剧烈的基因变化直接相关，而这正是尘螨发展成为自由生活所携带的宝贵“机制”。这篇文章中研究人员首次报道了尘螨基因组中所发生的高质量的组装机制。

尘螨在人类的住所中到处都有，尤其是床垫、沙发、地毯，甚至是干净的房子中也都有尘螨存在，同时其也是人类室内过敏症发生的主要原因，在全球影响着多达12亿的人群健康。如今研究人员发现，自由生活的尘螨是从4800万至6800万年前的寄生祖先进化而来，而这要明显早于人类出现之前，而古老的尘螨在鸟巢中生活了数百万年，直到最近才进入人类的住所中。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Mondal M, Klimov P, Flynt AS. Rewired RNAi-mediated genome surveillance in house dust mites. PLoS Genet. 2018 Jan 29;14(1):e1007183. doi: 10.1371/journal.pgen.1007183

基因疗法初创公司Generation Bio近日宣布完成了1亿美元的B轮融资。所得款项将用于推动Generation Bio前两种候选药物的临床研究申请（IND），以及其他针对视网膜、中枢神经系统和肺部遗传疾病的计划。

Generation Bio于2016年在美国马萨诸塞州的剑桥市创立，这家公司的创立基于Rob Kotin博士的研究。Kotin博士曾是美国国立卫生研究院（NIH）的高级研究员，发现了一种非病毒的基因转移新方法，称为封闭式DNA或ceDNA。

Generation Bio认为该公司的突破性基因疗法，可使新一代人不受遗传疾病的影响。该公司的疗法基于其专有的GeneWave技术，提供可持续、高水平的基因表达，并可重复给药，调节并且维持终生治疗。由于病毒载体基因疗法相关的免疫原性限制了治疗和预防的重复给药剂量，这种疗法旨在克服病毒载体基因疗法的缺陷。自成立以来，Generation Bio利用GeneWave平台在体内重复给药，增加肝脏表达能力，已经证实了持久、剂量依存性的基因表达。GeneWave使用脂质纳米粒子将ceDNA输送到肝脏，可用于治疗肝脏疾病或将肝脏转化为活体“生物工厂”，用于表达系统性蛋白质以治疗多种遗传疾病。

“我们很高兴能得到这些专家以及长期投资者的支持，他们与我们同样拥有让新一代人不受遗传性疾病影响的愿景。”Generation Bio公司总裁兼首席执行官Geoff McDonough博士表示：“对于我们来说，这是极其重要的一年。我们正在开发GeneWave平台并致力于使用首批候选药物，提供解决罕见肝脏疾病的治疗方案。这轮融资还将支持开发将ceDNA传递到其他组织，如眼睛，中枢神经系统和肺部的方法。”

“Generation Bio正在创造一种突破性的疗法，并有望成为基因治疗领域的领导者，”Atlas Venture合伙人、Generation Bio董事长兼创始人Jason Rhodes先生说：“我们很高兴投资者们能持续支持我们的研发，让我们有机会创造具有药物特性的首批基因药物。”

我们期待这项融资可以推动新型基因疗法的开发，从根本上解决各种复杂的遗传疾病。(生物谷Bioon.com）

2018年3月11日讯 /基因宝jiyinbao.com /——一项发表在《Communications Biology》杂志上的新研究为揭示雌雄分化及性染色体进化的最初阶段带来了曙光，研究人员发现两种性别的遗传起源出乎意料的简单。

图片来源：Hiroko Kawai-Toyooka, University of Tokyo

James Umen博士是唐纳德植物科学中心的Joseph Varner资深研究员，他属于东京大学Hisayoshi Nozaki博士领导的一个研究团队的成员，后者正在研究一种淡水光合原生生物——volvocine绿藻的雌雄性别的进化，这种绿藻是一种著名的研究性别及多细胞进化早期阶段的原生生物。过去在动物和植物中的研究发现雌雄染色体都有扩大及分化的趋势，这也就导致二者之间差异巨大。但是这些研究并没有捕捉到这种分化的早期阶段：也就是精子和卵细胞第一次同时由一个简单的通过相同大小的配子（同配生殖）生殖的交配系统产生的过程。

研究团队聚焦于两种特别有信息量而又很接近的多细胞volvocine品种，分别来自Yamagishiella和Eudorina属，它们囊括了从同配生殖到雌雄两性生殖的转化过程。尽管32个细胞的Yamagishiella和Eudorina看起来很相似，但是前者属于同配生殖，而后者则会产生小的雄配子和大的雌配子。研究团队使用高通量基因测序对决定生殖方式的染色体区域进行了分析，然后比较了这些区域。

尽管从进化理论的角度讲，由于进化出了两性，Eudorina中决定性别的区域应该更复杂，但是实验结果却相反，Eudorina中决定性别的区域是目前所有volvocine中最小、最简单的。而从本质上讲，一个残留在该小片区域的叫做MID的基因的存在与否决定了雄性和雌性的主要差别。

“这项新研究打破了过去认为性别进化伴随着性染色体复杂性增加的常识性观点。”Umen说道。“更重要的是，这项研究还有实际的作用，因为在我们尝试将新的藻类物种进行养殖以改进生物燃料或者生物技术应用相关性质时，这项研究刷新了我们对如何鉴定新的藻类物种交配方式及性别的认知。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Hisayoshi Nozaki et al. Anisogamy evolved with a reduced sex-determining region in volvocine green algae. Communications Biology, 2018; 1 (1) DOI: 10.1038/s42003-018-0019-5

2018年3月20日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –一类基因能够通过调节细胞内在的”生物钟”使得细胞能够适应环境中的时间变化。这项由动东京大学的研究者们做出的研究成果首次证明生物钟调节与细胞压力之间的关系。

生物钟在绝大多数对光线敏感的物种中存在。人类生物钟调节紊乱会导致各类疾病的发生，包括高血压、代谢异常以及失眠症等。值夜班的工作者或者老年人都有可能因为生物钟的紊乱导致上述疾病的发生。

（图片来源：www.pixabay.com）

Ask1，Ask2，Ask3（apoptosis signal-regulating kinase 1, 2, 3）的细胞以及小鼠进行了研究。实验结果显示，Ask基因对于环境因时间变化而产生的快速或慢速的改变十分敏感。

缺乏Ask基因的细胞并不会生物钟节律的刺激产生反应，相比之下，正常细胞在不同时间环境中盐度或糖度发生变化后都会出现快速的反应。此外，缺乏Ask基因的细胞对于氧化压力的反应也变得不再敏感。而由于化学平衡的改变，不受控制氧化压力会在细胞中产生毒性效应。

“许多研究者认为氧化压力以及生物钟存在内在联系，这是由于DNA复制以及光合作用交替出现的现象在古老物种中就已经出现。光合作用中光线能够创造自由基，从而对DNA产生损伤。因此细胞只能够在光合成活性被抑制的夜间进行DNA的复制。而我们的研究首次证明Ask基因调节了氧化压力与生物钟之间的关系”作者们说道。

小鼠的行为特征也证明了作者们的观点。正常小鼠能够在夜间接受强光刺激后改变其第二天的苏醒时间。而缺失Ask基因的小鼠则丧失了调节生物钟的能力。（生物谷Bioon.com）

资讯出处：Three genes essential for cells to tell time