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2017.1.23 每日早知道

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浏览:- 发布日期:2017-01-23 08:46:22【 】

周一

转录组学领域研究进展一览
转录组学(transcriptomics),是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科,也就是说,转录组学是从rna水平来研究基因的表达情况。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有rna的总和,是研究细胞表型和功能的一个重要手段。

本文中,小编对近年来转录组学领域的相关研究进行了盘点,分享给各位!

【1】北大教授开发单细胞全转录组测序新技术

2014年4月29日,北京大学生物动态光学成像中心黄岩谊、汤富酬课题组在《美国科学院院刊》(pnas)上发表题为“microfluidicsingle-cellwhole-transcriptomesequencing”的论文。该研究利用微流控芯片技术实现了高质量单细胞的全转录组测序样品准备,全面提高了单细胞全转录组分析的准确性和可靠性。

细胞是生命活动的基本功能单位,而在生物体内没有任何两个细胞是完全相同的。传统的生命科学与医学研究,绝大多数情况下都是针对混合的大量细胞进行的,无法观察到单个细胞之间细微的差别。近年来不断发展的实验技术,提供了更加定量与客观的证据,表明在许多关键生命过程例如胚胎发育、细胞分化、疾病发生与发展等过程中,特定的单个细胞行为,以及其间的个体化差异与异质性,导致了极其重要甚至是决定性的结果。而之前基于大量细胞平均测量所获得的结果并无法正确反映复杂生物体系的全面真实信息,严重掩盖了独立个体样本的行为以及生命现象中大量存在的随机行为。针对单个细胞的研究,是细胞生命分析技术所追求的极限状态,是对传统技术极大的挑战。

【2】science:利用空间转录组学技术可视化观察组织中的基因表达
doi:10.1126/science.aaf2403

在一项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所和皇家理工学院等机构的研究人员开发出一种新的被称作空间转录组学(spatialtranscriptomics)的高分辨率方法研究一种组织中哪些基因是有活性的。这种方法能够被用于所有类型的组织中,而且在临床前研究和癌症诊断中是有价值的。相关研究结果发表在2016年7月1日那期science期刊上,论文标题为“visualizationandanalysisofgeneexpressionintissuesectionsbyspatialtranscriptomics”。

疾病改变组织中rna分子和蛋白表达。为了获得关于疾病的更多知识和优化诊断方法,对组织样品进行显微研究经常在实验室和医院中开展,但是迄今为止,科学家们只能够同时确定少量rna分子的位置。

在这项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所的jonasfrisén教授团队与来自瑞典皇家理工学院的joakimlundeberg教授团队合作开发出一种新的方法,能够分析所有rna分子的数量,并且利用显微镜提供它们的空间信息。

【3】2016年naturemethods年度技术:表观转录组分析(epitranscriptomeanalysis)

每年年底,《自然方法》naturemethods都会对过去一年中推动生物学发展的技术方法做出回顾与总结,由此评选出当年最受瞩目、影响力最大的技术。2016年,表观转录组分析(epitranscriptomeanalysis)荣膺naturemethods年度生命科学技术。

epitranscriptome一词前使用希腊语“epi”作为前缀,它指的是添加到核糖核苷酸中的任何修饰,但不考虑该修饰的已知功能或遗传性。科学家们越来越意识到,对核糖核苷酸的化学修饰对调控细胞特性有重要作用。表观转录组学检测方法也越来越高效。

2006年,andrewfire和craigmello因发现rna干扰而荣获诺贝尔生理学或医学奖。他们的成果发表后,生物学家们研究了大量非编码rna的功能。直到今天,该领域依旧是热门的研究方向。目前该领域出现的问题是,rna分子本身是如何受到调控的。更具体地说,发生于所有rna种类中的转录后修饰的功能是什么?近年的技术突破(主要是基于测序方法引发的技术突破)让转录组分析(对这种rna修饰的全基因组范围内的分析)成为可能,并指出了表观转录组的重要功能作用。

【4】natcommun:基因组和转录组分析为对抗致命感染找到新希望
doi:10.1038/ncomms12218

最近一项发表在国际学术期刊naturecommunication上的文章为毛霉目真菌的进化过程提出了新的见解。毛霉目真菌这是一类能够引起致命感染的真菌,这种感染在部分病人群体中越来越多,该研究发现的一些分子途径或可在将来开发为潜在的治疗和诊断靶点。

当人类的免疫系统功能减弱,毛霉目真菌就容易侵入人类细胞,引起致命感染——毛霉菌病。马里兰大学医学院等机构的研究人员经过研究发现了病人发生毛霉菌病的过程中所需要的一些关键分子途径。

研究人员首先对30种毛霉目真菌的基因组进行了测序,对真菌入侵过程中人类呼吸道上皮细胞以及引起毛霉菌病的三种最常见真菌进行了转录组分析,揭示了宿主和真菌中促进发病的关键因素,从中找到了毛霉菌病发病机制种一些必须的信号途径。

【5】bmcgeno:刘爱忠等完成星油藤种子发育不同时期的转录组分析
doi:10.1186/1471-2164-13-716

星油藤(plukenetiavolubilisl.)又名南美油藤、印加果、印加花生等,是大戟科一种多年生木质藤本油料植物,其种子油脂可以食用。星油藤油与其他植物油相比其成分非常特殊,绝大部分是不饱和脂肪酸,约占总油脂的93%,亚油酸(ω-6脂肪酸)和亚麻酸(ω-3脂肪酸)含量分别高达35%和50%。ω-3脂肪酸对人体的发育和健康维护具有重要意义,世界卫生组织提出人类食用油脂中亚麻油酸和其它脂肪酸的比例应达到1:4,而目前在我国市场上的食用油中亚麻油酸和其它脂肪酸的比例是20-30:1。在主要的油料作物油脂中(包括大豆、花生、玉米、向日葵、油菜等)亚麻油酸含量很低,通常在0-10%之间。开发利用星油藤种子累积ω-3脂肪酸的特殊功能基因,通过转基因技术对我国主要油料作物(如油菜、花生等)进行遗传改良,改善其种子亚麻油酸的含量,将提高我国食用油的品质。

中国科学院西双版纳热带植物园分子遗传与育种研究组在刘爱忠研究员的指导下,开展了星油藤种子发育不同时期的转录组学研究,调查了转录水平上基因的表达和亚麻油酸累积的协同性。经组装共获得70392个unigene,其中22179个unigene在不同发育时期呈现差异表达。进一步的生物信息学分析发现有397个unigene与脂肪酸合成和累积相关,并且有多个编码脂肪酸脱氢酶的unigene在油脂快速合成时期表达水平显著上调。本研究为调查星油藤种子高效累积ω-3脂肪酸的分子机制以及转基因分子育种等工作提供了非常重要的遗传信息资源。

【6】science:开发出tt-seq技术绘制人类瞬时转录组图谱
doi:10.1126/science.aad9841

基因之间的序列长期以来被视为“垃圾dna”,我们如今知道它们也发挥着至关重要的功能。这些dna区域发生的突变能够严重地对人类发育造成损害,而且可能在生命后期导致严重疾病。然而,在此之前,调节性dna序列一直很难发现。如今,在一项新的研究中,德国慕尼黑理工大学计算生物学教授juliengagneur团队和德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授patrickcramer团队如今开发出一种方法可以用于发现活跃的可控制基因活性的调节性dna序列。相关研究结果发表在2016年6月3日那期science期刊上,论文标题为“tt-seqmapsthehumantransienttranscriptome”。

我们dna中的基因含有详细的用于蛋白表达的组装指令,而蛋白执行和控制着我们细胞中的几乎所有过程。为了确保每个蛋白在我们体内合适的地点合适的时间上完成它的任务,相对应的基因活性就必需受到严格地控制。这种严格控制功能是由基因之间的调节性dna信息所承担。

论文共同通信作者、马克斯普朗克生物物理化学研究所分子生物学系主任patrickcramer教授解释道,“调节性dna区域是人类发育、组织保存和免疫反应等必不可少的。再者,它们在多种疾病中发挥着重要作用。比如,患有癌症或心血管疾病的病人正是在这些调节性dna区域中发生很多突变。”

【7】plosone:丹参转录组分析研究获进展
doi:10.1371/journal.pone.0080464

近日,上海辰山植物园(中国科学院上海辰山植物科学研究中心)药用植物与次生代谢研究组(陈晓亚研究员课题组)杨蕾博士等在plosone在线发表药用植物丹参(salviamiltiorrhiza)转录组分析相关的研究论文transcriptomeanalysisofmedicinalplantsalviamiltiorrhizaandidentificationofgenesrelatedtotanshinonebiosynthesis。

丹参(salviamiltiorrhiza)为唇形科(labiatae)鼠尾草属常用中药,以根和根茎入药,药理学表明丹参中丹参酮类化合物对于治疗心脑血管疾病具有显著疗效。丹参酮类物质特异性地积累在丹参的根中,所以该研究通过对比丹参根和叶不同组织中转录表达的差异基因来挖掘丹参酮生物合成相关的基因及转录调控因子,为进一步研究丹参酮类的生物合成及调控奠定了基础。该研究成果获得国家自然科学基金及上海市绿化和市容管理局科学技术项目等多项资助。

【8】natnatbiotechnol:全基因组及转录组测序揭示人类机体功能性的遗传突变

刊登在国际著名杂志nature和naturebiotechnology上的两篇研究报道中,来自瑞士日内瓦大学等处的研究者通过研究绘制出了不同人群之间的遗传性差异,同时该项研究也为在rna水平上将人类基因组和基因活性联系起来提供了一定的思路。

理解每一个个体对疾病易感或者耐受的特殊基因组是今日科学研究的重大挑战,遗传学家在不断研究个体遗传特性的不同如何影响其机体基因的开启或者关闭,从而为研究一系列的遗传性疾病/障碍提供了思路。

研究中,来自欧洲9个国家超过50名科学家通过对来自462名个体机体细胞中的rna进行测序,从而测定了其机体基因的活性(即基因表达程度),机体遗传突变的丰度影响着很多基因的表达,当然对于科学家来讲最为重要的还是揭示人类基因组工作的规则,而不是单单研究单一个体的基因;研究者peter'thoen表示,这项研究中,我们对大型的rna测序的数据组设定了一系列产生、分析及发布标准。

【9】cancerresearch:转录组分析发现可诊断多种癌症的泛标记物
doi:10.1158/0008-5472.can-15-0484

在癌症的发生过程中,许多基因都会发生突变并出现功能紊乱,而越来越多的研究也发现这些发生突变的基因或可作为癌症的诊断标记或靶向治疗得到进一步开发,帮助癌症的临床诊断和治疗。

近日,来自日本、丹麦和澳大利亚的科学家在国际学术期刊cancerresearch上发表了一项最新研究进展,他们利用转录组分析的方法对多种癌症类型中反复出现的一些基因突变进行了揭示,而这些新发现的基因突变或可作为潜在生物标记在癌症的临床诊断和靶向治疗过程中发挥重要作用。

为了全面揭示能够用于癌症临床诊断和治疗的靶向基因,研究人员首先对225种不同癌细胞系及与其相对应的339个原代细胞样本进行了基因表达分析,发现了一些在多种癌症类型中反复出现失调的转录本。之后研究人员又对tcga和fantom5数据集中4055个肿瘤组织和563个健康组织的rna-seq数据进行对比,最终发现了具有临床治疗诊断价值的一组核心转录本。(生物谷bioon.com)


重磅级文章解析端粒对人类健康的重要性
端粒是真核生物染色体线性dna分子末端的结构,20世纪80年代中期,科学家们发现了端粒酶,当细胞dna复制终止时,在端粒酶的作用下,dna可以通过端粒依赖模版的复制,补偿由去除引物引起的末端缩短,因此在端粒的保持过程中,端粒酶至关重要;随着细胞分裂次数的增加,端粒的长度逐渐缩短,当端粒变得不能再短时,细胞就不再分裂而会死亡。

科学家们认为,端粒的缩短和很多疾病的发病直接相关。本文中小编就盘点了近期发表的多篇亮点文章来解析端粒与人类健康的重要性,分享给各位!

【1】nature子刊:重磅级发现!端粒太长或许并不是件好事儿
doi:10.1038/nsmb.3335

从过去到现在,科学家们一直将端粒变短同机体老化和疾病联系起来,如今科学家们开始去研究理解调节端粒长度的因子,近日一项刊登在国际杂志naturestructural&molecularbiology上的研究报告中,来自索尔克研究所的研究人员通过研究发现,合适长度的端粒对于维持干细胞的健康状态非常重要,相关研究为加深科学家们对干细胞生物学的认知,并且帮助开发基于干细胞的疗法,尤其是和老化及再生医学相关的疗法提供了新的研究线索和希望。

研究者jankarlseder教授说道,这项研究表明,端粒的最适长度能够在两个极端之间被精细调节,我们都知道,端粒长度较短会诱发细胞的损伤效应,但让我们不可思议的是,当端粒长度较长时这种损伤效应也会发生。端粒是染色体末端重复序列的dna结构,其长度能够通过端粒酶来增加,随着细胞每次dna的复制及分裂染色体末端的端粒都会减少,随着端粒长度的减少,染色体自身就越来越会受到损伤的影响,最终就会引发细胞死亡。

【2】sleep:年迈失眠老人端粒长度缩短速度加快
原文阅读:insomniaandtelomerelengthinolderadults

失眠,尤其是晚年的失眠可导致细胞老化速度加快,并提高老年人患慢性疾病和死亡的风险。该研究的目的是探讨失眠对端粒长度的影响,进一步衡量细胞老化,以探究失眠是否导致细胞老化的速度超过老人的实际年龄。

此研究一共126名平均年龄为60-88岁的老人参与。研究人员使用第四版失眠症诊断手册评估参与者是否失眠,其中有45名老人失眠,81位老人组成对照组。同时研究人员通过qpcr方法检测外周血单核细胞(pbmc)中的端粒长度。

研究人员使用协方差分析模型调整bmi、性别、年龄(60-69岁与70-88岁)等因素的相互影响并预测pbmc端粒长度(p=0.04)。研究人员发现,年纪较大的老人(70-88岁)中,失眠的老人pbmc端粒长度较不失眠老人明显缩短[m(sd)=0.59(0.2):(sd)=0.78(0.4),p=0.04]。在60-69岁范围的老人中,失眠与不失眠老人的pbmc端粒长度并无显著区别,p=0.44。

【3】embo:新研究发现p53可保护端粒促进dna修复
doi10.15252/embj.201490880

谈到与癌症有关的基因,没有哪个基因能比p53更为大家所熟知。p53作为一个肿瘤抑制因子是细胞内一个重要的守卫,有研究证实超过一半的人类癌症都存在p53基因突变,这表明对于许多癌细胞来说,想要生长和传播就必须要抑制p53的作用。

最近来自wistar研究所的科学家们发现p53能够抑制端粒部位积累的dna损伤,这是首次证明p53具有该功能。相关研究结果发表在国际学术期刊embojournal上。

p53能够调节基因组的完整性,当dna发生损伤,p53能够帮助激活相关基因的转录,调节细胞循环甚至诱导细胞凋亡。之前研究证明p53能够结合到基因组的许多位置,其中包括一些与上述功能无关的一些位点,而p53自身也有很多不同的结合位点。由于p53和端粒都有保护基因组的功能,因此wistar研究所的研究人员想要进一步探究这两者之间是否存在一些新的关联。

【4】jamaneurol:端粒缩短和阿尔兹海默氏症发病风险之间存在因果关联
doi:10.1001/jamaneurol.2015.1513

一项发表在国际杂志jamaneurol上的研究论文中,来自瑞典卡罗琳学院的科学家们通过研究发现,染色体端粒的缩短或和引发阿尔兹海默氏症激活机制之间存在统计学上的关系,然而这种效应较小,而且并不能利用端粒的长度来评估个体患阿尔兹海默氏症的水平。

我们机体中的每一个细胞都包含有整个基因组,基因组以形成46条染色体的形式包裹于细胞核中,当细胞分裂时染色体端的端粒就会缩短直至达到一种危险的水平,当达到危险水平时候细胞就会死亡,当然这个危险的阈值取决于个体,部分是因为每个个体端粒的起始长度不一样,而且对于某些个体,相比其它人而言,他们的端粒缩短的程度较严重,此前研究将端粒长度作为预测机体生物老化的一个标志物。

这项研究中,研究人员首次揭示了端粒长度和个体患阿尔兹海默氏症之间存在一种因果关系,研究者sarah?gg说道,本文中我们首次发现了这种因果关系,而且端粒参与了引发阿尔兹海默氏症发病的实际激活机制。

【5】nature:靶向端粒增强化疗药物敏感性
doi:10.1038/nature14513

近日,来自美国salk研究所的研究人员在著名国际学术期刊nature发表了一篇文章,他们发现位于染色体末端的端粒可能在细胞自我摧毁,防止肿瘤发生方面发挥着比之前预期的更为重要的作用,根据端粒的这一功能可以开发新的肿瘤治疗策略。

随着每次细胞有丝分裂过程的进行,染色体末端的端粒结构逐渐缩短,最终,在经过许多次细胞分裂之后,端粒缩短到一定程度启动停止细胞分裂的信号,这一正常的生物学过程可作为预防癌症发生的重要保护措施,当细胞内这一信号途径发生改变,细胞会越过这一阶段执行自我摧毁,这一过程也叫crisis。但许多类型的癌细胞都可以通过保护端粒结构阻止crisis过程的发生,使细胞得以继续增殖。

【6】thefasebjournal:逆转生命时钟,延长细胞端粒
doi:10.1096/fj.14-259531

美国斯坦福大学医学院的科学家们最近声称他们将编码tert的mrna改造后送入人体细胞内后,发现端粒得到了快速而有效延长。

端粒位于染色体的末端,充当基因组的保护帽。它一直被认为与衰老和疾病有相当的关系。正常年轻人的端粒包含8000-10000个核苷酸。每一次的细胞分裂,端粒都会随着dna复制而缩短。当端粒的长度到达一个临界值,细胞就会停止分裂或者死亡。这也是用细胞作为实验材料的局限性之一:细胞传代一定次数之后就不能再使用。

而研究人员如何在体细胞内延长端粒?他们使用了一种改造mrna,这个mrna携带了tert的编码序列,使得tert能在细胞内表达。tert编码的成分是端粒酶的一个亚单位。端粒酶是一种只存在于干细胞,生殖细胞和造血细胞的酶,在体细胞内表达量相当低。端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。实验发现,将tert导入表皮细胞后,这些表皮细胞的端粒延长1000个核苷酸单位,比未经处理的细胞多分裂40次以上。这极大地增加了在药物测试或者疾病建模时的细胞可用性。

【7】耐力锻炼可调节端粒转录
doi:10.1126/sciadv.1600031

一个研究小组成员在比利时发现,耐力运动在端粒转录的调控中可能发挥着重要作用。相关论文发表在《scienceadvances》杂志上,研究人员对志愿者的锻炼情况进行了分析,他们发现的结果可能对人们有重要意义。

大多数人都知道健康饮食和有规律的锻炼可以间接地使人们能更健康的生活,但直到现在也没有任何证据表明,这样做可直接影响人的衰老和寿命。在这个新的研究工作中,研究人员称他们发现耐力运动释放的化学物质会产生一类分子,这类分子会促进端粒长得更长,从而就会延缓衰老。

端粒是染色体重复rna序列(terra)两端的“帽子”。先前的研究表明,端粒长度是长寿的一个指标,或者更具体地说端粒跟衰老相关。有较长端粒的人寿命一般比平均水平要长,而端粒短的人寿命比较短。

【8】sabcs:阐明乳腺癌患者机体脂肪、体重降低及端粒长度之间的密切关联
新闻阅读:studylinksbodyfat,weightloss,andchromosomelengthinbreastcancerpatients

有研究证据表明,健康的饮食和锻炼对于预防及管理癌症发病非常重要,但目前具体的机制研究人员并不清楚,近日,在举办的2015年圣安东尼奥乳癌研讨会(sanantoniobreastcancersymposium)上,来自耶鲁大学癌症研究中心的研究人员就发现染色体端粒个人类癌症的发病存在很多密切的联系。

研究人员招募了多个乳腺癌幸存者来进行减肥试验,利用了此前已经发表的耶鲁减肥干预研究计划(lean)来检测患者机体因生活方式改变而引发的机体脂肪和体重降低和端粒长度的关联;端粒会随着细胞分裂而不断缩短,而且其还和机体老化及乳腺癌死亡率直接相关。

在研究乳腺癌幸存者机体体重降低和端粒长度的关联中,研究人员发现,在通过饮食和锻炼减肥的乳腺癌幸存者中,其机体的端粒缩短会减缓,甚至在某些患者中,端粒的缩短还会逆转。研究者sanft表示,我们的研究结果表明,较高体脂水平和端粒长度缩短直接相关,而且体重降低反而和端粒长度增加直接相关,这就表明,端粒长度或许是一种特殊机制,来帮助介导肥胖、乳腺癌风险及死亡率之间的关联。

【9】cell:早期端粒酶失活将加速衰老
doi:10.1016/j.cell.2015.02.002

近日,来自美国的华裔科学家在著名国际期刊cell发表了他们的最新研究成果。他们通过实验发现,酵母端粒酶早期失活会导致细胞出现短暂的dna损伤应答,这一过程会加速酵母母细胞衰老,并且eti导致的加速衰老过程发生在端粒缩短诱导的细胞衰老之前。

研究人员指出,端粒酶对于长期维持和保护端粒具有重要作用。他们利用单个出芽酵母母细胞进行分析,发现在端粒酶失活早期(eti),酵母母细胞出现短暂的dna损伤应答,并随机改变细胞周期的动态变化,加速母细胞衰老。eti母细胞的加速衰老并不能通过ros增加,sir蛋白变化或者端粒的去保护来解释,eti表型出现在晚期端粒失活(lti)导致的群体衰老之前,并且eti导致的衰老在形态学上与lti衰老不同,在基因上也与端粒长度具有非偶联现象,同时,增加细胞内的dntp能够改变衰老表型的出现。研究人员利用基因和单细胞分析表明,在母细胞端粒缩短之前,端粒酶对于持续应答短暂的dna复制应激具有非常重要的作用,端粒酶缺失会加速细胞的衰老过程。

【10】natcommun:发现terra是维持端粒结构所必需的
doi:10.1038/ncomms12534

尽管端粒具有特别紧凑和难以接近的结构,但是它们像dna剩余部分一样发生转录。由端粒转录产生的长链非编码rna被称作terra,而且它们的功能是保持这些保护性结构所必不可少的。这是来自西班牙国家癌症研究中心(spanishnationalcancerresearchcentre,cnio)的mariaa.blasco团队在一项新的研究中得出的结论。他们也确定了人基因组上产生这些分子的位置。相关研究结果于2016年8月17日在线发表在naturecommunications期刊上,论文标题为“telomericrnasareessentialtomaintaintelomeres”。

这一发现与blasco团队两年前的观察结果相一致。在那时候,他们研究了小鼠细胞,并且观察到保护它们的20条染色体的terra主要起源自18号染色体对,而且在较小程度上起源自9号染色体。

在这项新的研究中,blasco团队证实在人体内,这些rna独自地起源自一个位点上。他们尽可能地分析了之前提出的18种rna,但是只有起源自20号染色体长臂(20q)和x染色体短臂(xp)上的那些rna表现出terra特征。(生物谷bioon.com)

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