CNS：重磅文章解读基因组研究前沿

随着研究的深入，如今科学家们在基因组特性研究上取得了多项重要研究成果，本文中小编整理了近年来CNS三大杂志和基因组相关的突破性研究，与各位一起学习！

【1】Cell：个体化基因组测序或加速个体化疗法的开发

试想一下，假如你携带着一张存有由30亿个A、T、C、G字母组成的基因组的信用卡片，通过简单的信用卡刷卡就可以立刻帮助医生来判断药物对你自身是有益还是有害的；而这就是美国总统奥巴马起初投资2.15亿美元用于开发新型个体化疗法的目标。

近日刊登在国际杂志Cell上的一篇研究论文中，来自宾夕法尼亚大学的研究人员的研究成果又再次地推进了个体化疗法的开发；这项研究开始于一种名为噻唑烷二酮（TZDs）的抗糖尿病药物，该药物对于部分糖尿病患者（20%至30%）非常有效，而对于其他患者则没有任何效果，有时候反而还会引发严重的副作用。

因此研究者就推测之所以会导致某些患者服用TZDs有效，而某些患者则会引发副作用，关键是个体基因组区域的小型差异引发的突变所致，而特殊的基因组区域可以控制基因的开启或关闭，就好象灯的开关一样，而这种区域名为基因调控区域，当细胞核受体吸附到DNA上时调控区域就会通过开启基因来发挥作用。

【2】Cell NEJM：全球癌症基因组图谱计划又一研究突破 阐明致死性肾癌的发病机制

最近，发表在国际杂志the New England Journal of Medicine上的一篇研究论文中，来自从事癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas）研究计划的科学家通过进行研究，对第二种常见类型的肾癌的两种类型进行了分子特性的分析，并且对这种常见类型的肾癌进行了不同的分类。

每年乳头状肾细胞癌 （Papillary renal cell carcinoma）在常见肾癌中的发病率就占到了15%至20%，长期以来这种肾癌被分为1型和2型，但研究者对于引发乳头状肾细胞癌发生的遗传和分子原因知之甚少，而正因为此也一直没有有效的疗法来帮助治疗乳头状肾细胞癌。

文章中，研究者Hui Shen博士表示，乳头状肾细胞癌为科学家们提出了一个特殊的问题，即在某些病人中，疾病虽然没有任何痛感，但却已经广泛扩散于患者的肾脏中了，而在其他病例中，单一的损伤或许是极度恶性的；本文研究中研究者不仅为临床医生们提供了其所需的基于临床结论的研究数据，而且还为开发新型靶向疗法来更好地治疗乳头状肾细胞癌亚型提供希望。

【3】Cell：利用基因组大数据开发抗癌药物

科学家们正在开始积累巨大的关于癌症中哪些基因发生突变的数据集，以便允许开发出一种更加系统性的方法实现“精准医疗”。

在一项新的研究中，来自美国韦尔科姆基金会桑格研究所、欧洲生物信息学研究所和荷兰癌症研究所等机构的研究人员比较了病人肿瘤中的基因突变和癌细胞系中的基因突变，然后测试这些癌细胞系对不同治疗性化合物的反应。通过分析这些数据集在哪些地方发生重叠，他们能够开始在较大的规模上预测哪些药物将最佳地抵抗多种癌症。相关研究结果于2016年7月7日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“A Landscape of Pharmacogenomic Interactions in Cancer”。

论文共同通信作者作者、韦尔科姆基金会桑格研究所癌症生物学家Mathew Garnett说，“我们所做的过程本质上是一种发现过程。它开始让人们产生新的想法：如何可能利用特异性的药物靶向治疗特定的病人群体。这类型的研究在几年前是不可能完成的，这是因为我们在当时没有对足够多的病人肿瘤进行过测序。”

【4】华中农大千人计划专家Cell发表基因组重要成果

在华中农业大学“千人计划”专家、Jackson实验室教授及基因组科学主任阮一骏（Yijun Ruan）博士的领导下的国际研究小组探究了细胞核中的3D基因组结构及它与基因表达和疾病的关系。他们的这些研究结果发布在Cell杂志上。

在华中农业大学“千人计划”专家、Jackson实验室教授及基因组科学主任阮一骏（Yijun Ruan）博士的领导下，由来自中国、美国、法国和波兰的研究人员组成的一个国际研究小组，探究了细胞核中的3D基因组结构及它与基因表达和疾病的关系。他们的这些研究结果发布在《细胞》（Cell）杂志上。

一些蛋白质因子负责在三维空间中组织细胞核内的染色体，形成礼品花（gift bow）样的形状，一些蛋白质则聚集成为中心“结”固定住丝带样的DNA环，此时一些基因有组织地适当表达，而在某些突变存在的情况下这会变得一团槽。

【5】Cell：对人肝细胞癌进行完整基因组分析

在全世界，肝癌是第二大癌症致死率，但是仅有有限的治疗选择来控制这种疾病。为了更多地了解这种癌症的遗传原因和鉴定肝细胞癌（HCC）的潜在新的治疗靶标，美国贝勒医学院人类基因组测序中心教授David Wheeler和美国梅约诊所医学教授Lewis Roberts领导的一个研究团队分析了来自全世界的363种肝癌病例中的基因组突变、DNA甲基化的表观遗传变化、RNA表达和蛋白表达。相关研究结果发表在2017年6月15日的Cell期刊上，论文标题为“Comprehensive and Integrative Genomic Characterization of Hepatocellular Carcinoma”。

作为大规模的癌症基因组图谱（TCGA）计划的一部分，这项研究代表着首个针对HCC的大规模的多平台分析，并且是针对这种肿瘤的多个方面进行开展的。Wheeler说，“在过去，存在肝癌的大规模队列研究，但是它们主要仅限于这种肿瘤的一个方面，即基因组突变。通过研究这种肿瘤的众多分子特征，我们在分子水平上更加深入地认识了肝癌细胞的运作。”

【6】Science：科学家开发出效率明显优于其它方法的新型全基因组扩增方法

近日，刊登在国际杂志Science上的一项研究报告中，来自哈佛大学的研究人员通过研究开发出了一种新型的全基因组扩增方法，这种方法优于当前使用的其它基因组扩增方法；在这项研究报告中，研究者对这项技术进行了描述，同时阐明了这项技术如何用于测定人类细胞暴露紫外辐射后所出现的单核苷酸改变。

随着科学家们不断完全深入理解机体的基因组，新型的研究工具也在不断诞生，其中一种研究就是探究人类机体近乎一样的细胞之间的差异，比如胚胎细胞等，每个细胞都有自身独特的基因组，甚至在相同的有机体中都是这种情况；此前研究中，研究者开发出了能够放大细胞间差异的工具，这不仅能够帮助更好地理解基因组工作的原理，还具有一定的实际应用；其中研究者就开发了一种名为MALBAC的工具来研究并且测定单一细胞间的遗传改变，其能够在体外受精中对胚胎进行筛查，但研究者指出，这种技术往往也受限于等位基因的丢失，而这常常会限制他们了解单核苷酸突变的过程。

【7】Science：首次基因组分析有助认识巴西寨卡病毒暴发

寨卡病毒（Zika virus， ZIKV）感染与出生疾病头小畸型（microcephaly）存在潜在的关联。在一项新的研究中，来自英国牛津大学和巴西Evandro Chagas研究所等机构的研究人员对巴西的寨卡病毒暴发进行首个基因组分析，从而提供关于这种病毒如何和何时可能进入美洲方面的新信息。相关研究结果于发表在2016年3月24日那期Science期刊上，论文标题为“Zika Virus in the Americas： Early Epidemiological and Genetic Findings”。

研究人员对7株巴西寨卡病毒毒株的基因组进行测序，包括一株毒株来自一例致命的成年人病例和另一株毒株来自一名头小畸型新生儿。

这一分析证实美洲的寨卡病毒是由当单次病毒输入而产生的，据估计这次输入发生于2013年5月和12月之间，比首次在巴西检测到寨卡病毒的时间早了12个月。

【8】Science：人类基因组筛选揭秘维持细胞活力的关键靶向基因

近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究论文中，来自MIT和哈佛大学的研究人员利用两种互补的分析方法首次在人类基因组中鉴别出了对人类细胞系和培养的人类细胞的生存和增殖都非常关键且必要的基因，相关研究或可帮助科学家们寻找多种癌症中的药物靶向性的遗传缺陷。

文章中，研究者利用CRISPR基因编辑系统开发出了一种由单链引导的RNAs（sgRNAs）组成的全基因组文库，来筛选并且鉴别细胞维持活力必备的基因，sgRNA可以有针对性地靶向作用超过1.8万个基因，其中有将近10%的基因都被证明是非常必要的。Tim Wang表示，这项研究是首次报道人类细胞的重要基因。

许多必要的基因都参与了机体基本的生物学过程，包括DNA复制、RNA转录及信使RNA的翻译等，目前有大约300个必要的基因还没有进行特征描述，这些基因大部分位于细胞核中，而且其和RNA的处理直接相关。为了验证CRISPR系统筛选的结果，研究者随后在特殊的单倍体人类细胞系中对必要的基因进行了筛查，研究者在单倍体细胞中利用基因诱捕诱变技术，同时同CRISPR技术进行了丢彼，结果发现，基因组中明显连续的折叠是非常必要的。

【9】重大突破！两篇Nature揭示基因组调节新机制

在一项新的研究中，来自美国劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和阿尔伯特-爱因斯坦医学院的研究人员提供证据证实作为DNA中的一个不同寻常的部分，异染色质利用液-液相分离（liquid-liquid phase separation）将基因组中的大部分组装成细胞核中的特定区域。液-液相分离是一种在物理学上广为人所知的机制，但是它在生物学上的重要性仅在最近才被揭示出。这些发现解决了一个长期存在的问题，即DNA功能如何在空间和时间上有序地安排，包括基因如何受到调节而发生沉默或表达。相关研究结果于2017年6月21日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Phase separation drives heterochromatin domain formation”。

论文通信作者、劳伦斯伯克利国家实验室生物系统与工程系高级科学家Gary Karpen说，“几十年来，DNA序列在健康和疾病中的重要性是清晰的，但是我们仅在最近才意识到将DNA片段组装成细胞核内的不同结构域或者区室对促进不同的基因组功能是至关重要的。”

异染色质中的长片段DNA含有在大多数情况下需要被沉默的序列，这样细胞才能够正确地发挥作用。科学家们曾经认为DNA的这种压缩是控制哪些酶和分子接触到这些序列的一种主要机制。据推断，DNA链缠绕得越紧，接触到内部的遗传物质就变得越难。

【10】Nature：重大突破！绘制出基因组三维图谱

细胞面临着艰巨的任务。它们不得不熟练地将几米长的遗传物质塞进仅长5微米的细胞核中。这种折纸术让基因和它们的调节区域发生空间相互作用，从而能够影响人类健康和疾病。如今，一个国家研究小组开发出一种强大的新技术来绘制整个基因组的三维图谱。相关研究结果于2017年3月8日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Complex multi-enhancer contacts captured by genome architecture mapping”。

基因经激活后产生RNA和蛋白，然后当这些分子不再需要时，就会再次被关闭。基因和它的调节区域都是DNA序列，它们可能在线性的基因组中相隔较远的距离。这就给细胞带来挑战，这是因为这些区域通常需要接触才能够激活基因。

它也给试图理解生物学上的一个重要问题的科学家们带来困难：细胞如何决定哪些基因应当被激活，何时被激活？这种答案部分上依赖于将每个基因与它的调节序列进行匹配。但是DNA链太薄而不能够在显微镜下追踪它们，而且即便能够开展这种追踪，人们也需应付细胞核中的大量DNA。

【11】Nature：鉴定出宫颈癌的新的基因组特征

在一项新的研究中，来自癌症基因组图谱研究网络（The Cancer Genome Atlas Research Network， TCGA）的研究人员鉴定出宫颈癌的新的基因组特征和分子特征。这将有助于对这种疾病进行分型，并且可能有助开发出最适合每名宫颈癌病人的靶向疗法。他们对178种原发性宫颈癌的基因组进行完整的分析，结果发现70%以上的宫颈瘤在一到两种重要的细胞信号通路中发生基因组变化。令人意外的是，他们也发现一小部分宫颈瘤并不表现出人乳头瘤病毒（HPV）感染的证据。相关研究结果于2017年1月23日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Integrated genomic and molecular characterization of cervical cancer”。

在全世界，每年有50多万新发宫颈癌病例和25多万宫颈癌死亡病例。美国国家癌症研究所代理主任Douglas Lowy博士说，“绝大多数宫颈癌病例是由致癌性HPV持续感染所导致的。多年来，已有有效地抵抗大多数致癌性HPV类型的预防性疫苗面世，接种它们有长期的潜力来降低宫颈癌病例数量。”

Lowy博士注意到，“然而，大多数在未来的几十年内患上宫颈癌的女性已超过推荐进行接种疫苗的年龄，因而将不会获得这种疫苗的保护。因此，宫颈癌仍然是一种急需有效疗法的疾病，而且除了HPV的基因之外，这项最新的TCGA分析可能有助在发现靶向宫颈癌基因组的重要序列元件的药物中取得突破性进展。”

【12】Nature：癌前基因组图谱计划或将开启 科学家将实现对肿瘤实时追踪

目前对成千上万个癌症基因组测序的全球数据库正在不断膨胀，有些科学家就认为，我们应当将目光转移到研究“青春期”时期肿瘤的DNA，即在肿瘤癌变之前对其进行深入研究。近日在华盛顿举办的美国癌症研究协会年度会议（AACR）上，研究人员就讨论了如何对癌变前期病变组织的基因组进行测序，而这些组织的异常生长有时就会进展成为成熟的癌症，相关研究结果就能够帮助研究人员确定合适的治疗方法，并且帮助开发一些新型疗法来阻断癌症发生恶性病变。

来自约翰霍普金斯大学的研究人员Elizabeth Jaffee表示，这项研究计划已经列入到了未来癌症研究计划清单几乎最顶端的位置上了，这也是我们开始对癌症研究领域进行完全研究的一项计划。当然这个想法还是下一个癌症“大科学”研究项目中的一个计划，同时该计划还能够借鉴癌症基因组图谱计划的研究策略。

但这种新型的癌前基因组图谱计划将会随着时间推移对癌症的进展进行研究，从理论上来讲其包含了相同肿瘤组织发展过程中的多个“快照”信息，研究人员也能够以此来确定什么样的改变会使得肿瘤越过临界点而恶性发展。

来源：生物谷