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测序周报 · 科研篇:关注Nature特刊,迎接单细胞生物学的新时代

Illustration by Jasiek Krzysztofiak/Nature; Images: Morphart Creation/Shutterstock, Jezper/Shutterstock

在细胞学说中,细胞作为生命的基本单位,是现代生物学的基石,这一认识在180多年前改变了生物学。尽管细胞出现在生物学家的显微镜下已有近180年的时间,但细胞仍然神秘而难以捉摸。通过对单个细胞进行观察,科学家仍在试图了解细胞的本质——世界上到底存在多少不同种类的细胞?它们的作用是什么?它们如何随着时间而发生变化?

现在,新技术的发展使得生物学家们能够一次次从复杂的机体中观察单个细胞的情况。这些研究揭示了细胞令人眼花缭乱的多样性及许多不为人知的方面,并有望改进治疗方法,为生物学提供新的视野。

在7月5日Nature期刊发布的最新特刊中,Nature聚焦于生命的最基本单位:细胞。特刊谈道,技术进步使得科学家能够在单细胞层面进行此前不能完成的分析,因此,研究人员终于开始绘制复杂机体的细胞图谱,探索机体中究竟存在多少类型的细胞、它们的作用及发展过程。

在第一篇文章中,特刊报道了AvivRegev对追踪细胞谱系的努力。在另一篇文章中,研究人员探索了基因组如何在整个分裂周期中被“封装”在一个小鼠细胞中,以及这对于研究三维基因组交互作用的潜在意义。在第三篇文章中,以色列科学家IdoAmit和Amir Giladi讨论了单细胞基因组学分析在免疫细胞的最新研究,这将可能有助于我们对抗癌症等疾病。此外,特刊还探讨了科学家进行单细胞分析的原因,及如何更好地挖掘这一不断发展领域产生的数据问题。

特刊详细描述了谱系追踪的成果,揭示了复杂的机体是如何从一个、两个或四个看似相同的胚胎细胞构建起来的。这些研究表明,细胞类型及活性的多样性比对传统细胞群体的研究结果要大得多。这正是Broad 研究所AvivRegev等科学家们正在大力努力地对人体内的每一种细胞进行编目的原因。

这样的工作可能具有重要的治疗意义。跟踪异质性肿瘤细胞间的差异可以对治疗进行指导。或者,就像以色列Weizmann研究所的免疫学家AmirGiladi和AmirGiladi所说,科学家们也可以改进方法,检测大量可以对抗感染或者引起炎症的免疫细胞。在特辑中,单细胞基因组领先学者AmirGiladi的文章,为我们了解免疫系统的单细胞基因组提供了一个机会。

而单细胞研究将继续照亮细胞本身的内在活动。英国Babraham研究所的TakashiNagano及其同事在论文中研究了在整个细胞分裂周期中,小鼠细胞的基因组是如何以三维的方式进行染色体(折叠)包装和定向的。英国牛津大学的医学研究委员会分子血液研究小组的RobertBeagrie及柏林MaxDelbrück分子医学中心的AnaPombo表示,这些研究成果预测了基因组交互作用的实时三维视图。

如今,越来越多的科学家开始研究单细胞生物学、发育生物学、基因组学和计算生物学。随着单细胞技术的不断发展,研究人员需要复杂的分析工具来解读研究结果。正如细胞理论推动了生物学领域的非凡前进,单细胞分析显然将为科学家们开辟一个全新的视野。

参考资料:

1. Single-cell biology

2. How to build a human cell atlas

3. Single-cell sequencing made simple

4. Immunology, one cell at a time

5. The trickiest family tree in biology

6. Immunology, one cell at a time

本周科研进展

1. 近日,两项临床试验表明,根据个人特定的癌症突变定制的疫苗能够在少数患者中避免肿瘤复发。该结果相应论文发表近日发表于Nature期刊。这些研究报告表明,这是一种可以对抗人类的癌症的有效方法。此外,研究人员还提出了癌症疫苗与免疫治疗相结合来提高疫苗功效的理念。

2. 近日,中国科学院生物物理研究所刘志杰课题组与合作者成功解析了人源大麻素受体CB1与激动剂——四氢大麻酚(THC)类似物复合物的三维精细结构,揭示了大麻素受体在激动剂调控下的结构特征和激活机制。北京时间7月6日凌晨,该项成果以发表于国际学术期刊Nature,并作为重点文章推介。

3. 近日,伦敦国王学院研究团队利用极高IQ者的超强联想力作为研究智能相关等位基因遗传变异的筛选标准。研究对象是由杜克大学人才鉴定计划(TIP)招募的,研究者们对其独特的基因样本进行了GWAS分析,结果显示超高的智商相关基因往往是连续的,而且,来自TIP的多基因预测结果比所有目前的IQ GWAS更强。高SNP遗传性表明研究极高智商与其他表型之间的遗传关系是可行的。相关研究结果发表在Molecular Psychiatry上。

4. 日前,德国蒂宾根大学团队重新建立了一根从德国西南部Hohlenstein—Stadel洞穴中发现的古人类股骨的完整线粒体DNA基因组。这一样本呈现了至今找到的尼安德特人线粒体DNA中年代最久远的分支。这项发现表明,晚更新世尼安德特人的线粒体DNA起源于27万年前来自非洲的基因流动,而这些尼安德特人的mtDNA可能替代了更早期的丹尼索瓦人的线粒体DNA分支。相关成果7月4日发表于《自然—通讯》,它进一步精确了非洲基因流动至尼安德特人的时间。

5. 近日,德国科学家最近发现,染色体两端起保护作用的端粒如果过早缩短或破损,细胞会启动一套修复机制,避免端粒过短而导致细胞早衰,这套修复机制的核心是一种称为 TERRA 的 RNA(核糖核酸)分子。该发现将帮助深入理解细胞衰老、人体老化和癌症等。相关研究发表于Cell

6. 近日,一组来自欧美的科学们公布了一项对于人类智力的大规模研究的结果,他们发现了52个与智力相关的基因,其中40个是首次被发现。这些结果发表在了Nature Genetics上。在这项大型人群研究中,来自荷兰、英国、美国、瑞典等多个科研机构的科学家们收集了13组总共将近8万名志愿者的基因组数据,并通过多个测试评估了他们的智商,以此建立了一个大型的数据库。

7. 最近,Fred Hutch癌症研究中心的 Parveen Bhatti教授团队在BMJ子刊《职业与环境医学》上发表了一项研究成果。Bhatti教授发现,相比于晚上睡觉的人,晚上工作的人DNA损伤的修复程度非常低,仅是晚上睡觉的人的20%左右。这意味着,长此以往,晚上工作的人体内的DNA损伤会越积越多,患癌症等疾病的风险大大提升。

8. 近日,在一项发表于PNAS的最新研究中,佛罗里达大学的研究人员发现,已知在人类和其他动物身上形成心肌细胞的基因,同样存在于海葵的肠道细胞中。研究人员表示,这项研究结果表明,通过改变人类基因之间互作方式,可以促进我们治疗心脏疾病的能力,并促进再生治疗。

新发表文章

【新技术】

1. CrY2H-seq: a massively multiplexed assay for deep-coverage interactome mapping.Trigg SA et al.Nat Methods. 2017 Jun 26.

2. Haplotype phasing of whole human genomes using bead-based barcode partitioning in a single tube.Zhang F et al. Nat Biotechnol. 2017 Jun 26.

3. Cell type-specific transcriptome profiling in C. elegans using the Translating Ribosome Affinity Purification technique. Gracida X et al.Methods. 2017 Jun 22.

【植物】

1. Identification and Characterization of miRNA Transcriptome in Asiatic Cotton (Gossypium arboreum) Using High Throughput Sequencing. Farooq M et al. Front Plant Sci. 2017 Jun 15

2. Revisiting Pivotal-Differential Genome Evolution in Wheat.Mirzaghaderi G et al.Trends Plant Sci. 2017 Jun 22.

【微生物】

1. Community analysis of biofilms on flame-oxidized stainless steel anodes in microbial fuel cells fed with different substrates.Eyiuche NJ et al.BMC Microbiol. 2017 Jun 29

2. Relating genomic characteristics to environmental preferences and ubiquity in different microbial taxa.Cobo-Simón M et al.BMC Genomics. 2017 Jun 29

3. Microbial Eukaryote Diversity and Activity in the Water Column of the South China Sea Based on DNA and RNA High Throughput Sequencing.Xu D et al.Front Microbiol. 2017 Jun 14

4. RNA Profiling Analysis of the Serum Exosomes Derived from Patients with Active and Latent Mycobacterium tuberculosis Infection.Lv L et al.Front Microbiol. 2017 Jun 12

5. Whole Genome Sequencing Overrules a Suspected Case of Carbapenem-Resistant Enterobacter cloacae Transmission.Chen M et al. J Clin Microbiol. 2017 Jun 28.

【肿瘤】

1. IFNγ-Dependent Tissue-Immune Homeostasis Is Co-opted in the Tumor Microenvironment. Nirschl CJ et al.Cell. 2017 Jun 29

2. A gene expression signature distinguishes innate response and resistance to proteasome inhibitors in multiple myeloma.Mitra AK et al. Blood Cancer J. 2017 Jun 30

3. Integrated High Throughput Analysis Identifies GSK3 as a Crucial Determinant of p53-Mediated Apoptosis in Lung Cancer Cells.Zhang Y et al.Cell Physiol Biochem. 2017 Jun 30

4. Differential gene and lncRNA expression in the lower thoracic spinal cord following ischemia/reperfusion-induced acute kidney injury in rats.Liu QQ et al.Oncotarget. 2017 Jun 20.

5. Transcriptome profiling of cancer and normal tissues from cervical squamous cancer patients by deep sequencing.Lin W et al.Mol Med Rep. 2017 Jun 23.

6. Long non-coding RNA C5orf66-AS1 is downregulated in pituitary null cell adenomas and is associated with their invasiveness.Yu G et al.Oncol Rep. 2017 Jun 22.

7. Identification of dysregulated long non-coding RNAs/microRNAs/mRNAs in TNM I stage lung adenocarcinoma.Tian Z et al.Oncotarget. 2017 Jun 16.

【其他】

1. Intratumoral Heterogeneity of Frameshift Mutations of GLI1 Encoding a Hedgehog Signaling Protein in Colorectal Cancers.Lee JH et al. Pathol Oncol Res. 2017 Jun 29.

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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