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古基因组洞察现代人的史前史

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古基因组洞察现代人的史前史
过去十年里,古DNA研究领域日益兴盛,并在古人类样本的全基因组数据测序方面取得前所未有的成功。大多数研究将目光聚焦于古代人类,包括与现今某个或多个人群有密切联系的现代人,亦有如尼安德特人等已灭绝古人类。
来自不同时间和地点的古代人类的基因组数据不断涌现,随之带来的是从时间和空间上大规模研究人类史前史的更多可能性与发展趋势。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子生物学实验室的付巧妹研究员和Melinda Yang博士于1月26日在Cell子刊 Trends in Genetics 上发表综述文章《古基因组洞察现代人的史前史》,在大量已有研究的框架下,全面阐述了史前时期现代人群遗传演化的主要特征。
该文章阐述了过去几年来发现的史前人类的演化谱图,重点展开对农耕文化出现之前距今7,500年至45,000年间现代人的遗传演化研究。
通过对3.5-4.5万年前现代人的古DNA分析,显示出欧亚古代人群的多样性。这些迄今为止所获取的最古老的现代人的基因组数据表明:当时存在多种不同人群;其中有一部分对现今人群有遗传贡献,如俄罗斯和比利时的个体与当代欧洲人关系最密切,中国北部的个体与当代东亚人最为亲近;而其他个体则把焦点指向一些已消失的人群,如该时段的至少两个个体(西伯利亚西部和罗马尼亚)显示其代表人群对现今欧亚人没有遗传贡献。
末次盛冰期的人群分化、迁移、部分或全部更替通常是区域性人类史前史的普遍主题。文章用该时期约1.5-3.5万年前的人类样本直观体现出欧亚西部人群的情况。一距今3.5万年的比利时个体不同于其他欧洲早期现代人分支,他所代表的人群之后并没有消失,相关遗传信息在1.9-1.4万年前再次扩散。这可能代表着在冰期后期从欧洲西南部来的难民进一步在大陆上寻找栖息地,进行人类群体的扩张。在欧亚东部,贝加尔湖区域发现的距今1.7-2.4万年的个体有着与欧洲早期现代人群相似的遗传成分,该人群分布在欧亚北部地区,如今已经消失;同时,这些“North Eurasians”(欧亚北部人)与美洲土着人群有很大程度上的遗传联系。
随着末次盛冰期后气候变暖,大约1.4万年前,欧亚之间出现更多交流。西欧古人群与当代东亚人群和近东人群显示有少量联系,一些东欧古人类个体也显示含有“欧亚北部人”的遗传成分。高加索地区个体开始发现具有与“Basal Eurasian”(古欧亚人)相关的遗传成分,该人群还没有直接存在的样本,他在欧亚人群分离之前,没有经历最后一次走出非洲,在目前欧洲人群和近东人群中都发现有这种“古欧亚人”的遗传成分。
研究还深入分析了欧亚人群的外观与遗传变异之间的联系,得到一些令人惊奇的结果:7,500年前的欧洲人还是深色皮肤,蓝眼睛在1.4万年前才开始出现。例如,发现西班牙距今7,500年的个体,不仅携带欧洲人深色皮肤基因,而且拥有蓝眼睛的基因。
目前,欧亚西部与北部的相关研究比较全面,对于东亚、非洲和美洲人类的古基因组研究也在持续增多。所有研究都有一条共同路径,即我们可以通过人类古基因组,来揭示世界各区域人类在史前时代迁移、分化与交流的复杂历史。
文章讨论的另一研究方向,是通过对现代人的基因组分析,探讨现代人群与已灭绝的古人类之间有什么关系,相互之间有什么影响。一些早期现代人个体,已证实现代人群已灭绝的古人类之间确实发生过基因交流;通过对这些早期现代人所含有的尼安德特人基因序列的比例和长度的大量研究,明确尼安德特人与非-非洲的现代人群之间的基因交流发生在约5-6万年前。
对已灭绝古人类和现代人的基因组研究表明,人类史前时期发生过多次已灭绝古人类与现代人之间的基因交流事件。罗马尼亚距今3.9万年前的个体就揭示出古人群之间发生过很近的一次基因交流,即这个早期现代人个体4-6代前的祖先存在有尼安德特人;现今大洋洲的部分人群与丹尼索沃人之间有亲近性。丹尼索沃人和尼安德特人是两种不同的已灭绝古人类,他们在现今人群中单一或混合遗传的比例程度不一,这也暗示着有这些人群之间还有更多基因交流的可能性。
虽然针对少数人类古基因组分析极为有用,文章也强调了研究多个不同时期的人类基因组的重要性。此前所进行的相关研究工作表明,现代人群中已灭绝古人类遗传成分的比例在早期一段时期内逐渐下降,其中不适于现代人群生存的部分被自然选择去除了。
文章在突出研究所发现的早期现代人的演化模式之外,还强调了取样地点的重要性,并提出一些关键问题。欧亚西部以外地区更大范围的取样将助于更好揭示人群遗传演化的动态过程,以及全球范围内史前人群之间基因交流的类型。同一区域和时段内更多样本的发现,则将利于开展对史前人群遗传变异分布的研究,从而帮助我们了解该人群的延续性和环境适应能力。现有人群中所含有的古人群基因的含量,也暗示我们将通过史前人类样本揭示这些古人群来自的地方与年代。文章虽向我们展示了该领域丰富的研究成果,然而要了解人类史前史的全貌,前方仍是长路漫漫。
该研究由国家重点科研项目、中国科学院、国家自然科学基金委、美国霍华德·休斯医学研究所资助。(生物谷Bioon.com)

CRISPR基因组编辑有望用于整形外科中

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2018年11月27日/生物谷BIOON/—CRISPR基因组编辑技术有望导致基因工程和治疗发生“变革性飞跃”,它几乎影响到医学的每个领域。根据2018年11月发表在美国整形外科学会(American Society of Plastic Surgeon)官方期刊Plastic and Reconstructive Surgery上的一篇标题为“CRISPR Craft: DNA Editing the Reconstructive Ladder”的论文,所涉及的医学领域包括整形手术,这种基因组编辑技术有望在从预防颅面畸形到治疗性皮肤移植再到新型无排斥移植等方面取得潜在的进展。

CRISPR基因组编辑有望用于整形外科中

美国整形外科学会会员、麻省总医院外科医生Eric Chien-Wei Liao博士说,“CRISPR对治疗人类疾病的潜在影响包括对整形外科医生比较重要的几个领域,比如肿瘤学、伤口愈合、免疫学和颅面畸形。”在这篇关于再生医学的特稿论文中,Liao博士等人回顾了CRISPR基因组编辑的历史和机制,强调了它在整形手术(plastic surgery)和重建手术(reconstructive surgery)中的潜在用途和影响。


CRISPR对先天性畸形、伤口愈合和移植等有影响

人们最初发现CRISPR是细菌中的适应性免疫机制。在开发出CRISPR技术之前,开展基因编辑是费时费力的,仅限于具有先进分子生物学工具的实验室。

Liao博士等人写道,“鉴于CRISPR基因编辑具有简单性、特异性、高效性、低成本和多功能性等优点,它正在引发治疗潜力变革。CRISPR的潜在应用很多,肯定将会给整形手术和重建手术带来影响。”

Liao博士等人讨论了CRSIPR对整形手术具有可预见影响的一些关键领域,包括:
(1)颅面畸形(Craniofacial Malformations)。使用CRISPR技术的基础科学研究已引发了对颅面发育途径的新见解。CRISPR能够让人快速地鉴定出单个基因突变,并且可能有朝一日能够校正突变和阻止唇裂、腭裂和其他先天性畸形产生。

(2)伤口愈合和组织修复。基因疗法是一种增强伤口和组织愈合的有前景的方法。除了加快皮肤伤口愈合外,CRISPR还可能为骨骼、软骨、神经和肌肉的修复和再生提供新方法。

(3)细胞疗法和组织工程遗传技术可能能够产生患者自身(自体)细胞或者对它们进行修饰,从而能够用于移植或替换受损组织、刺激细胞发育或调节免疫功能。Liao博士等人写道,“产生具有治疗潜力的皮肤移植物的[技术]将在重建手术中产生广泛的影响。”

(4)皮瓣生物学和移植。除了对组织瓣进行修饰外,CRISPR基因编辑可能能够重编程血管化复合同种异体移植物(vascularized composite allotransplant)—比如,面部或手部移植物—来促进耐受性和阻止受者免疫系统引发的免疫排斥。类似的免疫调节方法也可能促进对动物供者组织产生耐受性(异种移植)。

Liao博士等人强调在利用CRISPR基因编辑实现这些临床进展和其他临床进展方面仍存在许多挑战,包括潜在的“脱靶”效应,美国食品药物管理局(FDA)监管和高成本,以及与对人类细胞和组织进行基因编辑相关的伦理问题。他们写道,“美国整形外科学会及其成员也应该成为利益相关者,并在未来参与讨论利用CRISPR改善我们的患者的伦理问题。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Danny S. Roh; Edward B.-H. Li; Eric C. Liao. CRISPR Craft: DNA Editing the Reconstructive Ladder. Plastic and Reconstructive Surgery, November 2018, 142(5):1355–1364, doi:10.1097/PRS.0000000000004863.

Science子刊:揭示GAD基因疗法降低帕金森病症状机制

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2018年12月5日/生物谷BIOON/—帕金森病(Parkinson’s disease, PD)是最为流行的突触核蛋白病(synucleinopathy),也是全球第二大常见的神经退行性疾病,影响着大约2%的60岁以上人群,发病率仅次于阿尔茨海默病。这种疾病的病理特征是大脑黑质纹状体中多巴胺能神经元的大量丢失,同时伴随着慢性神经炎症、线粒体功能障碍以及以路易小体(Lewy body)形式存在的富含α-突触核蛋白的蛋白聚集物的广泛堆积。

根据帕金森病基金会(Parkinson’s Foundation)的数据,帕金森病是一种神经系统进行性疾病,影响美国大约100万人。早期症状包括震颤、睡眠困难、便秘和移动或行走困难,最终过渡到更严重的症状,如运动功能丧失和说话能力丧失,以及痴呆症。 大多数人在60多岁时开始出现症状,但是据报道,这种疾病也可发生在年仅2岁的患者身上。

Science子刊:揭示GAD基因疗法降低帕金森病症状机制

基因疗法是一类治疗包括帕金森病在内的神经系统疾病的很有前途的方法。一项II期临床试验已表明通过基因疗法将谷氨酸脱羧酶(GAD)运送到帕金森病患者的丘脑底核(subthalamic nucleus, STN)中具有治疗效果。然而,介导这种治疗反应的确切机制仍然是不清楚的。

在一项新的研究中,为了确定这种机制,Martin Niethammer等人分析了接受GAD基因疗法的帕金森病患者和那些接受假手术(sham surgery)的患者的代谢成像数据,其中所有的患者均在术前以及术后6个月和12个月时接受扫描。那些接受GAD基因疗法的患者产生了一种独特的治疗依赖性多突触脑回路,这些研究人员称之为GAD相关模式(GAD–related pattern),它反映了将丘脑底核与运动皮层区域相关联在一起的新的多突触功能通路的形成。

当对所接受的治疗不知情时,基因疗法组患者和假手术组患者都产生了之前报道的安慰剂代谢网络,即假手术相关模式(sham surgery–related pattern)。然而,仅接受GAD基因疗法的帕金森病患者出现与临床改善相关的GAD相关模式。因此,这些结果表明GAD基因疗法的治疗效果可能是通过调节脑代谢来介导的。此外,治疗诱导的脑回路变化可用于临床试验中区分真正的治疗反应并提供对它们的内在生物学机制的深入认识。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


Martin Niethammer et al. Gene therapy reduces Parkinson’s disease symptoms by reorganizing functional brain connectivity. Science Translational Medicine, 28 Nov 2018, DOI: 10.1126/scitranslmed.aau0713.

水稻基因组编辑工具盒再添新成员

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水稻基因组编辑工具盒再添新成员

近日,中国农业科学院植物保护研究所周焕斌课题组、周雪平课题组和四川大学生命科学学院林宏辉课题组合作开发了一系列基于Cas9-NG的各种水稻基因组定点编辑工具,并成功用于水稻单基因敲除、多基因敲除、单碱基编辑(碱基对G·C和A·T的互换)以及靶基因转录激活调控。相关研究成果在线发表于《分子植物》(Molecular Plant)。

来源于化脓链球菌的Cas9核酸酶现已广泛应用于水稻基因组编辑,有效促进了水稻功能基因组学研究和分子育种进程。Cas9在进行基因编辑的过程中需要识别靶DNA序列3’端的保守PAM(前间区序列邻近继续)序列。由于Cas9主要识别NGG PAM序列,这极大限制了基因组范围内的靶DNA序列的选择,尤其是对于特定位点核苷酸进行单碱基编辑时,往往造成无合适PAM可用。扩展PAM识别序列,将有利于扩展水稻基因组编辑应用范围。

为此,该团队选用Cas9突变体xCas9和Cas9-NG对水稻基因组编辑技术进行了优化和扩展。研究发现,Cas9-NG编辑效果优于xCas9蛋白,并且将识别PAM序列由NGG简化为NG,此外还能识别NAC、NTG、NTT和NCG等PAM序列。

Cas9-NG在水稻上的成功应用,在一定程度上突破PAM识别序列的限制,将水稻基因组中的可编辑位点增加了8倍,众多之前无法进行碱基编辑的位点如今可进行操作,大大扩展了编辑范围。

周焕斌指出,该成果对于水稻基因功能解析和分子精准育种具有重要促进作用,加速实现水稻缺陷型基因的修饰矫正,有利于缩短水稻育种进程和延长现有优良品种的应用周期。

该研究得到了基金委自然科学基金、国家重点研发计划项目和中国农科院创新工程的资助。(生物谷Bioon.com)

《基因组研究样品道德操作指南》发布

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《基因组研究样品道德操作指南》发布
《自然》杂志官网18日报道称,南非开普敦大学生物伦理学家詹提纳·德弗里斯率领“非洲人类遗传与健康”(H3Africa)计划的伦理工作组,发布了《基因组研究样品道德操作指南》(以下简称《指南》),希望加强非洲科学家在当地开展的基因组合作研究项目中的自主性和独立性。
近年来,发达国家研究人员开始大量测序非洲的基因组。这些数据为了解人类的过去,特别是遗传多样性最高的非洲疾病和对药物的潜在反应,提供了巨大帮助。但在非洲大陆,很少有机构拥有处理大量基因组数据的设备和能力,因此,非洲科学家经常不得不接受外国合作伙伴提供的条件。H3Africa在10年内花费1.88亿美元,资助了非洲领先的基因组学项目,旨在培训生物信息学家并创建生物库,同时南非也在投资基因组研究设备。
《指南》中的自愿规则,对应的就是所谓的“直升机”研究。这种研究特指外国科学家从社区获取样本和数据,然后返回自己国家的研究机构。其他类似的准则都旨在确保非洲公民从研究中最终受益。
《指南》呼吁,非洲学术界应对非洲样本研究提供“有意义和实质性”的知识贡献。研究人员在某些情况下可以采集非洲大陆标本,但项目应该让非洲科学家参与进来,并形成独立的工作能力。
德弗里斯希望《指南》能帮助当地科学家与外国合作伙伴谈判。业内遗传学者认为,这个指南把多年来一直讨论的内容编撰成文,值得肯定。但也有学者担心,这些规则可能加剧非洲科学家与他国科学家间的紧张关系。(生物谷Bioon.com)

JCI insight:CRISPR-CAS9 基因编辑技术用于治疗肌营养不良症

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2019年1月9日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –CRISPR的基因编辑技术是治疗遗传性疾病的革命性方法。但是,该工具尚未用于有效治疗长期慢性病。由密苏里大学医学院的Dongsheng Duan博士领导的一个研究小组已经确定并克服了CRISPR基因编辑的障碍,这可能为使用该技术进行持续治疗奠定基础。
CRISPR基因编辑的灵感来自于身体抵御病毒的天然防御能力。该技术使研究人员能够通过切除和替换基因组中的突变来改变DNA序列,该突变有可能治疗各种遗传疾病和病症。 Duan和他在美国国立卫生研究院和杜克大学推进转化科学国家中心MU的合作者正在研究如何利用CRISPR治疗Duchenne肌营养不良症(DMD)。
Duan的实验室使用CRISPR静脉内治疗6周龄DMD小鼠。他们最初采用了许多研究人员广泛使用的策略。在该方法中,施用相似量的Cas9和gRNA。虽然直接注入肌肉时效果很好,但当团队试图在身体的所有肌肉中实现长期矫正时,这种策略产生了不良后果。他们发现,骨骼肌中没有肌营养不良蛋白的恢复,心脏中的肌营养不良蛋白恢复很低 – 治疗无法阻止疾病进展。
JCI insight:CRISPR-CAS9 基因编辑技术用于治疗肌营养不良症
(图片来源:www.pixabay.com)
在审查结果时,研究小组发现了gRNA的过度消耗,这意味着没有足够的gRNA来告诉Cas9切割的位置。该团队增加了gRNA标志的数量并重复了实验。这一新策略显着增加了心肌和骨骼肌中肌营养不良蛋白的恢复,并在18个月时减少了肌肉瘢痕。此外,肌肉功能和心脏功能得到改善。
“我们的结果表明,gRNA缺失是长期全身性CRISPR治疗的独特障碍,”Duan说。 “我们相信这一障碍可以通过增加和优化gRNA剂量来克服。虽然这有改进DMD疗法的令人兴奋的可能性,但我们相信这一原则也可能适用于其他一系列其他疾病和病症的CRISPR疗法。”
在探索其他模型之前,研究人员将继续在小鼠模型中测试和改进该方法。随着更多的研究,他们希望这种见解可能有助于为使用CRISPR基因编辑的改进疗法奠定基础。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Researchers overcome hurdle in CRISPR gene editing for muscular dystrophy

原始出处:Chady H. Hakim et al. AAV CRISPR editing rescues cardiac and muscle function for 18 months in dystrophic mice. JCI Insight, 2018; 3 (23) DOI: 10.1172/jci.insight.124297

中国种茶树全基因组获解密

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中国种茶树全基因组获解密

安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室(安徽省实验室)宛晓春教授研究团队,联合深圳华大基因和中国科学院国家基因研究中心(上海)等相关研究团队,破解了世界上分布最广的中国种茶树的全基因组信息,相关成果4月21日在线发表于美国《国家科学院院刊》。

世界主栽茶树分属两个变种: 中国种和阿萨姆种,前者叶小,分布广,适制绿茶等六大茶类;后者叶大,主要分布在热带和冬季温暖的亚热带地区,适制红茶和普洱茶。研究团队以国家级茶树品种舒茶早(中国种)为材料,用二代和三代测序技术对其进行测序,采取杂合组装策略,获得覆盖基因组93%区域的高质量序列草图,注释出33932个高可信度的茶树基因。

结果显示,中国种基因组大小为3.1Gb,重复序列含量为64%,基因组组装的完整性和质量远高于现有同类已测序物种组装水平。研究发现,茶树祖先种大约在8000万年前与亲缘关系最近的猕猴桃物种发生分化,继而在154~38万年前,又分化形成中国种和阿萨姆种。

研究发现,茶树基因组发生过两次全基因组复制事件,最近一次发生在4000~3000万年前,该事件及后续串联复制导致了与儿茶素类物质和咖啡碱生物合成相关的基因拷贝数显着增加。而儿茶素的生物合成受到复杂的转录调控,许多与生物逆境和非生物逆境相关的转录因子都与儿茶素含量高度相关。研究发现了一个参与茶氨酸合成的关键酶基因(CsTSI),并通过转录组学和转基因分析,证明CsTSI具有合成茶氨酸的酶活性。比较基因组分析发现,萜烯类等物质的合成酶基因拷贝数在茶树基因组中也发生显着扩增,有助于解释茶叶独特的香气。这些发现首次从基因组层面系统解开了茶叶中富含独特的风味物质之谜。(生物谷Bioon.com)

研究发现提高玉米秸秆利用率的新基因

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研究发现提高玉米秸秆利用率的新基因
我国作物秸秆资源丰富,每年农业生产中产生的各类秸秆高达7亿多吨。因此提高秸秆资源的利用效率在促进农民增收、保护环境和节约资源等方面均具有重要意义。作物秸秆富含纤维素和半纤维素等具有经济价值的多糖,然而由于木质素的存在严重制约了该类生物质资源在生物能源、造纸和牧草饲料等工、农业生产中的高效利用,从而导致资源浪费和环境污染。玉米棕色叶脉突变体(bm)是一类木质素累积发生改变的重要种质资源,从发现至今已有95年历史。玉米bm突变体的研究历史悠久、代表性强且商业化利用价值高,是木质素遗传改良和综合利用领域的“明星”材料。迄今为止发现的玉米天然bm突变体总共有六种,分别命名为bm1-bm6。其中,bm1-4已经被鉴定为木质素自身合成途径及植物一碳代谢途径的关键酶基因,并且部分突变体由于具有较高的秸秆利用率,已被用于商业化青贮玉米新品种的培育,获得了巨大的商业收益。而玉米bm5和bm6的突变基因多年来一直未能成功破译,成为该领域国内外科研竞争的焦点。
中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员付春祥带领的能源作物分子育种研究组长期致力于单子叶植物木质素代谢调控的研究。该研究组继2018年成功阐明了玉米bm2基因对木质素甲基化单体合成的影响之后,近期又完成了玉米bm5天然突变体的鉴定工作,研究成果于近期在线发表于生物工程与技术领域期刊Biotechnology for Biofuels。
该研究综合利用了基因定位、酶活性分析和代谢物鉴定等技术,率先发现木质素合成途径的关键酶基因4CL1是玉米bm5的突变位点。进一步,该工作还阐明了bm5基因突变对木质素含量、单体组分以及可溶性酚酸累积的影响,并发现bm5突变体的牧草消化率和细胞壁糖化效率比对照株系分别增加了22.0%和17.6%。这一研究结果填补了玉米bm天然突变体鉴定领域的又一空缺,同时也为今后通过分子设计培育高秸秆利用率的经济作物提供了新的靶标。青岛能源所博士熊王丹和吴振映为该论文的共同第一作者,付春祥为论文的通讯作者。该研究获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金重大基础研究项目等支持。 (生物谷Bioon.com)

Nature子刊报道中国科学家发现一水稻变异基因 可增产15%

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Nature子刊报道中国科学家发现一水稻变异基因 可增产15%

作为地球上最为重要的粮食作物之一,水稻的产量直接关系到地球近一半人口的温饱,不断增加水稻产量一直是很多农业科学家毕生的追求。

日前,中国科学家发现水稻的穗发育基因(FRIZZY PANICLE,FZP)在自然界中发生变异,可显着增加水稻每穗的粒数和轻微降低每粒的粒重,使水稻产量增加15%。

北京时间10月31日00:00,上述研究论文在国际学术期刊《自然》(nature)的子刊《自然·植物》(nature plants)在线发表。该研究来自华中农业大学生命科学技术学院教授邢永忠的研究小组。

邢永忠在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)采访时表示,水稻的穗发育基因(FRIZZY PANICLE,FZP)具有阻止腋芽分生组织形成并建立花分生组织的作用,水稻的产量和其密切相关。

邢永忠称,FZP是一个很重要的发育基因,其编码蛋白是不能改变的,若改变则水稻就无法结种。但是,可以通过控制FZP的表达量来控制水稻的产量。FZP的功能强,水稻粒子就变大,粒子数变少;FZP功能弱,水稻粒子就变小,粒子数就变多。

邢永忠称,每穗粒数、穗数和千粒重三个因素决定了水稻单亩产量,但是增加每穗粒数是增加产量的最有效途径。FZP的表达量变化恰好同时调控每穗粒数和千粒重的变化,如何优化FZP的表达量从而使二者关系最优化,从而使水稻产量最大化,是需要进一步研究的。

邢永忠研究小组就利用粒形差异显着的亲本川7和豪博卡构建的群体通过图位克隆(Map – based cloning,又称定位克隆),在亲本川7的FZP上游5.3kb处,发现一个18bp片段的转录沉默子发生复制,造成拷贝数变异(Copy number variation,CNV),名为CNV-18bp,使得亲本川7里有两个18bp片段串联在一起。

拷贝数(copy number)是指某基因在某一生物的基因组中的个数,单拷贝就是该基因在该生物基因组中只有一个,多则指有多个。拷贝数变异(Copy number variation,CNV)是由基因组发生重排而导致的,一般指长度为1kb以上的基因组大片段的拷贝数增加或者减少。

进一步的研究发现,转录抑制子OsBZR1结合CNV-18bp中的CGTG基因序列,从而抑制了FZP的表达。这种有两个18bp片段的FZP表达量比单个拷贝的要低,使得穗分枝时间更长,产生更多的种子,种子略微变小。该团队通过研究发现,有两个18bp片段的水稻千粒重大概减少了10%左右,每穗粒数增加40%-50%,穗数并无显着性差异,但水稻产量要比只有一个18bp片段的高15%。

事实上,绝大多数水稻中只有一个18bp片段,邢永忠团队检测了500多份材料发现,只有印度、孟加拉等东南亚地区的少数品种才有两个串联的18bp片段。邢永忠称,这种是在自然界中发生变异的。因此,可以利用分子标记辅助育种,使该优良等位基因在中国高产品种的改良中发挥巨大作用。

邢永忠对此很有信心,其所领导的小组正在利用该优良等位基因,对中国水稻骨干亲本加以改良。(生物谷Bioon.com)

积极数据频报 杜氏肌营养不良基因治疗吹响号角

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积极数据频报 杜氏肌营养不良基因治疗吹响号角

 

有一种致命的遗传疾病,其特征在于随意肌肉运动的进行性丧失。肌肉无力首先发生在儿童早期(2-5岁),在青春期(10-13岁)失去走动的能力,并最终导致青年期(25-28岁)由于心脏或呼吸衰竭的并发症而死亡。

这种疾病 – 杜氏肌营养不良(Duchennemusculardystrophy,DMD),是X染色体上dystrophin基因突变引起的最常见和最严重的肌营养不良症,这种突变导致患者肌肉中缺少抗肌营养不良蛋白(dystrophin),特征是进行性肌肉退化和萎缩,导致心肌病和呼吸衰竭而过早死亡。

平均每5000名男婴就有1人受到影响。据估计,美国约有1.5万名男孩患有DMD,全世界估计有30万名患者。尽管很少见,但社会负担很高,美国每年的成本为7.87亿美元。

像大多数罕见的遗传性疾病一样,DMD目前无法治愈。但是,新技术首次提供了替代或纠正基因缺陷的希望,这可能从根本上改变DMD和其他遗传疾病的进程。

针对DMD药物的临床开发屡屡受挫,包括辉瑞诺华、安进和Shire在内的制药巨头都曾在DMD临床试验的遭受挫败。

事实证明,在解决这类严重肌肉疾病方面存在很大问题。目前,在美国只有一种获批的DMD治疗方法-FDA曾在2016年加速批准了Sarepta公司的Exondys51(eteplirsen)注射液,这也是首款DMD药物。eteplirsen是一种反义寡核苷酸,能结合未成熟mRNA并且掩盖住51号外显子,从而在翻译成蛋白质时跳过51号外显子,产生的抗肌营养不良蛋白会缺少几个氨基酸,但仍然具有功能。

但其疗效一直备受争议。其在没有显着疗效数据的情况下被FDA批准,也反应出对新药的强烈需求。

显然,DMD是一块难啃的大骨头,患者仍然迫切需要治疗,而越来越多的生物技术公司也正在转向基因疗法以求突破。

最常规的基因治疗方法是利用病毒载体向体内递送功能性基因拷贝,但对于DMD这一疾病而言,缺失的抗肌营养不良蛋白基因长达2600kb,难以使用常规的载体工具进行递送。

因此,不约而同地,各大公司都是利用对肌细胞亲和性较好的AAV血清型病毒载体,装载上部分截短但仍足以发挥功能的抗肌营养不良蛋白基因。其中,有3家公司是推进较快的,包括SareptaTherapeutics,还有SolidBiosciences和制药巨头辉瑞。

1、Sarepta Therapeutics

Sarepta拥有全国儿童医院(NationwideChildren’sHospital)微型抗肌营养不良蛋白(micro-dystrophin)基因治疗计划的独家选择权。AAVrh74.MHCK7.micro-Dystrophin将MHCK7启动子与AAVrh74载体结合,以提供设计用于维持血影蛋白样重复序列2和3的微型抗肌营养不良蛋白转基因。与AAV9载体相比,AAVrh74旨在增强肌肉中的表达。

2018年6月,Sarepta公布了I/IIa期前3名患者的结果,所有检测方法都表现出肌肉中强大的微型抗肌营养不良蛋白表达,微型抗肌营养不良蛋白阳性纤维的平均基因表达为76.2%,纤维平均强度为74.5%。在治疗后活组织检查中,Westernblot检测到平均微型抗肌营养不良蛋白水平为正常的38.2%,或按照量化方法调整了脂肪和纤维化组织正常组的53.7%。

另外,血清肌酸激酶(CK)水平显着降低,CK是一种与DMD引起的肌肉损伤强烈相关的酶生物标志物。在第60天,CK的平均降低超过87%。

试验中没有报告严重不良事件,其中约有12名患者入组。2名患者的γ-谷氨酰转移酶(GGT)水平升高,但均在一周内因使用免疫抑制药物类固醇而消退。

尽管同年7月由于第三方提供的研究级质粒存在痕量DNA片段,FDA要求将临床试验中止。但该试验于9月24日重回正轨。

近日,参加Study-101测试的四名DMD男孩患者的新九个月数据显示,基因治疗结果仍然“非常令人鼓舞”,促使抗肌营养不良蛋白表达增加81.2%,伴随着功能表现的显着改善,并且没有副作用的迹象。

Sarepta希望在新的II期试验中证实这些结果-名为Study-102(NCT03769116)-将招募24名患有4至7岁DMD的男孩。大约13名患者已经参加了试验,招募仍然开放。

由于DMD患者经常死于心脏病,因此拯救心肌功能至关重要。Study-101(NCT03375164)招募了4名患有DMD的男孩,年龄在4到7岁之间,血液中的肌酸激酶(CK)-肌肉炎症的标志-在试验开始时(基线)在20,000到35,000U/L之间。

他们接受皮质类固醇预防性治疗,在最初的30天内给予高剂量,随后给予标准护理皮质类固醇剂量。

治疗后,90天进行的肌肉活组织检查的分析显示微型抗肌营养不良蛋白在肌膜处广泛表达

研究人员量化肌肉膜上微型抗肌营养不良蛋白的量(称为强度),并报告与基线或治疗前相比增加了96%。在治疗后90天,4名患者中检测到81.2%的微型抗肌营养不良蛋白阳性肌纤维。蛋白质印迹量化微肌营养蛋白的总量:在调整脂肪和纤维化后,与研究开始相比,观察到微型抗肌营养不良蛋白增加95.8%;不调整结果时,仍然可以看到增加74.3%。微型抗肌营养不良蛋白基因以每个细胞3.3个拷贝存在。

治疗后近9个月(270天),NSAA(一个17项评定量表,用于测量运动能力)评分显示运动能力显着改善。4到5岁的1、2和4名患者的数据显示,在大约9个月的时间里,得分增加了8分,远远超出了从自然史上的预测。

自然史数据显示,类固醇治疗可使4至5岁DMD患者的NSAA评分提高2分。试验开始时,6岁的第三名患者的NSAA基线得分最高,为26分,9个月时仍有2分的改善。研究人员认为,这种较小的改善很重要,因为从自然历史数据中知道,6岁和7岁的儿童实际上在一年中减少了4分。

来自所有患者的汇总数据显示,NSAA评分对比基线(研究开始)平均改善6.5分。这些结果意味着“这些患者可以独立完成6项活动,而其他未经治疗的DMD男孩则无法做到。”

炎症生物标志物CK随时间呈现总体下降趋势。研究人员发现CK的减少与类固醇的使用有关,这一发现在其他研究中也有所体现。

公司表示,在整个试验过程中没有发现针对微型抗肌营养不良蛋白的免疫反应。安全性信号仍为阳性,患者继续表现良好且没有不良副作用的证据。

如先前报道,三名患者的γ-谷氨酰转移酶(GGT)升高,这是肝损伤的标志物,但这些水平在增加类固醇剂量后一周内恢复正常。

该研究将跟踪这些患者共三年。没有进一步的活检计划用于中间时间点。“没有计划对这些儿童进行为期12个月的活检,原因是儿童手术非常具有侵入性……然而,Sarepta正在研究如何在长期内找到治疗耐久性的良好非侵入性标记物。”Sarepta计划不对这些首批患者进行进一步更新,现在重点转向II期安慰剂对照试验。

虽然是初步的,但这些功能性结果比以前在DMD中看到的任何结果都要好,甚至比公司在开始时预期的要好。

2、Solid Biosciences

SolidBiosciences正在开发一种微型抗肌萎缩蛋白基因疗法SGT-001,与Sarepta不同,该疗法使用AAV9载体进行递送。

目前,SGT-001已获美国FDA颁发的罕见儿童疾病(RPDD)以及孤儿药指定。I/II期IGNITEDMD试验于2017年11月启动,是一项随机、对照、开放的、单剂量递增的临床I/II期研究。预计,初步数据将于2019年上半年报告。

与Sarepta一样,该项临床试验也是略有波折但现在已回归正轨。去年3月,由于实验室发现血小板、红细胞计数减少,短暂肾功能损害和补体激活证据,第一名接受SGT-001治疗的患者住院治疗,FDA对该试验进行了全面的临床控制。直至6月中旬,FDA才解除了对SGT-001I/II期试验的临床控制。

在解除临床试验控制后,Solid对IGNITEDMD项目协议书进行了修改,包括在服用SGT-001后的最初几周使用IV型糖皮质激素,并加强监测措施,其中包括补体激活监测。如果观察到补体激活,将用Eculizumab(世界最贵单抗)进行后续治疗。

3、辉瑞

2016年8月,辉瑞以1.5亿美元的价格收购了基因治疗公司BambooTherapeutics,获得该公司的DMD基因疗法,使用AAV9载体将迷你抗肌萎缩蛋白递送到人的肌肉细胞。在辉瑞,Bamboo用于肌营养不良的这款基因替代疗法被编号为PF-06939926。

目前,PF-06939926已经获得FDA孤儿药和罕见儿童疾病指定,以及EMA的孤儿药指定。2018年3月,该疗法迎来了I期临床试验的首例患者,预计该研究的早期数据将于2019年上半年公布。

有趣的是,去年辉瑞宣布终止domagrozumab单抗治疗DMD的两项II期临床研究。可见,PF-06939926基因治疗计划将成为该公司在DMD上的制胜法宝。

4、Audentes Therapeutics

总部位于旧金山的AudentesTherapeutics公司于4月8日表示,已与全国儿童医院达成许可协议,开发DMD和1型肌强直性营养不良(DM1)的治疗方案。该疗法将AAV递送与反义寡核苷酸组合。

DMD基因疗法-AT702,预计将在今年第四季度开始进行I/II期研究;DM1基因疗法-AT466,该公司希望明年向FDA提交研究性新药(IND)申请。

分析师认为,该交易让Audentes进入了一个相对拥挤的DMD基因治疗空间,但其策略仍有别于其他公司。特别是,AT702结合反义寡核苷酸与AAV递送,且拥有更小的有效载荷,可以帮助它克服像SareptaTherapeuticsExondys51(eteplirsen)这样的“裸”反义寡核苷酸的缺点,同时提供比DMD领域的其他基因疗法更好的疗效。

Audentes首席执行官MatthewPatterson在一份声明中说:“这种方法具有巨大的潜力,以治疗不适合传统基于AAV的基因替代的疾病。”

5、基因编辑(CRISPR)疗法

基因编辑方法,包括CRISPR,旨在删除DNA的特定部分。与反义疗法类似,该方法可用于恢复基因的对齐,因此也可解决一部分患者的突变问题。重要的是,与外显子跳跃不同,它旨在永久性地改变患者的基因组,因此可能具有长期耐久性,但也引起更大的潜在安全问题。

几家公司(ExonicsTherapeutics、SareptaTherapeutics和MyoGeneBio)正致力于开发DMD的CRISPR疗法,但这些计划仍处于临床前阶段测试阶段。来自动物研究的初步数据表明,CRISPR可能会对DMD基因进行强有力的修正,但在进入临床试验之前,需要进一步的动物研究以更好地了解风险。

DMD治疗领域亟待新方法,基因疗法为患者带来新希望。可以说,这是一个极为激烈的领域,对于它们来说,一旦出现问题,就有可能落后。

因此,每家公司都必须专注于此,以到达各大监管里程碑及率先上市的机会。当然,对于DMD患者,这也展现出了潜在的希望。(生物谷Bioon.com)

 

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