12月12

发布于 16:20 医学研究, 最新文章
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Unraveling the genetic cause of a consanguineous family with unilateral coloboma and retinoschisis: expanding the phenotypic variability of RAX mutations  云平台助力解析单侧眼组织缺损和视网膜裂症的家族遗传原因   杂志： Scientific Reports  影响因子：4.259 PMID:28831107   研究背景： 眼组织缺损（OC）是一种常见的发育结构性缺陷，因视神经不完全闭合发展而成。通常在虹膜、脉络膜视网膜或视盘组织部分发生眼组织缺损。这一疾病进程由多种基因突变引起，具有遗传异质性和复杂性。理解OC发病分子机制及基因型与表型相关性，对于OC的分子诊断具有重要意义。 近期云平台助力温州医科大学黄秀峰老师在Scientific Reports发表了一篇关于眼组织缺损致病性突变的研究，通过对OC患者及其家族成员进行了全外显子组测序（WES），纯合子定位分析、全面变异分析，找到了血缘家族中单侧眼组织缺损与视网膜裂症的遗传原因，阐述了OC基因型表型相关性。跟随小编去看看吧。   材料和方法： 材料：采集患者及其家族成员血液，提取DNA   测序平台：Illumina HiSeq 2000   分析平台：BMKCloud，具体分析如下： 1.全基因组测序结果与人参考基因组进行比对（SOAPaligner），筛选SNV和Indel（SOAPaligner、GATK ） 2.SNP阵列分析纯合子定位 3.变异型分析 根据ExAC、NHLBI ESP、1000 Genome、dbSNP137数据库检索，对致病变异型进行初始筛选，并进行Sanger测序验证。评估候选变异型作用。分析错义突变体（SIFT、Polyphen-2、MutationTaster）。预测每个候选变异型多肽的拓扑模型（SMART、RaptorX、PyMol）另外进行序列比对（Clustal Omega），确定核苷酸保守性程度（PhyloP）   研究结果： 1.表型检测 患者是一名14岁男性，携带常染色体隐性遗传病，生于近缘家族，全面眼科检查显示其最近左眼视力逐渐丧失，双眼出现轻微白内障症状。眼前段裂隙灯检查显示右眼正常（图1A），但左眼6点钟方向虹膜缺损（图1D）。眼底检查右眼视神经盘缺损（图1B），左眼脉络膜缺损（图1E）。在视觉范围上，右眼生理盲区扩大（图1C），双眼视觉对比敏感度低（图1C，F）。其他家庭成员没有OC或眼部畸形。除OC表型外，眼底荧光血管造影（FFA）和光学相干断层扫描（OCT）结果提示患双侧视网膜血管炎和继发性视网膜劈裂症（图1G，H，K和L）。接受2个月激素治疗后，双眼黄斑水肿逐渐消失（图1I和J）。 图1 RAX基因突变患者临床特征 2.WES及纯合子定位分析表明RAX发生了突变 WES平均测序深度30X,平均覆盖率＞95%. 变异型分析的详细过程（图2A）。变体数据库中排除次要等位基因频率（MAF）>0.005的变异型。纯合子分析显示有12个大于2 Mb的纯合子位点（图2B）。在使用逐步筛选策略后，发现在纯合子区域有3个候选变异型（RAX、TRPM5、PCDH17）。在家族成员中扩大检测后筛选得到一个RAX错义突变（c.113 T> C，p.I38T）。且在dbSNP137、1000 Genome、ESP6500、内部数据库、ExAC数据库中没有此错义突变（图3A-B）。 纯合子分析表明RAX基因位于18号染色体上较大的纯合子区域（18.19 Mb）（图2B）。 c.113 T> C变异使疏水性异亮氨酸转变为亲水性苏氨酸。该家族中基因型与表型分离（图3A，B）：患者父母是杂合子携带者，其健康的姐妹无此突变。在38位的异亮氨酸高度保守（图3C），核苷酸位点c.113T> C的PhyloP得分为2.986。表明RAX基因的纯合子突变 c.113 T> C是OC的病因。 图2 变异分析流程及纯合子分析图谱 图3 RAX突变鉴定（A.谱系遗传;B.Sanger验证;C.RAX基因 Ile38 氨基酸残基进化保守性） 3.RAX突变比较分析和结构分析 患者在RAX基因的两个等位基因的exon1内有突变（图4A）。RAX c.113 T > C突变导致38位的氨基酸错义突变，氨基酸I38位于八肽模体中，生信分析预测显示I38T错义突变具有破坏性（SIFT得分：0; MutationTaster得分：1），可能对蛋白质，视网膜和前神经折叠同源序列造成损害（PolyPhen2得分：0.873）。子域识别结果表明这个突变不在同源序列、配对序列中（SMART）。对RAX进行潜在功能分析（RaptorX，PyMol），构建结构模型（图4B），结合遗传分析及结构分析结果，我们推测序列改变增加了I38残基的螺旋构象，从而使RAX蛋白空间结构改变。 图4 RAX基因突变结构分析 结果： 在本研究中，我们对UC和视网膜裂症患者及其家庭成员进行了分子遗传学检测。利用全外显子组测序和纯合性定位组合方法，筛选后得到唯一候选致病基因RAX致病突变（c.113 T> C，p.I38T）。结果得到临床、功能模型数据的支持。本研究扩大了对RAX突变表型变异性的理解，有利于进一步理解OC发病分子机制及基因型表型相关性。   创新点： 本研究不仅证明了WES和纯合子绘图是解析遗传异质性疾病患者致病性突变的有用工具，也有助于进一步阐明OC疾病发病分子机制及基因型表型相关性。   参考文献：Huang X F, Huang Z Q, Lin D, et al. Unraveling the genetic cause of a consanguineous family with unilateral coloboma and retinoschisis: expanding the phenotypic variability of RAX mutations.[J]. Sci Rep, 2017, 7(1)....

07月03

发布于 17:52 医学研究, 最新文章
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习惯了正向思维不如来个反向思维；                                    恶性癌组织研究多了不如研究下良性病变组织 文献：Ye L, Zhou X, Huang F, et al. The genetic landscape of benign thyroid nodules revealed by whole exome and transcriptome sequencing[J]. Nature Communications, 2017, 8.  研究背景： 乳头状甲状腺癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）：是最常见的甲状腺癌，其发病率约占甲状腺癌发病率的70-80%， 每10万人中有5.7个人患有PTC，女性约为8.8人，男性约为2.7人，属于低度恶性肿瘤，分化程度高，预后良好。甲状腺癌发病的第一症状是在颈部的甲状腺区出现结节，结节常为无痛性，甲状腺结节发生率很高，这些结节中约有5%的结节可能会出现癌变。已经有诸如TCGA等研究机构对PTC的肿瘤相关变异进行了鉴定（BRAF和RAS基因突变等），但是对于良性结节的基因组特征所知甚少。良性增生性甲状腺结节，尤其是腺瘤样结节，尚未研究过。 新颖点/研究目的：1.甲状腺癌组织研究的很多，良性结节的遗传和表达景观如何？ 传统认为PTC和良性结节具有独立起源，是否可以提供基因组层面证据？ 传统的基因检测技术通过检测恶性癌组织相关突变标志提供纳入标准（rule-in）辅助诊断，是否可以鉴定良性组织相关突变标志提供排除标准（rule-out）？ 实验材料：共计28例患者的经过手术获得的127个样本的癌组织（PTC）或结节组织、正常组织及配对的germline外周血液样本。患者根据有无PTC癌组织分成2组，TB和SB（只有良性结节，且持续2年）。 研究结果： 1.良性腺瘤样甲状腺结节相比于乳头状甲状腺癌具有独特的变异 外显子组测序（平均161X）结果显示，相比于外周血，在正常组织、良性结节组织和乳头状甲状腺癌组织中共计检测到了528个基因中的688个体细胞突变，肿瘤组织和结节组织中体细胞突变数目（/Mb）明显高于正常组织，但肿瘤组织和结节组织的突变特征（6种类型的碱基替换及其上下文）却明显不同。 经过高频突变基因（significantly mutated genes,SMGs）分析，乳头状甲状腺癌中以BRAF突变为主（80%样本中携带），最主要的是BRAFV600E突变，这与TCGA的研究是一致的。而良性结节（TB和SB两组）组织中与癌组织中完全不同，检测到了互相排斥的ZNF148 (21.4%)、SPOP (14.3%) 和EZH1 (10.7%)。   高频突变基因频谱   在额外的231例良性结节中对上述三个基因中主要的体细胞突变进行了验证，ZNF148基因突变频率有所下降（5.4%），其他2个基因突变保持相似水平（SPOP P94R 11.2%，EZH1 Q571R 9.3%）。55例滤泡状甲状腺癌（follicular thyroid carcinomas，FTC）中未检测到上述3个基因突变，表明特异存在于良性结节中。 SPOP，EZH1和ZNF148体细胞突变示意图 利用人正常甲状腺细胞系Nthy，构建突变体进行功能实验发现，EZH1 Q571R突变细胞系相比于野生型细胞系，细胞增殖能力轻微增加，侵袭能力降低。EZH1体细胞突变可能是甲状腺肿的早期刺激因素之一。 细胞增殖和侵袭实验 对外显子数据进行CNV分析，只在癌组织中检测到了已知的PTC相关的22号染色体长臂arm水平拷贝数缺失，而良性结节中没有发现重现性的CNV。转录组数据分析后，也没有发现重现性或者功能性的基因融合。 TB组来自相同PTC患者配对的癌组织和良性结节间相同的突变很少 PTC癌组织-良性结节pairs间的共有突变频率展示 PTC癌组织和良性结节的重叠突变频率最低（0-21.4％，中位数7.7％）。 当考虑匹配的正常组织时，只有9个PTC癌组织和良性结节对显示重叠的突变（1.7-7.4％）。共有突变少与纯度没有显著相关性。TB组20个PTC患者的配对组织间体细胞突变变异等位基因频率（variant...

04月20

发布于 17:04 医学研究
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如果有人问你，精子有什么用途？你可脑中可能立刻闪现出，那个带着尖尖的脑袋，拖着长长的尾巴的家伙，正奋力先一颗大大的卵子跑去。精子，那就是用来受精，传递遗传物质，产生下一代呗！如果你这么说，你就out啦！ 近日，一群来自德国综合纳米科技研究所（Institute for Integrative Nanosciences）的“疯子”科学家脑洞大开，发明了一种全新的药物递送系统---用精子递送药物，治疗妇科癌症。 众所周知，癌症是全球性的医学难题。很多号称癌症治疗的“神药”在使用过程中，都会因为进入肿瘤细胞的有效药物浓度不足，造成药效差强人意。如何让药物精准、无损失的抵达肿瘤细胞，无数的科研工作者绞尽脑汁。  细菌“邮差”人类和细菌的寄生、共生关系历史悠久。一个多世纪以前，就有人提出，利用细菌来对抗癌症。早在1891年，美国医生William B. Coley就已经使用链球菌来治疗当时被认为只剩下几周寿命的晚期肉瘤“瘾君子”患者。不得不说，这位患者是幸运的，他的癌症得到了缓解，又继续生活了八年。但是这种方法并不总是奏效。有时肿瘤会得到控制，甚至消退，但有时患者会发生感染并失控导致死亡，因为当时青霉素还没有问世。随着基因工程的出现，科学家们看到了产生更有效、低毒的链球菌的希望。现在，几个细菌菌株已被开发成癌症治疗剂，且它们在动物模型上效果显着。2016年，Din等人利用合成生物学的方法改造细菌，实现了治疗疾病的目的【1】。这些细菌在抵达目标位置时，会同步自发地裂解自杀，释放药物。细菌递送药物的方法，对于治疗肠道肿瘤具有较大优势。因为生活在肠道的细菌喜欢那里的环境---低氧。而某些实体瘤，比如肠道肿瘤也因为肿瘤细胞的过快增殖，导致内部缺氧。肿瘤的低氧区域相对免受免疫系统的攻击，适宜细菌定植和生长。# 细菌和肿瘤细胞共培养体系 纳米“笼子”2011年，牛津大学的物理学家和分子神经学家合作，开发出一种由DNA制造的分子“笼子”，能进入活细胞内部并在其中生存，由此可能带来一种有效的药物递送新方法【2】。这种DNA“分子笼”由4条人工合成的DNA短链构成，在一定的环境下，这些短链能自行组装成一个约7纳米高的四面体（由4个三角面组成的金字塔形）。# 人工合成的DNA短链能够形成纳米尺度的“分子笼”研究证实，这些短链能围绕特定的蛋白质分子进行组装，从而形成一个包裹着蛋白质的“分子笼”。关键的是，通过事前设计的程序，“分子笼”能够在遇到胞内特定的“激发”分子时再度打开，从而释放出内容物（比如携带的靶向药物）。用人类胚胎肾脏细胞所做的实验证实，这些经荧光标记的DNA“分子笼”能够进入细胞，而且大部分“分子笼”保持完好，至少能抵抗细胞内各种酶的攻击达48小时之久。这种较强的生存能力对于药物递送工具而言非常关键，因为这些DNA“分子笼”要成为有效的递送工具，他们必须能有效进入细胞并生存下来，直到找到合适的药物作用位点，并在合适的时间释放出内部所携带的药物。 精子“速递”精子长度只有约55微米，但是却能够每分钟游动4毫米。而且，精子不会引起免疫反应。那如果利用精子做“快递员”，将药物包裹送到目标位置，效果会如何？德国综合纳米科技研究所的研究人员对这个神奇的想法进行了测试【3】。他们将精子泡在化疗药物多柔比星（doxorubicin）溶液中，让它们吸足这些药物。然后，他们利用纳米技术，给精子的头部装上了一个小型“导航仪”。接着，再让这些精子去处理癌症细胞。48小时后，携带有化疗药物的精子展现出了与多柔比星溶剂类似的细胞杀伤效果，而未携带化疗药物的精子则没有出现这一效果。#装有磁性导航仪的精子在水平和垂直磁场作用下运动 QUESTION 遗留问题?相比较于细菌和纳米分子充当“快递员”，精子快递显然更加令人振奋和期待。但是，在临床使用之前，还有一系列问题需要解决，包括技术上和伦理上。首先，精子本身也是个体化的，如何衡量这些“快递员”携带了足够的“药物包裹”以保证疗效；其次，精子在漫长的征途中，是否会发生药物的泄露，导致药物总量减少，从而使到达目的地的药物浓度不足；还有最关键的问题，这一系统的伦理性会受到挑战。谁的精子能够被用来递送药物？它们会不会引起意外怀孕？ 据统计，全球每年有数十万妇科癌症患者。如果该系统能够成功，或许能够对目前的肿瘤治疗带来裨益。 参考文献 1. Din MO, Danino T, Prindle A, Skalak M, Selimkhanov J, Allen K, Julio E, Atolia E, Tsimring LS, Bhatia SN, Hasty J. Synchronized cycles of bacterial lysis for in vivo delivery. Nature. 2016, 536(7614):81-5. 2.Walsh AS, Yin H, Erben CM, Wood MJ, Turberfield AJ. DNA cage delivery to mammalian cells. ACS Nano. 2011, 5(7):5427-32. 3.Haifeng Xu, Mariana Medina Sanchez, Veronika Magdanz, Lukas Schwarz, Franziska Hebenstreit, Oliver G. Schmidt. Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract. arXiv.org>physics>arXiv:1703.08510.   抽奖赠书活动！ 点击填写问卷，参与抽奖，赠好书《生命的未来》! ...

01月12

发布于 09:45 医学研究
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 通过对数千人进行基因组筛查，一个由来自马克斯普朗克心理语言学研究所，布里斯托大学，Broad研究所和iPSYCH联盟研究人员组成的国际科学团队最新研究为学界对基因互作在自闭症和精神分裂症领域的认识提供了新的见解。同时，该研究创造性地发现了基因对于我们在成长过程中沟通能力发展产生的巨大影响。 研究人员对人们儿童期到青春期这段时间内精神障碍风险与社会交际能力水平之间的遗传重叠进行了深入研究。他们发现影响儿童期社会交际的基因与引起自闭症发生的基因之间存在大量的重叠，而当人们进入青春期，这种重叠关系则会逐渐消失。相比之下，影响精神分裂症发生的基因则更多地影响到人们后青春期的社会交际能力，符合疾病的自然史。相关研究对应的论文发表于最新上线的Molecular Psychiatry杂志。 基因在不同成长阶段会带来不同的精神影响 “研究结果表明，类似自闭症和精神分裂等精神状况的发病风险与几个特别的基因密切相关。同时，这些与精神疾病密切相关的基因也会对人们的社会交际能力产生巨大的影响。在人们的不同发展阶段，这些基因发挥着强大的影响力”，文章的主要作者，PIM高级研究员Beate St Pourcain解释说。 对于自闭症和精神分裂症患者来说，与他人进行交互和沟通通常都会成为难题。他们不能轻松地开始一段交谈，也很难对于别人的搭讪给予恰当的回应。另一方面，自闭症和精神分裂症通常会以非常不同的方式发展。 孤独症谱系障碍（ASD，Autism Spectrum Disorder ），的第一症状通常发生在婴儿期或儿童早期，而精神分裂症的症状则通常直到成年早期才会出现。 自闭症或精神分裂的特征存在于我们许多人中 自闭症患者在交际和社会认知方面存在严重的困难，他们通常会在成长的过程中逐渐成为习惯强迫性或顽固性思考的人。相反，精神分裂症患者则相对更容易产生各种幻觉，妄想和严重的思维干扰。然而，最近的研究表明，许多这些与精神疾病相关的特征和经验通常都可以在发育过程中的儿童或正常成人中轻微体现。换句话说，正常人身上存在着正常和异常精神行为之间的连续性渐变状态。 全基因组分析的最新进展可以帮助科学家更为准确地了解精神障碍及其相关症状在未受影响人群中的遗传结构。人群中存在着大量的精神问题风险，但源于多基因效应的轻微症状则更为普遍。对于社会交际行为，这些精神问题相关遗传因素带来的影响却并没有那么稳定，尤其是在人们成长的儿童和青春期阶段。 精神问题的消除 “性状和疾病之间遗传关系的发育敏感分析可能有助于揭示精神病症之间的明显重叠现象。” St Pourcain说。 该研究的另一位主要作者，英国布里斯托大学临床流行病学教授George Davey Smith则表示：“不同精神疾病和社会交际差异的遗传预测因素为这些现象的深入研究以及临床精神病患者的治疗打开了一扇全新的大门。” 伦敦大学学院行为和脑科学教授David Skuse补充说：“这项研究清楚地揭示了儿童社会交际能力水平对于精神问题遗传风险评估的重要意义。我们现在面临的最大挑战是如何确定遗传变异影响大脑发展变化的具体方式。” 来源：Molecular Psychiatry, DOI: 10.1038/mp.2016.198   文章转自转化医学网 ...

01月06

发布于 09:02 医学研究, 最新文章
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前沿进展 | 单细胞测序揭示微转移乳腺癌细胞的起源 微转移是指存在于淋巴结、骨髓和血循环中，但常规临床病理学和影像学方法不能检出的非血液系统恶性肿瘤的转移，一般定义为以单个细胞或微小细胞团形式存在的隐匿性转移。骨髓中的微转移细胞被称为弥散性肿瘤细胞，对乳腺癌患者具有独立的预后价值。 挪威奥斯陆大学医院Bjørn Naume带领的国际研究小组使用单细胞测序分析了从乳腺癌患者骨髓中分离的、疑似存在微转移（micro-metastases）的细胞。他们对来自6名乳腺癌患者骨髓中的63个单细胞进行基因组测序，将这些细胞中的拷贝数异常与来自患者原发性肿瘤的细胞进行比较，发现一小部分细胞是弥散性肿瘤细胞（disseminated tumor cell，DTC），这项研究结果发表在《Genome Biology》上。通过重建这些细胞的系统发生（phylogeny）过程，进一步分析了这些细胞是如何产生的。 文章共同第一作者，来自伦敦弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute）的Jonas Demeulemeester表示，“弥散性肿瘤细胞在重新活化并产生新的肿瘤或转移之前，可以潜伏多年不被发现，而且通常对治疗具有抗性。”   单细胞全基因组测序发现弥散性肿瘤细胞 基于免疫细胞化学染色，研究者们从6名乳腺癌患者的7份骨髓抽吸物中分离出单个细胞，其中6份抽吸物样本是在诊断时收集，1份是在诊断后3年获取。同时，研究人员从抽吸物中收集了7份对照细胞，还从其中一名患者中收集了同步腋窝淋巴结转移样本。根据它们的形态特征，这些细胞被分成肿瘤细胞、疑似造血细胞、造血细胞，以及不确定的细胞群。 所有63个细胞的基因组经过扩增后，进行全基因组测序，测序覆盖深度为1.7X。其中11个细胞中检测到的拷贝数变异模式，与患者原发性肿瘤或淋巴结转移中的模式相似，这说明它们是真正的弥散性肿瘤细胞。研究人员指出，根据细胞形态特征也能判断这11个细胞中大部分是肿瘤细胞。这些弥散性肿瘤细胞来自3名患者，她们后来都出现了肿瘤远端转移。 Demeulemeester说，“这些之前被认为是癌症细胞的细胞中，只有一部分是真的来自原发性肿瘤。因此，进一步细化指标意味着更准确的预后和更加定制化的治疗，可避免过度治疗或者治疗不足。”   外显子组测序分析弥散性肿瘤细胞是如何产生的 但是这些细胞的扩散方式仍然未知，关于细胞的扩散方式有两种理论：一种认为DTC很早就脱离肿瘤的起源位点并独立进化，另一种则认为这些细胞是比较晚的时候从亚克隆上脱离，因此具有与原发性肿瘤大致相似的基因组。 为了重建弥散性肿瘤细胞的可能扩散途径，研究人员对患者的原发性肿瘤、相匹配的正常血细胞和一名患者的淋巴结转移进行外显子组测序，平均测序深度约35X。他们在7个肿瘤外显子组中发现了239个体细胞替换突变，其中103个是非同义突变。利用这些突变作为指导，研究人员重建了3名患者肿瘤的系统发生过程。 在其中一名患者中，研究人员发现原发性肿瘤具有1q和17q DNA克隆增益（DNA gains），以及4号染色体丢失和一些片段缺失。该患者的肿瘤亚克隆还具有1q臂增益。同时，来自该患者的DTC虽然没有亚克隆增益或者任何DTC特异性拷贝数变异，但具有所有克隆拷贝数变异（copy number aberrations，CNA）。在第二名患者中，DTC具有原发性肿瘤的所有克隆CNA以及亚克隆增益。 在第三名淋巴结转移患者的DTC中，他们发现了更复杂的进展模式。该患者的DTC起源于淋巴结转移的多个亚克隆。此外，诊断后3年获得的DTC具有淋巴结转移中发现的所有克隆变异，甚至更多。这说明它们起源于淋巴结转移的亚克隆，在治疗中得以存活并继续进化。研究人员表示，这些结果支持乳腺癌细胞在较晚时候向骨髓扩散的理论。 作者们写道，“虽然我们的样本量较小，还需要进一步深入研究，但是这些结果说明，在这些转移性克隆出现之前若能进行早期检测，可以改善诊断和治疗。” 参考文献：Tracing the origin of disseminated tumor cells in breast cancer using single-cell sequencing. DOI:10.1186/s13059-016-1109-7   文章转自测序中国  ...