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轉(zhuǎn)錄組學(xué)，即在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的情況及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的學(xué)科，近年來(lái)，科學(xué)家們?cè)谵D(zhuǎn)錄組學(xué)研究領(lǐng)域取得了多項(xiàng)研究成果，本文中，小編對(duì)相關(guān)重要研究進(jìn)行整理，分享給大家！
【1】Cell：基于高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序小鼠全細(xì)胞圖譜發(fā)表
doi：10.1016/j.cell.2018.02.001
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等資助下，近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)中心郭國(guó)驥教授團(tuán)隊(duì)在單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)及哺乳動(dòng)物全細(xì)胞表達(dá)譜系分析研究中取得突破性進(jìn)展。相關(guān)成果以“Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-seq”（利用微孔板測(cè)序技術(shù)繪制小鼠細(xì)胞圖譜）為題，于2018年2月23日在生命科學(xué)*期刊Cell（《細(xì)胞》）雜志在線發(fā)表。
長(zhǎng)久以來(lái)，生命科學(xué)的研究主要針對(duì)群體細(xì)胞樣品進(jìn)行處理、分析和統(tǒng)計(jì)進(jìn)而獲得均值水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。直到近幾年單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，才使我們能夠從單細(xì)胞的水平更加地解析每個(gè)細(xì)胞究竟在表達(dá)哪些基因，在機(jī)體分化、再生、衰老以及病變過(guò)程中這些基因的表達(dá)又發(fā)生哪些變化以及變化的幅度有多大等問(wèn)題。因此，單細(xì)胞組學(xué)分析技術(shù)不僅在方法學(xué)上是繼傳統(tǒng)的細(xì)胞檢測(cè)、分類(lèi)和鑒定技術(shù)的一次突破，而且其結(jié)果也將會(huì)對(duì)經(jīng)典的細(xì)胞發(fā)生、組織分化、器官發(fā)育及功能穩(wěn)態(tài)維持的分子細(xì)胞機(jī)制帶來(lái)新的理解和認(rèn)識(shí)。
【2】Diabetologia：突破！科學(xué)家鑒別出2型糖尿病患者胰島組織的新型轉(zhuǎn)錄組學(xué)特性
doi：10.1007/s00125-017-4500-3
2型糖尿病在影響著超過(guò)5億人的健康，其致病原因是由于機(jī)體中胰島中的β細(xì)胞無(wú)法產(chǎn)生足夠的胰島素來(lái)維持機(jī)體的血糖水平。近日，一項(xiàng)發(fā)表在雜志Diabetologia上的研究報(bào)告中，來(lái)自德累斯頓技術(shù)大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過(guò)研究在2型糖尿病患者的胰腺胰島中鑒別出了一類(lèi)新型的失調(diào)基因簇，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)或?yàn)楹笃谘芯咳藛T開(kāi)發(fā)有效治療2型糖尿病的新型療法提供新的希望。
研究人員希望能夠通過(guò)研究尋找能夠促進(jìn)胰腺β細(xì)胞再生、維護(hù)和保護(hù)的通路，并以此作為一種新方法來(lái)加速糖尿病新型療法和預(yù)防性手段的開(kāi)發(fā)。首先研究人員想通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者機(jī)體β細(xì)胞中發(fā)生異常表達(dá)的基因，這些基因表達(dá)的改變或會(huì)引發(fā)糖尿病患者機(jī)體β細(xì)胞的能力匱乏；本文研究中，研究人員基于比較基因組表達(dá)方法，從非糖尿病和糖尿病器官捐獻(xiàn)者及接受胰腺外科手術(shù)患者的機(jī)體中收集到了胰島組織并且對(duì)其進(jìn)行了深度分析。
【3】Nature：重大突破！利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞機(jī)制
doi：10.1038/nature24454
在心臟病發(fā)作后，通過(guò)逆轉(zhuǎn)瘢痕組織產(chǎn)生健康的心肌組織將會(huì)引發(fā)心臟學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的變革。在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家們已證實(shí)將心臟成纖維細(xì)胞（瘢痕組織細(xì)胞）轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞是可行的，但是梳理出這是如何發(fā)生的細(xì)節(jié)并不是件容易的事情，而且將這種方法用于臨床實(shí)踐或甚至其他的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目中一直都是難以實(shí)現(xiàn)的。
如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的研究人員將微流體單細(xì)胞RNA測(cè)序與數(shù)學(xué)建模、遺傳方法和化學(xué)方法結(jié)合在一起，描述了從成纖維細(xì)胞到心肌細(xì)胞的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)化期間逐步發(fā)生的分子變化。在北卡羅來(lái)納大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)與實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)助理教授Li Qian博士的領(lǐng)導(dǎo)下，這些研究人員不僅成功地重建了單個(gè)成纖維細(xì)胞在這個(gè)過(guò)程中選擇的路徑，而且還鑒定出在成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞期間發(fā)揮著重要作用的分子通路和關(guān)鍵性調(diào)節(jié)物。相關(guān)研究結(jié)果于2017年10月25日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Single-cell transcriptomics reconstructs fate conversion from fibroblast to cardiomyocyte”。
Qian實(shí)驗(yàn)室開(kāi)創(chuàng)直接心臟重編程（direct cardiac reprogramming）方法，并且在過(guò)去幾年對(duì)這種方法進(jìn)行優(yōu)化。作為心臟再生和疾病建模的一種有前景的方法，它涉及將心臟中的非心肌細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為非常類(lèi)似于內(nèi)源性心肌細(xì)胞的誘導(dǎo)性心肌細(xì)胞（induced cardiomyocytes， iCM）。就像任何重編程過(guò)程那樣，接受重編程的很多細(xì)胞并不會(huì)同時(shí)發(fā)生重編程。這意味著這是一種“異步（asynchronous）”過(guò)程。轉(zhuǎn)化在不同的時(shí)間發(fā)生。因此，在這個(gè)過(guò)程的任何階段，細(xì)胞群體總是含有未轉(zhuǎn)化的細(xì)胞、部分重編程細(xì)胞和*重編程細(xì)胞。換言之，細(xì)胞重編程是“異質(zhì)的（heterogeneous）”，這就使得很難利用傳統(tǒng)方法開(kāi)展分析。
【4】Science：新突破！在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分辨率下重建虛擬果蠅胚胎
doi：10.1126/science.aan3235
在經(jīng)過(guò)13次快速的細(xì)胞分裂之后，一個(gè)受精的果蠅卵子產(chǎn)生大約6000個(gè)細(xì)胞。它們?cè)陲@微鏡下看起來(lái)都一樣。然而，在那時(shí)，果蠅胚胎中的每個(gè)細(xì)胞已知道它是變成神經(jīng)元還是肌肉細(xì)胞，或者變成腸道、頭部或尾部的一部分。
如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自德國(guó)馬克斯-德?tīng)柌紖慰朔肿俞t(yī)學(xué)中心（Max Delbrück Center for Molecular Medicine， MDC）柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所（Berlin Institute of Medical Systems Biology， BIMSB）的Nikolaus Rajewsky團(tuán)隊(duì)和Robert Zinzen團(tuán)隊(duì)分析了上千個(gè)果蠅細(xì)胞的*基因表達(dá)譜，并且利用一種新的空間映射算法，基于這些數(shù)據(jù)，重新組裝出果蠅胚胎。結(jié)果就是獲得一種虛擬的果蠅胚胎，該胚胎能夠地展現(xiàn)出哪些基因在哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)上是有活性的。BIMSB神經(jīng)組織分化系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Robert Zinzen說(shuō)，“這基本上是早期胚胎的轉(zhuǎn)錄組藍(lán)圖。”
【5】Nature：RNA 修飾研究有助表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)進(jìn)一步發(fā)展
doi：10.1038/542503a
2004 年，以色列特拉維夫大學(xué)（ Aviv University in Israel）的腫瘤學(xué)家 Gideon Rechavi 等人將當(dāng)時(shí)能夠找到的所有人類(lèi)基因組 DNA 序列與對(duì)應(yīng)的 mRNA 進(jìn)行了比對(duì)。他們希望找到 mRNA 序列里的腺嘌呤（adenosine， A）轉(zhuǎn)換成次黃嘌呤（inosine， I）的信號(hào)。這種 A 到 I 的轉(zhuǎn)換會(huì)改變蛋白質(zhì)的編碼序列，對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)而言，這是保證天然免疫系統(tǒng)正常功能的關(guān)鍵因素。據(jù) Rechavi 回憶，這項(xiàng)工作聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但實(shí)際上非常復(fù)雜。好多個(gè)研究小組都曾作出嘗試，但結(jié)果都以失敗告終。這主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的測(cè)序技術(shù)還不太發(fā)達(dá)，會(huì)產(chǎn)生很多錯(cuò)誤的測(cè)序結(jié)果，比如單堿基突變結(jié)果，進(jìn)而帶來(lái)了很大的數(shù)據(jù)噪聲。但是 Rechavi 等人使用了新的生物信息學(xué)工具，所以成功地在轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個(gè) A—I 轉(zhuǎn)換位點(diǎn)，而一個(gè)細(xì)胞，或者物種的所有 mRNA 其實(shí)也就這么多。后續(xù)的研究又陸續(xù)將這些 A—I 轉(zhuǎn)換位點(diǎn)的數(shù)量增加到了數(shù)百萬(wàn)個(gè)。
發(fā)現(xiàn)次黃嘌呤轉(zhuǎn)換算得上是一種特例，因?yàn)榭蒲腥藛T只需將 DNA 序列與 RNA 序列進(jìn)行比對(duì)，就能夠輕易地發(fā)現(xiàn)這些位點(diǎn)。但是在 mRNA 的序列里，至少有 1/4 的核酸（A、C、G、U）是攜帶有化學(xué)修飾物的（我們將 DNA 序列里的這種修飾稱(chēng)作表觀遺傳學(xué)修飾），只不過(guò)現(xiàn)有的測(cè)序手段無(wú)法發(fā)現(xiàn)這些修飾物?？蒲腥藛T也不知道這些修飾物會(huì)給 RNA 帶來(lái)怎樣的改變，因此他們正在努力解決這個(gè)問(wèn)題。
【6】掀開(kāi)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的面紗：可視化觀察組織中的基因表達(dá)
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞典卡羅琳斯卡研究所和*理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的被稱(chēng)作空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（spatial transcriptomics）的高分辨率方法研究一種組織中哪些基因是有活性的。這種方法能夠被用于所有類(lèi)型的組織中，而且在臨床前研究和癌癥診斷中是有價(jià)值的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics”。
疾病改變組織中RNA分子和蛋白表達(dá)。為了獲得關(guān)于疾病的更多知識(shí)和優(yōu)化診斷方法，對(duì)組織樣品進(jìn)行顯微研究經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)院中開(kāi)展，但是迄今為止，科學(xué)家們只能夠同時(shí)確定少量RNA分子的位置。
在這項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞典卡羅琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授團(tuán)隊(duì)與來(lái)自瑞典*理工學(xué)院的Joakim Lundeberg教授團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數(shù)量，并且利用顯微鏡提供它們的空間信息。
【7】Nat Commun：基因組和轉(zhuǎn)錄組分析為對(duì)抗致命感染找到新希望
doi：10.1038/ncomms12218
zui近一項(xiàng)發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Nature Communication上的文章為毛霉目真菌的進(jìn)化過(guò)程提出了新的見(jiàn)解。毛霉目真菌這是一類(lèi)能夠引起致命感染的真菌，這種感染在部分病人群體中越來(lái)越多，該研究發(fā)現(xiàn)的一些分子途徑或可在將來(lái)開(kāi)發(fā)為潛在的治療和診斷靶點(diǎn)。
當(dāng)人類(lèi)的免疫系統(tǒng)功能減弱，毛霉目真菌就容易侵入人類(lèi)細(xì)胞，引起致命感染——毛霉菌病。馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了病人發(fā)生毛霉菌病的過(guò)程中所需要的一些關(guān)鍵分子途徑。
研究人員首先對(duì)30種毛霉目真菌的基因組進(jìn)行了測(cè)序，對(duì)真菌入侵過(guò)程中人類(lèi)呼吸道上皮細(xì)胞以及引起毛霉菌病的三種zui常見(jiàn)真菌進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析，揭示了宿主和真菌中促進(jìn)發(fā)病的關(guān)鍵因素，從中找到了毛霉菌病發(fā)病機(jī)制種一些必須的信號(hào)途徑。
【8】Science：利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)可視化觀察組織中的基因表達(dá)
doi：10.1126/science.aaf2403
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞典卡羅琳斯卡研究所和*理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的被稱(chēng)作空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（spatial transcriptomics）的高分辨率方法研究一種組織中哪些基因是有活性的。這種方法能夠被用于所有類(lèi)型的組織中，而且在臨床前研究和癌癥診斷中是有價(jià)值的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年7月1日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics”。
疾病改變組織中RNA分子和蛋白表達(dá)。為了獲得關(guān)于疾病的更多知識(shí)和優(yōu)化診斷方法，對(duì)組織樣品進(jìn)行顯微研究經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)院中開(kāi)展，但是迄今為止，科學(xué)家們只能夠同時(shí)確定少量RNA分子的位置。
在這項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞典卡羅琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授團(tuán)隊(duì)與來(lái)自瑞典*理工學(xué)院的Joakim Lundeberg教授團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數(shù)量，并且利用顯微鏡提供它們的空間信息。
【9】Science：開(kāi)發(fā)出TT-Seq技術(shù)繪制人類(lèi)瞬時(shí)轉(zhuǎn)錄組圖譜
doi：10.1126/science.aad9841
基因之間的序列長(zhǎng)期以來(lái)被視為“垃圾DNA”，我們?nèi)缃裰浪鼈円舶l(fā)揮著至關(guān)重要的功能。這些DNA區(qū)域發(fā)生的突變能夠嚴(yán)重地對(duì)人類(lèi)發(fā)育造成損害，而且可能在生命后期導(dǎo)致嚴(yán)重疾病。然而，在此之前，調(diào)節(jié)性DNA序列一直很難發(fā)現(xiàn)。如今，在一項(xiàng)新的研究中，德國(guó)慕尼黑理工大學(xué)計(jì)算生物學(xué)教授Julien Gagneur團(tuán)隊(duì)和德國(guó)馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所教授Patrick Cramer團(tuán)隊(duì)如今開(kāi)發(fā)出一種方法可以用于發(fā)現(xiàn)活躍的可控制基因活性的調(diào)節(jié)性DNA序列。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年6月3日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“TT-seq maps the human transient transcriptome”。
我們DNA中的基因含有詳細(xì)的用于蛋白表達(dá)的組裝指令，而蛋白執(zhí)行和控制著我們細(xì)胞中的幾乎所有過(guò)程。為了確保每個(gè)蛋白在我們體內(nèi)合適的地點(diǎn)合適的時(shí)間上完成它的任務(wù)，相對(duì)應(yīng)的基因活性就必需受到嚴(yán)格地控制。這種嚴(yán)格控制功能是由基因之間的調(diào)節(jié)性DNA信息所承擔(dān)。
論文共同通信作者、馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所分子生物學(xué)系主任Patrick Cramer教授解釋道，“調(diào)節(jié)性DNA區(qū)域是人類(lèi)發(fā)育、組織保存和免疫反應(yīng)等*的。再者，它們?cè)诙喾N疾病中發(fā)揮著重要作用。比如，患有癌癥或心血管疾病的病人正是在這些調(diào)節(jié)性DNA區(qū)域中發(fā)生很多突變。”
【10】Cancer Research：轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)可診斷多種癌癥的泛標(biāo)記物
doi：10.1158/0008-5472.CAN-15-0484
在癌癥的發(fā)生過(guò)程中，許多基因都會(huì)發(fā)生突變并出現(xiàn)功能紊亂，而越來(lái)越多的研究也發(fā)現(xiàn)這些發(fā)生突變的基因或可作為癌癥的診斷標(biāo)記或靶向治療得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，幫助癌癥的臨床診斷和治療。
近日，來(lái)自日本、丹麥和澳大利亞的科學(xué)家在學(xué)術(shù)期刊Cancer Research上發(fā)表了一項(xiàng)研究進(jìn)展，他們利用轉(zhuǎn)錄組分析的方法對(duì)多種癌癥類(lèi)型中反復(fù)出現(xiàn)的一些基因突變進(jìn)行了揭示，而這些新發(fā)現(xiàn)的基因突變或可作為潛在生物標(biāo)記在癌癥的臨床診斷和靶向治療過(guò)程中發(fā)揮重要作用。（生物谷）
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