遗传 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (6): 523-525.

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  • 出版日期:2021-06-20 发布日期:2021-06-21

  • Online:2021-06-20 Published:2021-06-21

摘要:

Developmental Cell | 成纤维细胞去分化是断肢再生成功的决定因素

       脊椎动物中只有两栖动物能够再生断肢。有尾两栖动物蝾螈在一生各阶段都可以再生断肢,而无尾两栖动物爪蛙在变态后只有很有限的断肢再生能力。爪蛙断肢能够形成再生芽基,但其再生仅限于形成棘状软骨,而且不分节,即没有图式建成。是什么因素导致爪蛙断肢再生发生了缺陷?爪蛙断肢芽基的细胞,与蝾螈芽基细胞究竟有什么不同?近期,奥地利维也纳分子病理研究所的Elly Tanaka与其合作者报道了对这些问题,特别是针对芽基细胞异同的研究结果(2021年5月17日在线发表,doi: 10.1016/j.devcel.2021.04.016)。利用遗传标记结合单细胞测序技术及组织、细胞移植等手段,该研究详细分析了爪蛙断肢芽基与蝾螈断肢芽基细胞的单细胞转录水平上的异同。与蝾螈相同,成体爪蛙的芽基细胞亦来自于结缔组织,但真皮来源的细胞极少能参与到断肢的再生软骨中,提示爪蛙的结缔组织来源细胞可能并没有像蝾螈一样发生完全的去分化。单细胞测序分析结果也直接表明爪蛙的芽基细胞仅发生了部分去分化,不具有胚胎肢芽的特征,而蝾螈断肢芽基细胞的去分化程度达到了100%胚胎肢芽的程度。通过一系列芽基细胞移植(如断肢芽基移植到早期发育中的肢芽)功能实验,结果证明这些未完全去分化的爪蛙断肢芽细胞本身,而不是系统性或断肢局部的微环境造成了爪蛙断肢再生的失败。经过变态过程的爪蛙断肢芽基细胞去分化重新形成软骨的过程可能被“重编程”了。总之,该研究说明成纤维细胞的去分化程度决定了断肢能否完全再生。尽管该研究也存在一定的不足,如未实现蝾螈与爪蛙断肢芽基的异种移植,不能排除蝾螈存在某种特殊因子诱导蝾螈芽基细胞发生完全去分化,但此研究对哺乳动物器官再生研究仍有很好的启示。■推荐人:林古法

Science Advances | 胶质母细胞瘤中染色质转录活性图谱

胶质母细胞瘤(glioblastoma, GBM)是一种恶性脑部原发性肿瘤。通常情况下,它的发病更常见于成年患者。基于基因表达、DNA甲基化和基因组变异的分子图谱结果,对GBM的研究起到重要的推进作用,有助于GBM的临床诊断和治疗。然而肿瘤的异质性对肿瘤的临床治疗是个挑战,调控肿瘤内在转录多样性和亚型身份的增强子结构(enhancer architectures)和核心调控环路(core regulatory circui­tries, CRC)仍然未被阐述。新加坡国立大学H. Phillip KOEFFLER课题组徐良和陈烨博士通过绘制H3K27ac图谱,分析了95个GBM活检组织样本、12个正常脑组织样本和38个对应的细胞系的转录调控活性景观。联合转录组结果,对比分析了正常脑组织和GBM间特异性增强子结构和CRC,定义了新的肿瘤异质性结果。将GBM根据分子亚型分为4种,包括AC1-mesenchymal、AC1-classical、AC2-proneural 和AC3-proneural (2021年4月30日在线发表,doi: 10.1126/sciadv.abd4676)。此外,该研究揭示了在GBM中依赖于超级增强子驱动的转录因子、长链非编码RNA (long non-coding RNAs, lncRNAs)和若干重要药物靶标蛋白驱动了肿瘤的发生发展。该研究结果提供了GBM的分子分型、发病机制和治疗干预的新思路和新见解,将为推动该疾病研究领域的发展提供重要的资源和数据支持,也可为其他遗传性疾病的研究提供有益参考。■推荐人:徐璎

Nature | Archives of Toxicology | 精准检测低频突变新技术的开发与应用

目前的DNA测序方法存在一定的测序错误,对DNA突变的检出率有不同程度的限制,影响了测序在肿瘤、遗传病和衰老等疾病研究以及在环境诱变剂评估检测方面的应用。发展精准的低频突变检测的测序技术具有重要的意义。为了提高测序的准确性,人们已经开发了一些一致性测序的方法,例如对DNA的单个分子进行条形码编码,并对每个分子进行多次测序,从而减少单分子测序的错误率。2021年4月28日, Nature 杂志在线发表了英国Wellcome 桑格研究院的Robert J. Osborne和Iñigo Martin­corena作为通讯作者的“单分子分辨率下的体细胞突变”论文,报道了他们最近开发的nanorate测序(NanoSeq)技术及其在体细胞突变检测中应用(doi: 10.1038/s41586-021-03477-4)。这是一种双重独立校正测序技术,DNA测序错误低于5×10−9,比典型的体细胞突变负荷低两个数量级,可以研究任何组织中的体细胞突变。他们利用这种测序技术精准研究了几种组织中分裂和非分裂细胞的体细胞突变情况,结果发现无论有没有细胞分裂,细胞在整个生命过程中以恒定的速率积累体细胞突变。这表明,独立于细胞分裂的突变过程是体细胞突变的重要因素。

与上述精准检测测序技术类似的是日本国家健康科学研究所Takayoshi Suzuki和上海交通大学栾洋教授联合开发了一种无PCR的缩短双链独立一致性测序方法PECC-Seq,可以将测序错误频率降低到10−7以下,具有全基因组超罕见突变检测的潜力(2020年7月31日在Archives of Toxicology在线发表,doi: 10.1101/2019.12.22.886440)。环境诱变剂诱变率低,过去只能通过转基因动物报告基因方法进行检测,不仅昂贵、繁琐复杂,而且局限性较大,该一致性低频突变检测技术则表现出较好的应用前景。■推荐人:卢大儒

Science | 具有表观遗传修饰的核苷可作为BRCA突变耐药肿瘤治疗的增效剂

参与同源重组修复DNA双链断裂的抑癌基因BRCA1BRCA2突变会导致细胞积累突变的DNA,表现出与乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌或前列腺癌等密切的相关性。靶向DNA损伤备用修复蛋白—多腺苷二磷酸核糖聚合酶(poly(ADP-ribose) polymerase, PARP)的抑制剂可以导致细胞进一步积累DNA变异,杀死癌细胞。但是,肿瘤很快产生耐药性。为寻找PARP抑制剂增效靶标,英国、德国的研究人员采用全基因组CRISPR-Cas9技术和不能解离重组中间产物的同源重组缺陷(HR-deficient)细胞—eHAP MUS81−/−细胞进行筛选,结果发现如果抑制负责阻止羟甲基脱氧尿苷单磷酸摻入DNA的清除因子DNPH1,则可以增强或者恢复BRCA突变的癌细胞对PARP抑制剂的敏感性(2021年4月9日在线发表,doi:10.1126/science.abb4542)。进一步研究发现,单链单功能尿嘧啶DNA糖苷酶SMUG1和hmdU具有联合增效作用,PARP阻滞、DNA复制叉破坏、DNA双链断裂和凋亡都与其最终增效有关。该研究表明,羟甲基脱氧尿苷、DNPH1抑制剂和PARP抑制剂“三管齐下”可能是未来解决BRCA突变肿瘤耐药的新途径。■推荐人:谢建平

Nature Genetics | 国际小鼠表型分析联盟提供5061个基因敲除小鼠系资源

在体研究对于多器官系统的功能解剖和整个生物体的生理至关重要,而实验小鼠仍然是研究哺乳动物(尤其是人类)病理生物学的典型动物模型。国际小鼠表型分析联盟报道了在C57BL/6N遗传背景上,通过靶向小鼠胚胎干细胞重组方法,已经产生了5000多个基因突变的小鼠模型。迄今为止,这些小鼠品系进行了从出生到4月龄的系统性、无偏见表型分析,其中包含了400多个生理参数。数据表明,总共有72%的品系显示至少出现一种指标异常,其中35.8%的品系出现部分或完全致死。所有表型数据通过严格的质控,并且均可通过https://www.mousephenotype.org/从EMBL-EBI托管的IMPC数据库免费获得(2021年4月8日发表,doi: 10.1038/s41588-021-00825-y)。南京大学模式动物研究所和苏州大学剑桥–苏大基因组资源中心也参与了该项目的研究,研究得到了科技部发育编程及其代谢调节重点专项的支持(2018YFA0801100)。■推荐人:徐璎

Nature Genetics | SYK基因功能获得性突变导致人类及小鼠免疫失调

脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase, SYK)是非受体酪氨酸激酶Src家族的一员,在免疫细胞中广泛表达,直接与免疫细胞受体(如B细胞体、Fcγ受体等)结合,参与多种信号通路的激活。SYK在类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、过敏性哮喘和鼻炎等多种自身免疫相关疾病中发挥着重要的作用,但临床上一直没有发现SYK的致病性突变。近期,复旦大学附属儿科医院黄瑛课题组、华东师范大学李大力课题组以及加拿大多伦多儿童医院Aleixo M. Muise课题组合作发现SYK基因的功能获得性突变(gain-of-function)会导致人及小鼠免疫失调和全身性炎症(2021年3月29日在线发表,doi: 10.1038/s41588- 021-00803-4)。研究者通过对一例极早发型多器官炎症患儿全外显子测序,发现其携带有SYK基因1649位C>A的杂合突变,引起550位氨基酸由丝氨酸(Ser)变为酪氨酸(Tyr) (c.1649C>A,p.S550Y),该突变导致磷酸化SYK蛋白水平显著增加,相应下游信号通路广泛被激活。研究者随后在全球各地还发现了5例类似的SYK激活型致病突变。为了确证该突变是导致人类免疫失调的功能获得性突变,研究者利用CRISPR/Cas9技术快速构建了模拟患者S550Y点突变(小鼠中为S544Y)小鼠模型。突变小鼠在5周龄时开始出现自发关节炎症状,并在免疫细胞的成熟分化方面也与患者有着类似的缺陷,有力地证明SYK点突变是导致病人免疫失调的原因。更重要的是,利用SYK抑制剂对发病小鼠进行药物干预及移植野生型小鼠的骨髓细胞均能显著改善Syk点突变小鼠的关节炎表型,为疾病的治疗提供了潜在的治疗策略。总体而言,本研究工作首次确定了SYK的功能获得性突变可以导致人类免疫失调相关疾病的产生;同时还获得了自发关节炎的小鼠模型,这可能是第一例报道的模拟人类突变导致自发关节炎的模型,将为关节炎发生机制研究、药物效果评价以及精准基因治疗等提供可靠的实验动物模型。■推荐人:李大力

Nature | 巨噬细胞分泌NAMPT促进肌肉再生

巨噬细胞在机体发育、稳态维持、组织修复和再生过程中,除了发挥它的免疫功能,还会发挥非免疫功能。澳大利亚莫纳什大学Peter D. Currie实验室和荷兰乌特勒支大学医学中心Jeroen Bakkers实验室的研究人员利用模式动物斑马鱼活体成像的优势,观察到巨噬细胞在肌肉再生过程中为肌肉干细胞提供暂时的、利于增殖的微环境(2021年2月10日在线发表,doi.org/10.1038/s41586-021-03199-7)。他们利用标记巨噬细胞的转基因鱼,发现肌肉损伤后,巨噬细胞会快速到达伤口处,根据驻留时间和形态可大致分为两类:暂时(transient)和长期(dwelling)的巨噬细胞。而且,他们利用单细胞测序和特异性细胞清除等方法,鉴定出一群高表达mmp9的dwelling巨噬细胞,这群细胞通过与肌肉干细胞的紧密互作,触发肌肉干细胞增殖。进一步研究发现,巨噬细胞分泌的NAMPT与肌肉干细胞上的膜受体CCR5结合,促进肌肉干细胞增殖。同时,他们也在哺乳动物小鼠体内证明NAMPT也有利于肌肉再生。这项研究提出巨噬细胞通过提供有丝分裂刺激,特别是通过NAMPT配体和CCR5受体结合,直接调节肌肉干细胞增殖,为骨骼肌损伤和疾病提供了一种治疗思路和方式。■推荐人:刘峰

Science | 颅神经嵴细胞跨胚层分化潜能与多能因子Oct4重新激活密切相关

Waddington表观遗传景观图展示了细胞的分化潜力随着胚胎发育的进程越来越小。然而,脊椎动物胚胎中存在一群过渡态细胞群体–颅神经嵴细胞(cranial neural crest cells, CNCCs),其分化模式却挑战了这一认知。CNCC起源于外胚层且分化为典型的外胚层细胞类型,但CNCC同时也可以分化产生中胚层相关的间充质细胞。但是,关于CNCC如何跨胚层分化一直无法解释。2021年2月5日,Science在线发表了美国斯坦福大学医学院Joanna Wysocka团队的创新性成果(doi:10.1126/science.abb4776)。他们发现CNCC跨胚层分化潜能的获得与多能性转录因子Oct4重新激活有关。应用单细胞转录组测序及分析,研究人员鉴定了一群处于哺乳动物CNCC发育早期阶段的前体细胞,这一细胞群体表达典型的多能性转录因子。结合谱系追踪以及功能缺失等实验,他们进一步确认这群前体细胞能产生CNCC并参与颅面结构形成。表观基因组分析发现,表达Oct4的CNCC前体细胞的染色质可及性图谱与多能性上胚层干细胞(epiblast stem cell)的染色质图谱大致相似。以上分析及实验证明了CNCC前体细胞通过短暂地重新激活多能性因子(Oct4)转分化生成中胚层间充质细胞,经历了一个自然的体内重编程事件。然而,多能性转录因子重新激活这一机制是否仅适用于CNCC,以及细胞命运的可塑性是否能够应用于再生医学,仍是今后值得探讨的科学问题。■推荐人:夏均,刘峰