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测序周报·科研篇:关注Nature Methods评选的2016年度技术

作者:测序中国来源:测序中国 日期:2017-01-03

关注Nature Methods评选的2016年度技术

在2016年的最后一个工作日,Nature Methods赶着发布了2017年的新刊,并在其中公布了2016年度技术,你们肯定会猜年度技术就是CRISPR系统,然并卵,对于前瞻性的每年盘点的年度技术来说,一个并不常见的名词:Epitranscriptome analysis(表观转录组学分析)才是正解。

2006年,Andrew Fire和Craig Mello因发现RNA干扰而荣获诺贝尔生理学和医学奖。他们的发现引发了针对非编码RNA功能的狂潮,而这一直持续到今天。关于RNA分子本身是如何调节的一个新出现的问题就是:具体来说,在所有RNA种类中发现的转录后修饰的功能是什么?

近年来主要由基于测序的方法引发的技术突破成就了表观转录组学分析,即在全基因组范围内分析这种RNA修饰,并且已经指出了表观转录组的一些重要功能作用。

Epitranscriptome analysis名称是由希腊语“epi”作为前缀,指的就是除开已知功能或遗传性,任何添加到核苷酸上的修饰。几十年来,科学家们几乎都没有注意到RNA修饰,因为早在上个世纪60年代和70年代RNA上的标记就被发现了,但是大家只关注于tRNA和rRNA,以及DNA上的表观遗传修饰。

但随着科学家们发现了出现在所有RNA种类中的化学标记,动态添加或者去除这些标记的“写手”和“橡皮擦”,重新点燃了对RNA修饰的兴趣。例如,从腺嘌呤上去除一个甲基基团的酶,与阿尔茨海默症患病风险之间的关联,表明了这种修饰在神经健康方面扮演了重要调节作用。 

RNA修饰和癌症之间的联系促使NIH批准了一项研究资助:利用新的工具和技术评估癌症生物学中表观转录组的作用。其中之一就是利用CRISPR系统靶向RNA标记修饰。

总体来说,这些功能分析研究还处于起步阶段,而且为了了解这些标记做了什么,首先必须确定它们的丰度和位置。

有上百个已知RNA修饰,我们可以通过Modomics 全面查询,这是一种列出所有已知修改的数据库。但是这一领域仍处于不断完善阶段,需要开发新方法来发现和编撰这些修饰。同期Nature Methods中,一些研究人员介绍了检测常见修饰的最新方法,例如,假尿苷和肌苷。

当然还需要更进一步的研究,专家们也对如何解决目前的瓶颈持不同的意见。许多方法依赖于以抗体为基础的样品富集,但是这会出现非特异性困扰。因此,一些研究人员转向新的测序技术,如纳米孔或PacBio的单分子测序技术,从而获得修饰的直接测序结果。

对于其它标记,例如假尿苷(pseudouridine),可以采用更好的化学标记方法进行富集,得到更全面的特性图像。研究人员发现在cDNA合成期间,如果遇到核苷酸上的某些化学基团,逆转录酶就会失活,并通常会停止下来,这样得到的独特读长标记可以用于分析,而且采用恰当的软件就能同时分析出多种类型的修饰。此外,对于像是适当的计算方法分析密码子变化。不可能有匹配各种修饰的方法,多种方法齐头并进看起来最能有效分析RNA上的整体化学修饰。还有更大问题——遗传性,也将得到逐步的解决。

尽管还存在许多缺口,但是RNA研究显然已经取得令人印象深刻的研究成果,而且目前国内也有一些公司推出了相应的技术产品,如上文说到的PacBio第三代测序技术,近期生物学预印网站BioRxiv公布了一项斯坦福大学的最新成果,研究人员在PacBio Sequel系统上进行了全基因组测序,精确检测出二代测序无法判断的缺失断裂点。还有Frontiers in microbiology上的研究指出,利用PacBio SMRT测序技术可以能够直接检测碱基修饰:对根瘤菌进行了完整组装,并且一共发现5个甲基化motif,包含43,061个甲基化位点。

来年相信还会有更多的技术上和研究上的进展,让我们一起期待。

参考文献:Method of the Year 2016: Epitranscriptome analysis

文章原题:2016年的年度技术是什么?如果你猜是CRISPR,那你就错了

来源:生物通/张迪

本周科研进展
  1. 近日,Science刊发了关于中国精准医学的增刊,深入地探讨了中国的精准医学发展,包括精准医学相关的科研工作,以及精准医学目前在疾病(特别是癌症)诊断和治疗方面的应用。北大医学部詹启敏院士、中日友好医院王辰院士、北京天坛医院康熙雄教授、北京大学肿瘤医院季加孚教授、中国医学科学院肿瘤医院石远凯教授、国家心血管病学中心惠汝太教授、卫生部临检中心李金明教授等数十位国内精准医学领域专家参与撰文。

  2. 德国科隆大学医院的Eric Hahnen等人进行了一项病例对照研究,在家族性乳腺癌患者以及卵巢癌患者和对照组中筛选FANCM中的功能缺失突变。该研究结果于12月29日发表在《JAMA Oncology》上,研究人员发现,FANCM突变在具有家族性乳腺癌风险的患者中更常见,尤其是在三阴性乳腺癌或年轻的患者中。这表明,FANCM突变检测应该被纳入乳腺癌的风险评估中。

  3. 外胚层发育不良-9(ED-9)是一种遗传性疾病,其特点是头发和指甲营养不良,但其他外胚层和非外胚层组织没有疾病。日前,来自中科院广州生物医药与健康研究院和南方医科大学南方医院的研究人员,通过单链寡核苷酸结合CRISPR/Cas9和体细胞核移植,制备了一个ED-9猪模型,用于毛发再生研究和其他皮肤病研究。相关研究结果发表在12月22日的《Human Molecular Genetics》杂志。

  4. Perthera公司的研究人员在《Oncotarget》上发表了一项研究,在胰腺癌患者中比较液体活检和组织活检的结果。他们发现两种方法之间存在显著的不一致性,这表明,目前组织活检仍然是肿瘤诊断的金标准,液体活检还不能取代组织活检。

  5. 伍斯特理工学院的工程师们研究出一种全新的芯片,只需要用癌症患者体内的一滴血就可以检测出确定转移性癌细胞。研究人员解释说,这一设备就好像一口小井,井底的碳纳米管上附着着抗体,癌细胞来到井底,根据表面标记选择性的连接在抗体上,接着他们制作了名为“外来体”的细微小结构,这就是他们捕捉癌细胞的方法。

  6. 中国科学院成都生物研究所对两栖类棘腹蛙28个种群290号样本的线粒体基因组重排高变区测序后,发现了线粒体基因重排的中间状态,并发现了重排后产生的多种基因排列形式。这一研究结果发现了线粒体基因重排的初始状态,支持了串联重复-随即丢失的线粒体基因重排机制,支持了课题组先前发现的线粒体基因组重排发生后在扩散和固定过程中的非适应性进化的特性。该研究结果已发表于《BMC Genomics》。

  7. 近日,中国科学院北京基因组研究所生命与健康大数据中心团队研究论文在线发表于《核酸研究》期刊。该研究成果的发表是国内首次以数据中心为模式,整体发布我国生命组学数据资源建设情况,标志着生命与健康大数据中心建设取得实质性重要进展,也标志着我国建设综合性基因组数据资源获得国际同行认可。

  8. 挪威奥斯陆大学医院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。他们对乳腺癌患者骨髓中的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。

  9. 日前,山东省医学科学院所属山东省皮肤病性病防治研究所张福仁团队发现麻风最新遗传标志物,相关成果发布于《自然—通讯》。科研人员在既往研究基础上,共纳入8,156麻风病例和15,610例正常对照,除验证了既往发现的所有遗传学标志,还发现了4个新的易感位点,并利用皮损转录组RNA测序技术将易感基因定位于SYN2, BBS9, CTSB和MED30基因。

  10. 来自哥伦比亚大学医学研究中心的王凯教授及其团队发布了一个旨在帮助癌症个体化治疗的大数据分析工具——iCAGES,通过鉴定患者的驱动基因变异和快速寻找相应的药物治疗方案,让医生在面对疾病大数据时化繁为简,优化诊疗方案。在所有同类分析工具当中,这是第一个具备简洁友好界面的专业分析工具,使得临床工作者不需要具备丰富的生物信息经验即可使用。这项研究于2016年12月22日发表于《Genome Medicine》杂志。

  11. 哥伦比亚大学儿科系和赫伯特·欧文综合癌症中心的Andrew Kung等人对来自101名高风险儿童患者的肿瘤样本进行外显子组、转录组或基因panel测序。他们确定了38例患者中潜在的可用药突变,但只有6例最终接受了相匹配的治疗。三分之二的患者中发现了相应突变,可影响他们的临床护理。该研究结果发表在《Genome Medicine》上。

  12. 德国亥姆霍兹慕尼黑中心合作的一项大规模国际研究表明,较高的身体质量指数(BMI)会导致人基因组中将近200个位点发生表观遗传变化,从而影响基因表达。进一步的研究和长期观察的结果表明这些变化主要是体重增加的结果,而不是其原因。相关研究结果于2016年12月21日在线发表在《Nature》期刊上。

  13. 人体内本该攻击某些病毒的T细胞表面存在能给病毒“带路”并引发感染的受体。为堵住这一“内应通道”,俄罗斯研究人员利用CRISPR-Cas9“基因剪刀”技术,为T细胞找到了抵御某种特定逆转录病毒的新抗体。这种方法或有助于治疗白血病、艾滋病相关药物的研发。该研究近期在国际学术期刊《免疫学方法》上。

新发表文章

 

 

1
新技术

HEDD: the human epigenetic drug database. Qi Y et al. Database (Oxford). 2016 Dec 26.

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TBro: visualization and management of de novo transcriptomes. Ankenbrand MJ et al. Database (Oxford). 2016 Dec 26.

 

 

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2
动物
Transcriptomic gene profiling of porcine muscle tissue depending on histological properties. Ropka-Molik K et al.Anim Sci J. 2016 Dec 27.

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3
微生物

Microbial diversity and autotrophic activity in Kamchatka hot springs. Merkel AY et al. Extremophiles. 2016 Dec 27.

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Comparative analysis of the gut microbiota of black bears in China using high-throughput sequencing. Song C et al. Mol Genet Genomics. 2016 Dec 27.

 

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4
肿瘤

Identification of a RNA-Seq Based 8-Long Non-Coding RNA Signature Predicting Survival in Esophageal Cancer. Fan Q et al. Med Sci Monit. 2016 Dec 28.

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Datasets for next-generation sequencing of DNA and RNA from urine and plasma of patients with prostate cancer. Nikitina AS et al. Data Brief. 2016 Dec 14.

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A Targeted High-Throughput Next-Generation Sequencing Panel for Clinical Screening of Mutations, Gene Amplifications, and Fusions in Solid Tumors. Luthra R et al. J Mol Diagn. 2016 Dec 22.

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Characterization of RNA editome in primary and metastatic lung adenocarcinomas. Peng L et al. Oncotarget. 2016 Dec 21.

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Genomic pathobiology of gastric carcinoma. Katoh H et al.Pathol Int. 2016 Dec 22.

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Integrated next-generation sequencing analysis of whole exome and 409 cancer-related genes. Shimoda Y et al.Biomed Res. 2016.

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Screening for mutations in Colombian metastatic non-small cell lung cancer (NSCLC) patients (ONCOLGroup). Cardona AF et al. J Clin Oncol. 2011 May 20.

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Heterogeneous prevalence of mutations in KRAS, BRAF, and PIK3CA genes among Sardinian patients with colorectal carcinoma. Palomba G et al. J Clin Oncol. 2011 May 20.

 

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5
其他

Transcriptional Gene Silencing of the Autism-Associated Long Noncoding RNA MSNP1AS in Human Neural Progenitor Cells. DeWitt JJ et al. Dev Neurosci. 2016 Dec 29.

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RESA identifies mRNA-regulatory sequences at high resolution. Yartseva V et al. Nat Methods. 2016 Dec 26.

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Genome-wide mapping of autonomous promoter activity in human cells. van Arensbergen J et al. Nat Biotechnol. 2016 Dec 26.

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Integrating transcriptomic and proteomic data for accurate assembly and annotation of genomes. Prasad TS et al.Genome Res. 2016 Nov 15.

 

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转自《测序中国》微信公众号

所属类别: 行业动态

全基因组 RNA 表观转录组学分析 

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