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盘点2014年:中国生命科学领域5项研究重大事件

2014/12/04 来源:中国报告大厅
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导读
在Science近几年评选的全世界十大科技进展中,一半以上的成果都来自生命科学领域。2014年,我国科学家在生命科学领域所做的工作仍然让世界瞩目,这其中基因测序的研究势头依旧不减,表明我国在生命科学领域的研究正在迎头赶上。


“干细胞多能性与体细胞重编程”项目启动  

9月21日,由中科院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究员承担的国家自然科学基金“干细胞多能性与体细胞重编程”创新研究群体项目正式启动。据介绍,今年生命科学领域一共启动5个团队项目,其中4个团队在北京,另外一个团队在广州。

“干细胞多能性与体细胞重编程”创新研究群体将以多能干细胞调控网络及其定向分化机制、体细胞重编程、转分化为研究方向;从表观遗传学、细胞生物学以及化学生物学等多个层次阐明“细胞命运如何转变”;将在建立细胞命运调控的理论体系基础上,进一步开发和优化体细胞重编程等干细胞相关技术,并有效获得治疗用的功能性细胞(神经前体细胞和肝脏细胞),在验证相关细胞在动物疾病模型中的安全性和有效性的基础上,积极推动再生医学事业开展。创新研究群体采用6+3年的资助模式,首期资助1200万。

单倍型移植供者的“优化选择法则”被发现

8月下旬,《Blood》期刊发表了北京大学血液病研究所黄晓军教授关于“单倍型造血干细胞移植供者优化选择”的研究论文。该成果发现了单倍型移植供者的“优化选择法则”,可有效降低移植合并症发病率,提高患者生存率。该论文被选为《Blood》当期封面焦点文章,由主编BobL·wenberg教授在卷首特别推荐,并授权免费获取全文。

异基因造血干细胞移植(Allo-HSCT)是治愈血液病最有效方法,由于免疫屏障的存在,长期仅限于人类白细胞抗原(HLA)相合的情况下进行:但同胞(兄弟姐妹)间仅25%HLA相合几率,随着我国独生子女家庭成为主流,同胞相合供者日渐匮乏;而中华骨髓库等非血缘供者库捐献成功率仅11%。因此,供者来源缺乏是Allo-HSCT领域长期未解决的重大难题。

黄晓军课题组历经十余年系列研究,从细胞因子诱导免疫耐受等临床前期研究逐步建立、完善了国际原创的单倍型移植技术体系——“北京模式”,达到了与人类HLA相合同胞和非血缘供者移植等同的疗效。北京大学血液病研究所目前每年完成单倍型移植近400例,已发展成为全球最大的单倍型移植中心,并推广至全国50余家移植中心及意大利罗马移植协作组等海外中心应用。

《Blood》特邀德国Tübingen大学RupertHandgretinger教授在当期“InsideBloodCommentaries”栏目进行评述:与非血缘移植中HLA配型是供者选择首要原则不同,亲缘单倍型移植中供者选择对患者移植物抗宿主病、移植相关死亡、复发率意义重大。迄今对于供者年龄、性别、亲缘关系等选择原则知之甚少,而这篇研究论文在大量临床病例基础上提出的供者选择法则,可有效降低移植合并症发病率,提高患者生存率。该法则应在其他单倍型移植模式中进一步验证。鉴于“北京模式”覆盖全球50%以上单倍型移植病例,这对改善大量患者生存具有重要影响。

首个人类早期胚胎DNA甲基化全景观图谱绘就

7月公布的一项研究成果是,北京大学第三医院生殖医学中心乔杰研究组与北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组合作,绘就了世界首个人类早期胚胎DNA甲基化全景观图谱。这一成果日前在线发表于《自然》。此项研究对于人类认识自身早期胚胎发育过程中表观遗传调控机制、辅助生殖技术的安全性评估与改善以及临床上疑难病例的诊治均具有非常重要的意义。

该研究成果主要体现在五个方面:第一,受精前,精子和卵母细胞中的DNA甲基化程度均很高,受精后,父母的表观遗传记忆均被大规模擦除,到植入前的囊胚阶段,胚胎的DNA甲基化水平降到最低点。第二,受精前,精子基因组DNA甲基化程度显著高于卵母细胞,受精后,来自精子的父源DNA去甲基化速度快于来自卵母细胞的母源DNA去甲基化速度。第三,受精卵基因组DNA去甲基化过程呈现强烈的异质性,在相同发育阶段的不同受精卵中,基因组DNA的甲基化程度有显著差异。第四,在人类早期胚胎DNA甲基化组的大规模去甲基化过程中,与进化上更年轻、更活跃的转座子相比,进化上更古老的转座子重复序列上的DNA去甲基化程度更彻底。第五,首次发现在人类卵母细胞中的非CpG位点上存在大量的DNA甲基化,并且发现基因区的非CpG位点的甲基化程度跟相应基因的表达成正相关关系。

阿尔兹海默证致病蛋白样貌首次展示

7月上旬,在清华大学召开的发布会上,施一公教授展示了阿尔茨海默症发病直接相关的人源γ分泌酶复合物的精细三维结构。他表示,“好比国外科学家在100米外看一个馒头,而我们在5米外看一个馒头。相比此前的外国科学家只能将该蛋白酶解析到12埃的分辨率,这让世界科学界对阿尔茨海默症的研究向前跨出关键性的一步。”

“人类曾经花了很大气力鉴定老年痴呆症的起因,终于找到γ-分泌酶是最重要的‘罪魁祸首’。可一直以来的结构研究却屡屡碰壁,在结构决定功能的科学世界里,如果连这个蛋白长什么样都看不见,就很难解释它的发病机理,更别提药物研究了。”如今,获得γ-分泌酶复合物的三维结构,已成为全球生命科学领域最热门的研究课题之一。

2008年回国后,施一公迅速组建实验团队,也把攻克这个世界级难题的梦想带回了清华。施一公把组里的8个学生分为3个小组,他们泡在实验室里,从细菌、酵母、昆虫细胞等多个表达系统中寻求突破,并最终选择了哺乳动物表达系统。

经过大量系统的尝试,以及对表达和纯化方法的不断改造和优化,历经数年,他们最终利用瞬时转染技术在哺乳动物细胞中成功过量表达并纯化出纯度好、性质均一、有活性的γ-分泌酶。通过与英国MRC分子生物学实验室合作,对获得的复合物样品进行了冷冻电镜分析和数据收集,最终获得了分辨率达到4.5埃的γ-分泌酶复合物三维结构。

世界上第一次揭示葡萄糖通过转运蛋白进入细胞原理

6月5日,清华大学宣布:清华大学医学院颜宁教授研究组在世界上首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构,初步揭示了其工作机制及相关疾病的致病机理。世界权威学术杂志《自然》也刊发了这一成果,这是世界上第一次揭示了葡萄糖通过转运蛋白进入细胞的原理,被国际学术界誉为“具有里程碑意义”的重大科学成就。

葡萄糖是维持人类生命的最基本能量,只有进入细胞,才能被人体利用。可细胞上包着一层不溶于水的细胞膜,葡萄糖就必须得依靠“转运蛋白”这个“运输机器”,才能穿过细胞膜,进入细胞。

如果“葡萄糖转运蛋白”的功能缺失,将会导致糖尿病、大脑萎缩、癫痫等系列疾病,同时癌细胞的生长扩增,也需要通过“转运蛋白”为其提供大量的葡萄糖。解析“葡萄糖转运蛋白”的晶体结构和工作原理,就有可能人工干预葡萄糖转运,既增加正常细胞的葡萄糖供应,治疗一些重大疾病,又可以阻断对癌细胞的葡萄糖供应,为定向“饿死”癌细胞治疗癌症提供一种科学基础。从上世纪70年代至今,世界顶尖的科学家一直在为此攻关。我国科学家的这项突破,也是该领域50多年的研究中取得的世界级科研成果。

据介绍,该项成果不仅是针对葡萄糖转运蛋白研究取得的重大突破,同时为理解其他具有重要生理功能的糖转运蛋白的转运机理提供了重要的分子基础,揭示了人体内维持生命的基本物质进入细胞膜转运的过程,对于人类进一步认识生命过程具有重要的指导意义。

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