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Cell盘点2014年:不同的故事,不同的精彩

2014/12/30 来源:生物通/万纹
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导读
今年是著名期刊Cell杂志成立40周年,在本年度最后一期上,Cell杂志特征集读者和文章作者心目中最能体现其认为的重要科学成果的图片。从这些来自全球各处发来的图片中,Cell杂志筛选出了一些放在方面上,组成了今年最后一期的封面。


今年是著名期刊Cell杂志成立40周年,在本年度最后一期(12月19日)上,Cell杂志特征集读者和文章作者心目中最能体现其认为的重要科学成果的图片。从这些来自全球各处发来的图片中,Cell杂志筛选出了一些放在方面上,组成了今年最后一期的封面。

这些图片代表了不同的故事和不同的精彩,如来自德国的Daniel Lopez就送上了一张金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的照片,这也是今年的一项重要成果:“Evolution of Resistance to a Last-Resort Antibiotic in Staphylococcus aureus via Bacterial Competition”,解析了金黄色葡萄球菌产生抗生素耐药性的一个重要原因。

此外今年的Cell杂志也发表了多篇重要的成果:

Generation of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/RNA-Mediated Gene Targeting in One-Cell Embryos

排在第一是一篇中国学者的成果:获得了第一批携带定向突变的基因工程猴,这一里程碑成果有可能为构建出更现实的人类疾病研究模型提供了一个垫脚石。

以往尝试对灵长类动物进行遗传修饰都是依赖于病毒方法,其虽然能够有效地生成突变,但突变位点不可预知,且突变数量无法控制。利用可定制的RNA片段将DNA切割酶Cas9引导至期望的突变位点,CRISPR/Cas9基因编辑系统的出现使得灵长类动物的前景变得光明。

研究人员首先在一种猴细胞系中对这一技术进行测试,破坏了三个基因,其成功率达到10–25%。受此鼓舞,科学家们随后在180多个单细胞期猴胚胎中同时靶向了这三个基因。在对15个胚胎的基因组DNA进行测序后,他们发现其中有8个胚胎显示出两个靶基因同时突变的迹象。研究人员随后将遗传修饰的胚胎转移到代孕母猴体内,其中一个生出了一对孪生猴。通过测序这对孪生猴的基因组DNA,他们证实存在两个靶基因突变:Ppar-γ帮助调控新陈代谢,Rag1与健康的免疫功能相关。

Crystal structure of Cas9 in complex with guide RNA and target DNA

第二篇是近年来比较热门的技术:来自Broad研究所和麻省理工学院的研究人员与东京大学的同事们联手,生成了CRISPR-Cas 系统的关键组成部分——Cas9复合体的第一张高分辨率图像。近年来科学家们开始利用Cas9复合体作为一种基因组编辑工具来沉默基因,探究细胞生物学。

研究人员揭示了Cas9复合体的结构细节,并测试了它们的功能重要性。他们的努力揭示出了Cas9复合体的内部分工。研究人员确定了Cas9蛋白是由两个裂片(lobe)组成:一个参与识别RNA和DNA元件,另一个裂片负责裂解靶DNA,导致双链断裂,破坏靶基因功能。研究小组还发现了Cas9与导向RNA接口的关键结构,其使得Cas9在准备切割DNA链时环绕RNA和靶DNA自组装。

当前,Cas9在实验中被用于沉默哺乳动物细胞基因——有时针对整个基因组的多个位点,并且一些大型的RNA序列文库被构建出来用于将Cas9引导至目的基因。但这一系统只能靶向一些特定类型的位点。一些研究还表明,RNA有可能引导Cas9“脱靶”,有可能导致细胞机器内部出现一些意想不到的问题。

研究人员计划利用这一新的、详细的Cas9复合体图像来解决这些担忧。如果要将CRISPR-Cas系统发展为治疗遗传疾病的一种治疗工具,这样的技术改进将是必要的。

Multiplatform Analysis of 12 Cancer Types Reveals Molecular Classification within and across Tissues of Origin

第三篇是一项癌症研究成果:来自美国加州的消息,癌症基因组图谱研究(Cancer Genome Atlas,TCGA)项目组公布了一项癌症基因组最大规模研究结果,研究人员在多个基因组技术平台上分析了超过3500个肿瘤,从中发现了一种能区分癌症的新方法。

2007年,美国国立卫生研究院NIH宣布进行为期两年、总值340万美元的癌症基因组图谱研究计划(Cancer Genome Atlas pilot program),这一计划目标是“测试一种大规模、系统性分析癌细胞基因组变化的方法的可行性”,为检测、治疗、预防癌症提供基因组信息。

在过去的几年里,这一项目陆续获得了一些研究成果,而在最新这项研究中,研究人员采用6种不同的TCGA“平台技术(platform technologies)”,分析了12种不同肿瘤类型样品的DNA,RNA和蛋白,希望能从中发现不同类型的肿瘤如何相互区分。

研究结果表明相对于癌症起源的组织类型,如乳房肾脏、膀胱等,相同癌症起源的细胞类型具有更多分子和遗传上的相似性。

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