盘点华人科学家12月份Nature文章

日期: 2017年12月27日


    

导读:12月中国学者参与的多项研究在Nature杂志及其重要子刊上发表,其中包括癌症基因组三维结构和拷贝数变异关系,提高CRISPR-Cas9保真度,以及单细胞全基因组DNA甲基化组的研究新发现。下面,赛业小编为您推荐“盘点华人科学家12月份Nature文章”,详情如下:


12月中国学者参与的多项研究在Nature杂志及其重要子刊上发表,其中包括癌症基因组三维结构和拷贝数变异关系,提高CRISPR-Cas9保真度,以及单细胞全基因组DNA甲基化组的研究新发现。


来自北京大学北京未来基因诊断高精尖创新中心,北大生命科学学院与第三医院等处的研究人员利用单细胞DNA甲基化组高通量测序方法,首次在单细胞分辨率对人类植入前胚胎发育过程进行了更加深入的分析,揭示了人类早期胚胎DNA去甲基化和从头加甲基化的动态变化、父母本基因组差异甲基化等关键特征。


在哺乳动物基因组上,胞嘧啶(主要是CpG二连体中的胞嘧啶)在DNA甲基化酶的催化下会发生甲基化。研究显示,DNA甲基化对多个生物学过程都至关重要,如基因表达抑制、转座子转录活性调节、X染色体的失活,以及基因组印记的维持等。


北京大学汤富酬教授团队与北医三院乔杰教授团队长期密切合作,一直着力于探索人类发育过程中表观遗传学修饰层面的变化。该团队利用国际领先的微量细胞DNA甲基化组高通量测序技术,于2014年在国际上首次绘制了人类植入前胚胎发育过程中的DNA甲基化组图谱(北京大学Nature发布重要甲基化景观图),并进而于2015年首次绘制了人类原始生殖细胞的转录组和DNA甲基化组图谱(北京大学发布Cell封面文章),为深入理解人类早期胚胎发育过程中的两轮DNA甲基化组重编程过程的主要特征提供了重要参考。


在这篇文章中,为了进一步在单细胞分辨率研究DNA甲基化重编程过程的动态特征,这一团队利用单细胞全基因组DNA甲基化组高通量测序技术,对人类植入前胚胎发育的各个关键阶段进行了单细胞、单碱基分辨率的系统研究。


此外,北京大学生命科学学院,清华-北大生命科学联合中心等处的研究人员通过对三种细胞的三维基因组测序(Hi-C)、全基因组测序(WGS)和转录组(RNA-seq)数据进行整合分析,发现了癌症基因组三维结构和拷贝数变异关系。


染色质在细胞核中折叠成高度复杂的三维结构,并且在细胞分化、增殖等过程中被动态调控。染色质构象捕获技术如5C、Hi-C 和 ChIA-PET 可以捕捉基因组范围的高分辨率染色质相互作用,帮助我们更好地理解三维基因组和生物功能之间的关系。例如,染色质形成的环状结构可以使基因的启动子和相距较远的增强子之间相互作用而影响基因表达。哺乳动物细胞的三维基因组形成约1 Mb的拓扑结构域 (Topologically Associated Domains , TADs),作为基因复制和调控的功能单位。然而由于癌症基因组变异的复杂性,癌症三维基因组的研究目前还较少。


在这项研究中,研究组使用代表两种亚型的骨髓瘤细胞(近二倍体U266和近三倍体RPMI-8226)和正常B细胞(GM12878),对拷贝数变异(CNV)和三维基因组的关系展开研究。通过对这三种细胞的三维基因组测序(Hi-C)、全基因组测序(WGS)和转录组(RNA-seq)数据进行整合分析,发现Hi-C数据的相互作用矩阵受到拷贝数变异的影响,需要进行矫正,同时也表明Hi-C 数据可以用于同时检测三维基因组和基因组拷贝数变异。同时结合Hi-C和WGS数据可以更精准地发现染色质易位事件。


上海科技大学,中科院-马普计算生物学研究所,南京医科大学三处的研究人员证实了APOBEC在CRISPR/Cas9引发的同源重组修复过程产生碱基替换突变的作用,从而提出了提高CRISPR/Cas9编辑保真度和精确性的新方法。


这一研究成果公布在Nature Structural & Molecular Biology杂志上,研究人员证实了APOBEC能够作用于单链寡聚核苷酸的胞嘧啶位点,并通过CRISPR/Cas9引发的同源重组修复过程,在基因组DNA的同源胞嘧啶位点处产生碱基替换突变;同时,研究人员还发现APOBEC能够在由Cas9切刻酶引起的基因组DNA单链断裂修复过程中激活碱基切除修复通路进而产生DNA双链断裂,从而产生非靶向的随机碱基插入或缺失(insertions/deletions, indels)。


基于上述机制研究,研究人员提出了利用双链寡聚核苷酸或者双链质粒DNA作为修复模版、以及抑制内源APOBEC的策略来提高CRISPR/Cas9编辑的保真度和精确性。


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