《研究综述:2021年2月26日》

  • 来源专题:人类遗传资源和特殊生物资源流失
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2021-03-05
  • 欢迎收看2021年2月26日的研究综述,这是布罗德研究所的科学家及其合作者发表的最新研究的快照。

    COVID突变追踪

    计算副研究员Albert Chen、博士后Alina Chan、载体工程主任Ben Deverman和同事们开发了COVID CG,这是一个在线工具,允许用户调查SARS-CoV-2病毒的全球遗传景观。它从GISAID数据库中收集了病毒的所有基因组序列,让用户检测正在出现的基因突变和病毒变种,监测它们在世界特定地区的流行情况以及随着时间的推移这种情况如何变化,并确定科学家应该测试哪些变种的疫苗和治疗方法。该团队正在添加更多高级功能,并提高该工具处理快速增长的数据量的能力。

    实验室进化的蛋白质切割酶关注新的目标

    长期以来,科学家们一直试图利用蛋白酶(切割特定蛋白质的酶)来治疗疾病,但缺乏使其适应于他们选择的目标蛋白质的技术。特拉维斯布卢姆,Min盾(HMS),核心机构成员和叫法变革性技术研究所医疗主任大卫•刘和他的同事们使用的一个系统称为速度,可以在实验室快速发展蛋白质,产生肉毒杆菌毒素(肉毒毒素)蛋白酶切断研究者的期望目标,无视他们的正常的。重新编程的蛋白酶对它们的新目标具有高度的特异性(增加了218万到1100万倍),并保留了BoNT的特殊能力,可以自我传递到细胞中。

    为集中测试优化设计

    在《科学转化医学》杂志上,由Broad研究员Brian Cleary、James Hay (HSPH)、核心研究所成员Aviv Regev(现就职于Genentech)和副成员Michael Mina领导的研究小组介绍了在资源有限的情况下,有效集中检测SARS-CoV-2的方法。与单个测试相比,合并测试是一种更快、更便宜的诊断方法,但需要在灵敏度、效率和物流方面进行权衡。为了找到最优的测试方案,研究人员模拟了各种情况,并结合病毒载量和流行病发展的数据,以在有限的资源下最大限度地确定感染数量。

    早期代谢改变驱动鳞状细胞癌

    许多癌细胞通过将新陈代谢从有氧呼吸转变为糖酵解来促进生长,这种现象被称为瓦伯格效应。在Nature Metabolism中,Jee-Eun Choi (MGH),副成员Raul Mostoslavsky,研究所成员和细胞回路项目联合主任Nir Hacohen,及其同事发现这个开关是鳞状细胞癌的关键驱动因素,鳞状细胞癌是一种侵袭性的头颈部癌症。他们还发现,这些代谢变化发生在癌症进展的早期。利用单细胞RNA测序,他们发现只有一小部分促肿瘤细胞——产生肿瘤的细胞——适应糖酵解呼吸,这就把代谢定义为肿瘤异质性的另一个关键特征。

    通过追溯细胞的过去来了解血癌

    骨髓增生性肿瘤(MPN)是一种慢性血癌,由JAK2基因突变引起。通过测序造血干细胞从最近确诊或然数患者,黛布拉·Egeren (HMS),哈维尔Escabi (HMS),马克西米利安阮(HMS),准会员Ann Mullally身为Cortes-Ciriano (EMBL-EBI),准会员Sahand Hormoz,和他的同事们破译JAK2-V617F外观之间的时间间隔,在或然数最常见的突变,明显的癌症的发展。令人惊讶的是,他们发现,在成年后出现MPN的患者中,这种突变发生在诊断之前几十年(有时发生在儿童时期)。

    追踪东亚的词汇和基因

    古代和现代DNA数据的缺乏阻碍了深入研究东亚人口历史的努力。在自然界中,一个国际研究小组由Chuanchao王(厦门大学和前广泛/ HMS博士后),约翰内斯·克劳斯(马克斯·普朗克人类历史的科学研究所),罗恩Pinhasi(维也纳大学)和大卫•里奇准会员描述他们的语言数据和基因型的分析从166年383年古代和现代的人。他们发现了该地区在过去5000年里四次扩张的证据:来自蒙古和阿穆尔河流域、黄河流域、长江流域和欧亚草原中部。

    大脑的火焰

    大脑对创伤事件(如中风)的免疫反应很难研究。包括Michael Askenase(耶鲁大学)、Brittany Goods、癌症项目和麻省理工学院的合作成员Christopher Love、Klarman细胞观测站的研究所成员Alex Shalek和Lauren Sansing(耶鲁大学)在内的一个团队收集了中风恢复期患者的脑出血进行细胞分析。使用低输入测序技术来分析稀疏的细胞,他们观察了驱动初始炎症及其消退的通路和基因,包括细胞代谢的意想不到的作用。据《科学免疫学》报道,这项研究表明,巨噬细胞具有激活的糖酵解基因,支持成功的中风反应。

    一种潜在的肾脏疾病候选药物的缩放合成

    Broad药物再生中心的BRD4780被研究所成员Anna Greka的实验室鉴定为一种小分子化合物,能够清除MUC1蛋白的突变、错误折叠版本,在细胞系和小鼠模型研究中均与MUC1肾病(MKD)相关。BRD4780在其他蛋白质异常折叠积累的毒性蛋白疾病中也能发挥类似的作用。治疗学发展中心(CDoT)的研究科学家兼组长布莱恩·张伯伦(Brian Chamberlain)、研究所科学家兼CDoT的药物化学主任弗洛伦斯·瓦格纳(Florence Wagner)和他的同事们已经开发出一种在多克尺度上合成BRD4780单个对映体的方法。他们的研究成果发表在《有机化学杂志》上,将有助于进一步研究BRD4780及其相关化合物的药理作用,以确定MKD的治疗方法。

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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2021-04-09
    • 欢迎收看2021年4月2日的研究综述,这是布罗德研究所的科学家及其合作者发表的近期研究的重复快照。 微生物的基因交换随着工业化而加速 细菌通过水平基因转移(HGT)共享多种性状(抗生素耐药性等)的基因。HGTs在肠道微生物组中发生的速率,以及工业化对这个速率的影响,目前还不清楚。在细胞中,马修Groussin,马蒂尔德波耶特和研究所成员Eric传染病和微生物项目的Alm和合作者在国际全球微生物保护协会报告,高度频繁发生在个体,更在工业化的设置中,积累了许多人口在过去的两三个人类一代又一代。他们在对数千个细菌基因组进行测序后得出了这些结论,这些样本来自于跨越一系列工业化时期的15个种群。请阅读麻省理工学院新闻故事了解更多。 靶向AML中的细胞应激反应 尽管许多癌症药物以直接驱动肿瘤进展的蛋白质为靶点,但这些药物并不是对每个人都有效,而且肿瘤经常产生耐药性。其他关键的生存途径,如细胞应激反应途径,也因此成为吸引人的药物靶点。在《科学转化医学》杂志上,Blandine Roux (Université de Paris)、Camille Vaganay (Paris)、Alexandre Puissant (Paris)、研究所成员Kimberly Stegmaier、Lina Benajiba (Paris)和同事对急性髓系白血病(AML)小鼠模型进行了集中筛选,以确定急性髓系白血病存活所必需的应激反应基因。他们鉴定了参与DNA修复的蛋白质VCP,并将其作为一个潜在靶点,为此他们开发了一种可以减少小鼠AML生长的药物。 驾驶座上的热点突变 IKZF3热点突变可能驱动慢性淋巴细胞白血病(CLL),但其功能尚不清楚。一个由Gregory Lazarian, Shanye Yin, Elisa ten Hacken,癌症项目的研究所成员Catherine Wu, Dana-Farber癌症研究所和哈佛医学院领导的团队在小鼠模型中显示,突变基因破坏DNA结合特异性和目标选择,导致老年小鼠的cll样疾病。携带该突变的人类肿瘤细胞改变了B细胞受体和NF-kappaB信号,并降低了药物敏感性。这项研究强调了IKZF3作为一种致癌基因通过转录失调的作用,并建议联合治疗有助于克服耐药性。更多信息请访问《癌细胞》。 在机器学习模型中寻找偏见 使用带有偏差的数据训练机器学习模型会导致不准确的表现和数据解释。Fatma-Elzahraa Eid, Haitham Elmarakeby, Yujia Alina Chan, Nadine Fornelos,癌症项目的副成员Eliezer Van Allen,斯坦利精神病研究中心的副成员Kasper Lage,和同事们开发了一种审计生物学机器学习模型的方法。他们用这种方法检查了三个模型,发现了未被识别的偏差,这些偏差降低了模型在新数据集上的性能。研究小组得出的结论是,当模型从数据中学习的信号很弱时,模型就会从数据中学习偏差。作者提供了工具来调整他们的审计框架以适应其他生物医学应用。从今天的沟通生物学和心理学学习更多。 乳腺癌脑转移的治疗靶点 转移到大脑的HER2+乳腺癌细胞对控制颅外部位疾病的治疗有抗药性。准会员Rakesh Jain,马修·范德Heiden癌症研究所成员计划,基诺费拉罗(MGH),阿里,阿尔巴Luengo(麻省理工学院),代谢组学平台和其他地方的和他的同事们研究了代谢不同乳房肿瘤内外大脑和发现,脂肪酸合成是提升脑转移。他们的研究结果发表在《自然癌症》杂志上,表明脂肪酸合酶的遗传和化学抑制抑制了乳腺癌在大脑中的生长,从而突出了一种潜在的治疗方法。 检测精神疾病之间的遗传差异 精神疾病是高度相关的,因此许多研究都集中在它们的基因相似性上。比较少的研究考察了它们之间的差异,因为这样的分析需要收集和匹配个人层面的个案数据。博士后学者Wouter Peyrot和医学与人口遗传学项目的助理成员Alkes Price开发了一种新的方法,称为病例GWAS,通过分析病例对照GWAS汇总统计数据来寻找两种不同疾病病例的等位基因频率差异。在《自然遗传学》中,他们将个案GWAS应用于8种精神疾病的数据,并在病例中鉴定出196个具有不同等位基因频率的基因座,为这些疾病之间的差异提供了新的生物学见解。 为测序技术中的结构变异检测设定基准 结构变异(长度大于50个碱基对的基因组改变)用短读全基因组测序比用长读全基因组测序更难检测(srWGS vs lrWGS),但lrWGS更慢,也更昂贵。在《美国人类遗传学杂志》上,Xuefang Zhao, Harrison Brand,医学和人口遗传学项目的研究院成员Michael Talkowski,及其同事比较了srWGS和lrWGS的结构变异检测,以建立并量化每种技术的独特优势。他们估计srWGS可以检测出人类基因组中超过10,000个结构变异,但lrWGS提供了更好的检测插入和重复介导变异的方法。 从图像分析预测细胞健康状况 格雷戈里,领导的研究小组疗法的发展高级研究中心的科学家玛丽亚Kost-Alimova成像平台高级主管和研究所科学家安妮木匠,癌症项目副主任巴斯克斯堡的依赖关系图,和纳拉辛格,高级组长也在成像平台,开发了两个新的显微镜分析集体测量细胞健康——70个不同的指标包括增殖、凋亡、DNA损伤和细胞周期。研究人员进一步将细胞绘画技术与这些分析相结合,并确定简单的机器学习算法可以直接从细胞绘画图像中预测许多细胞健康读数。他们成功地验证了对1500多个复合扰动的细胞健康结果的预测,这些扰动使用细胞绘画成像,并开发了一个web应用程序来浏览预测。了解更多的细胞分子生物学。
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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2021-04-09
    • 欢迎收看2021年3月26日的研究综述,这是布罗德研究所科学家及其合作者发表的近期研究的重复快照。 小儿癌症DepMap显示独特的依赖性 儿童癌症比成人癌症有更少的靶向治疗。找到更多的儿童癌症的药物靶点,博士后学者Neekesh Dharia,研究所主任Todd Golub癌症科学主任巴斯克斯堡的依赖关系图,金伯利Stegmeier协会成员,从癌症和合作者团队的依赖关系图,癌症计划,和遗传扰动平台使用大规模CRISPR-based屏幕寻找小儿癌症的遗传相关性。他们发现了这些癌症类型特有的许多依赖性,这为药物开发提供了新的途径。作者说成人和儿童癌症依赖性之间的差异表明将成人癌症药物重新用于儿童是不够的。请阅读《自然遗传学》和《博德和波士顿儿童医院的故事》。 在代表性不足的人群中,低覆盖率的下一代测序比传统的GWAS测序有优势 GWAS研究在确定基因变异如何影响各种疾病的风险方面发挥了强大的作用。然而,由于大多数GWAS数据是从欧洲血统的人群中收集的,它们的准确性——以及发现新的变异的能力——在代表性不足的人群中是有限的。在《美国人类遗传学杂志》上,神经gap -精神病研究团队和医学与人口遗传学项目(MPG)成员、联合科学家Alicia Martin及其同事已经证明,低覆盖下一代测序为非欧洲血统人群提供了一种成本效益高的替代常用的GWAS阵列。他们证明,低至4倍的测序覆盖率可以识别在其他人群中未观察到的变异,而成本与传统的GWAS方法相当。 神经元诞生的时间而非地点的重要性 胆碱能神经元产生神经递质乙酰胆碱,通过这些神经元投射到前脑,帮助控制注意力、动机和学习能力。虽然最近的研究表明,这些投射以一种高度特定的方式刺激不同的前脑区域,但对于神经元如何协调它们的活动却知之甚少。凯思琳·Allaway,罗伯特·马彻德(纽约大学),斯坦利中心的研究所成员戈登·费希尔和同事们表明,这些神经元的相对年龄(它们在发育过程中出现的阶段)决定了它们刺激前脑的哪个区域。年老的神经元倾向于向中心深处投射,而年轻的神经元只伸向外围。 寻找肠道微生物的硫切断酶 肠道中产生硫化氢的细菌水平升高与炎症性肠病、克罗恩病、溃疡性结肠炎和结肠直肠癌等疾病有关。在化学生物学和治疗科学项目的研究所成员Emily Balskus和他的同事报告了甘基自由基酶isethionate亚硫酸盐裂解酶(IslA)的结构,这种酶在细菌Bilophila wadsworthia中可以裂解isethionate中的C-S键,产生亚硫酸盐,亚硫酸盐是硫化氢的前体。更好地了解B. wadsworthia裂解这个键的机制可能会导致针对产生硫化氢的细菌的药物治疗。阅读更多细胞化学生物学。 药物开发的新数学 当开发一种新的药物分子时,化学家需要知道它的结合自由能,这是它与目标蛋白亲和力的量度。然而,这个数字是出了名的难以计算。通过将经典化学计算与计算机视觉领域的机器学习技术相结合,麻省理工学院(MIT)的丁新强(Xinqiang Ding)和表观基因组计划(Epigenomics Program)的副成员张斌(Bin Zhang)开发了一种名为DeepBAR的方法,它可以计算药物-目标组合的结合自由能,比目前的方法快50倍。DeepBAR的高效可以为药物筛选和蛋白质设计与工程提供参考。更多信息请参见《物理化学学报》和麻省理工学院新闻报道。 生物条形码显示出了迅速膨胀的身体 为了探索人体的细胞系,包括Sara Bizzotto、Yanmei Dou (HMS)、Javier Ganz、Peter Park (HMS)和MPG副成员、哈佛医学院和波士顿儿童医院的Christopher Walsh在内的一个团队对来自三个个体的多个组织进行了高深度全基因组测序。他们鉴定了数百种体细胞单核苷酸变体,将其作为单细胞内的内源性条形码来重建早期胚胎细胞分裂,并揭示祖细胞进入组织、胚层和器官的轨迹。这项研究表明,一个胚胎从单层囊胚转变为多层的原肠,有大约170个细胞池。 儿童病毒性疾病的更好的生物标记物 在疟疾流行的环境中,儿童发热性呼吸道疾病很难诊断,因为疟疾或病毒感染和细菌继发感染通常同时发生,并表现出类似的症状。地址需要改进的诊断,研究所成员Dyann Wirth传染病和微生物项目的高级组长迈克尔•吉列d·r·摩尼研究所科学家和蛋白质组学平台高级主管史蒂文•卡尔和合作者用蛋白质分析和机器学习工具来分析从195年莫桑比克肺炎患儿临床血液样本。研究小组发现了区分病毒性和细菌性肺炎的新的生物标记物,这可以为儿科肺炎抗生素治疗的基于实地的分类快速诊断提供基础。 找到目标的两种方法 转座子是带有相关蛋白质的DNA序列——转座酶——它允许DNA被“剪切和粘贴”到其他地方。一些转座子吸收了CRISPR-Cas组件,创造了crispr相关的转座子(CAST)系统。虽然这些系统使用CRISPR rna针对特定的位点进行插入,但奇怪的是,在相关的CRISPR阵列的靶向区域却找不到它们。在《细胞》一书中,Makoto Saito, Alim Ladha, Jonathan Strecker, Guilhem Faure,核心研究所成员张锋及其同事描述了两种不同的模型之间的归巢转位模式:一种由专门的引导RNA促进,另一种由专门的归巢蛋白质促进。这些观察突出了转座子系统的多样性。