前沿快讯 第54期 基于甲糖反应的化学储层计算机等
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前言

本文是前沿快讯的第54期。前沿快讯栏目主要收集一些个人感兴趣的近期发表的研究,关注领域包括肿瘤的分子生物学、临床研究、流行病学等,文献类型主要是期刊论文和综述。研究介绍在Google机翻摘要的基础上进行微调,可能不一定特别准确、专业,主要目的是方便自己和大家快速了解和回顾相关领域研究进展。如果你对某个研究的细节感兴趣,请自行寻找全文进一步了解。此外,研究根据子领域会进一步细分,不过交叉领域的研究不好分为某一类,所以这个分类主要用于初级索引,并不十分准确,不喜勿喷。最后,大家看到什么特别的研究,也可以在评论区向我推荐,我会酌情收录在后面的期刊中。如无意外,前沿快讯栏目会长期更新,周期为2周-1月不等。从第5期开始,前沿快讯会新增一个CNS类,用来记录一些发表在Nature, Science或Cell杂志上的研究。从第18期开始,“肿瘤转移类”、“肿瘤代谢类”等将不再更新,而是合并至其它分类。原有的流行病学类也改为科普类。

本期有以下知识点值得关注:

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CNS类

NBS1 乳酰化是有效 DNA 修复和化疗耐药所必需的

NBS1 lactylation is required for efficient DNA repair and chemotherapy resistance. Nature

恒星和老板发的nature

  • Warburg效应是癌症的一个标志,指的是癌细胞偏好无氧而不是有氧地代谢葡萄糖。这导致癌细胞中无氧糖酵解的最终产物乳酸盐大量积累。然而,癌症代谢如何影响化疗反应和 DNA 修复总体上仍不完全清楚
  • 在此,我们报道乳酸驱动的 NBS1 乳酰化促进同源重组 (HR) 介导的 DNA 修复。 NBS1 在赖氨酸 388 (K388) 处的乳酰化对于 MRE11–RAD50–NBS1 (MRN) 复合物的形成以及 HR 修复蛋白在 DNA 双链断裂位点的积累至关重要。
  • 此外,我们将 TIP60 确定为 NBS1 赖氨酸乳酰转移酶和 NBS1 K388 乳酰化的“编写者”,而 HDAC3 确定为 NBS1 去乳酰化酶。高水平的 NBS1 K388 乳酰化预示着新辅助化疗的患者预后不佳,而使用乳酸脱氢酶 A (LDHA) 基因缺失或司替戊醇(一种临床用于抗癫痫治疗的乳酸脱氢酶 A 抑制剂)可抑制 NBS1 K388 乳酰化,从而降低乳酸水平,抑制DNA修复并克服化疗耐药。
  • 总之,我们的工作将 NBS1 乳酰化确定为基因组稳定性的关键机制,有助于化疗耐药性,并将抑制乳酸产生确定为一种有前途的癌症治疗策略。

一种与纳洛酮协同作用的μ阿片受体调节剂

A µ-opioid receptor modulator that works cooperatively with naloxone. Nature

  • μ-阿片受体 (μOR) 是公认的镇痛靶点,但传统的阿片受体激动剂会引起严重的副作用,特别是成瘾和呼吸抑制。这些因素导致了当前由芬太尼(一种强效合成阿片类药物)驱动的阿片类药物过量流行。 µOR 负变构调节剂(NAM)可能作为预防阿片类药物过量死亡的有用工具,但有希望的化学支架仍然难以捉摸。
  • 在这里,我们针对无活性的 µOR 筛选了一个大型 DNA 编码化学文库,并用活性 G 蛋白和激动剂结合受体进行反筛选,以“引导”命中构象选择性调节剂
  • 我们发现了一种 NAM 化合物,对非活性 µOR 具有高选择性富集作用,可增强关键阿片类药物过量逆转分子纳洛酮的亲和力。 NAM 与纳洛酮协同作用,有效阻断阿片类激动剂信号传导。
  • 使用低温电子显微镜,我们证明NAM通过结合细胞外前庭上与纳洛酮直接接触的位点来实现这种效果,同时稳定第二和第七跨膜螺旋的细胞外部分的明显非活性构象。 NAM 以治疗所需的方式改变正位配体动力学,并与低剂量的纳洛酮协同作用,有效抑制体内各种吗啡诱导和芬太尼诱导的行为效应,同时最大限度地减少戒断行为。
  • 我们的结果提供了对 µOR 负变构调节机制的详细结构见解,并证明了如何在体内利用这一机制。

BDQ 和 TBAJ-587 对结核分枝杆菌和人 ATP 合成酶的抑制

Inhibition of M. tuberculosis and human ATP synthase by BDQ and TBAJ-587. Nature

  • Bedaquiline (BDQ) 是一种一流的二芳基喹啉抗结核药物,其类似物 TBAJ-587 通过抑制 ATP 合酶来防止结核分枝杆菌的生长和增殖。然而,BDQ 也会抑制人 ATP 合酶。目前,这些化合物如何与结核分枝杆菌 ATP 合酶或人 ATP 合酶相互作用尚不清楚
  • 在这里,我们展示了结合和不结合 BDQ 和 TBAJ-587 的结核分枝杆菌 ATP 合酶以及与 BDQ 结合的人 ATP 合酶的低温电子显微镜结构。这两种抑制剂与结核分枝杆菌 ATP 合酶的前导位点、仅 c 位点和滞后位点的亚基 a 和 c 环相互作用,表明 BDQ 和 TBAJ-587 具有相似的作用模式。化合物的喹啉基和二甲氨基单元与蛋白质广泛接触。与 BDQ 复合的人 ATP 合酶的结构表明,BDQ 结合位点与在结核分枝杆菌 ATP 合酶中观察到的前导位点相似,并且喹啉基单元也与人酶广泛相互作用
  • 这项研究将提高研究人员对人类 ATP 合酶和结核分枝杆菌 ATP 合酶在 BDQ 结合模式方面的异同的理解,并有助于合理设计新型二芳基喹啉类抗结核药物。

Spike 深度突变扫描有助于预测 SARS-CoV-2 进化枝的成功

Spike deep mutational scanning helps predict success of SARS-CoV-2 clades. Nature

  • SARS-CoV-2 变体在刺突蛋白中发生突变,从而促进免疫逃避,并影响有助于病毒适应性的其他特性,例如 ACE2 受体结合和细胞进入。了解突变如何影响这些刺突表型可以深入了解病毒当前和未来潜在的进化。
  • 在这里,我们使用假病毒深度突变扫描来测量整个 XBB.1.5 和 BA.2 尖峰中的 9,000 多个突变如何影响 ACE2 结合、细胞进入或逃离人类血清。
  • 我们发现受体结合域 (RBD) 外部的突变在 SARS-CoV-2 进化过程中对 ACE2 结合产生了有意义的影响。我们还测量了 XBB.1.5 尖峰突变如何影响最近感染 SARS-CoV-2 的个体血清的中和作用。最强的血清逃逸突变位于 RBD 的 357、420、440、456 和 473 位点;然而,这些突变的抗原效应因人而异。我们还发现了 RBD 之外的强逃逸突变;然而,其中许多会降低 ACE2 结合,表明它们通过调节 RBD 构象发挥作用。
  • 值得注意的是,人类 SARS-CoV-2 进化枝的增长率在很大程度上可以通过测量突变对刺突表型的影响来解释,这表明我们的数据可以更好地预测病毒进化。

靶向中心周非连续基序进行异染色质起始

Targeting pericentric non-consecutive motifs for heterochromatin initiation. Nature

中国科学院生物物理研究所生物大分子国家实验室

  • 中心周异染色质是染色体的重要组成部分,以组蛋白 H3 K9 (H3K9) 甲基化为标志。然而,是什么将 H3K9 特异性组蛋白甲基转移酶招募到脊椎动物的中心周区域仍不清楚,以及为什么不同物种的中心周区域尽管缺乏高度保守的 DNA 序列却共享相同的 H3K9 甲基化标记。
  • 在这里,我们展示了锌指蛋白 ZNF512 和 ZNF512B 通过直接 DNA 结合特异性定位于中心周围区域。值得注意的是,ZNF512 和 ZNF512B 都足以在异位靶向重复区域和中心周围区域启动异染色质从头形成,因为它们直接招募 SUV39H1 和 SUV39H2 (SUV39H) 来催化 H3K9 甲基化。 SUV39H2 对 H3K9 三甲基化的贡献更大,而 SUV39H1 似乎对沉默的贡献更大,可能是因为它优先与 HP1 蛋白结合。来自不同物种的 ZNF512 和 ZNF512B 可以特异性靶向其他脊椎动物的中心周围区域,因为 ZNF512 和 ZNF512B 的锌指之间的非典型长接头残基为识别每个锌指靶向的非连续组织的三核苷酸三联体提供了灵活性。
  • 这项研究解决了两个长期存在的问题:组成型异染色质是如何启动的,以及脊椎动物中同一组保守机制如何靶向看似可变的中心周序列。

内源性 Toll 样受体信号通路的分子定义

Molecular definition of the endogenous Toll-like receptor signalling pathways. Nature

  • 先天免疫模式识别受体,例如 Toll 样受体 (TLR),是对感染的免疫反应的关键介质,也是我们理解健康和疾病的核心。经过微生物检测后,这些受体激活涉及 IκB 激酶、丝裂原激活蛋白激酶、泛素连接酶和其他衔接蛋白的炎症信号转导途径。连接 TLR 通路中蛋白质的机制尚不清楚。为了描绘 TLR 通路活性,我们对巨噬细胞进行了改造,以实现内源性 myddosome 成分 MyD88 的显微镜和蛋白质组学分析。
  • 我们发现,myddosomes 与激活的 TLR 形成短暂接触,并且无 TLR 的 myddosomes 在 24 小时内的大小、数量和组成是动态的。使用超分辨率显微镜的分析表明,在大多数 myddosomes 中,MyD88 形成桶状结构,充当效应蛋白招募的支架。蛋白质组学分析表明,myddosomes 含有在所有阶段起作用并调节 TLR 途径的所有效应器反应的蛋白质,遗传分析定义了这些效应器模块之间的上位关系。
  • 在感染单核细胞增多性李斯特菌的细胞中,Myddosome 组装很明显,但这些细菌在细胞间传播过程中逃避了 Myddosome 组装和 TLR 信号传导。基于这些发现,我们提出整个 TLR 信号通路是在 myddosome 内部执行的。

(~ ̄▽ ̄)~ 单细胞分辨率的语言理解过程中的语义编码

Semantic encoding during language comprehension at single-cell resolution. Nature

  • 从语音序列或字母中,人类可以通过语言提取丰富而细致的含义。这种能力对于人类交流至关重要。然而,尽管人们对支持语言和语义处理的大脑区域的了解不断加深,但在细胞水平和时间尺度上神经组织中语言意义的推导仍然存在。动作电位仍然很大程度上未知。
  • 在这里,当参与者聆听语义不同的句子和自然主义故事时,我们从左侧语言主导的前额叶皮层的单细胞中进行记录(急性术中单神经元记录)。通过跟踪自然语音处理过程中的活动,我们发现单个神经元对语义信息的精细皮层表示。这些神经元有选择性地响应特定的单词含义,并可靠地区分单词和非单词。此外,他们的活动不是将单词作为固定的记忆表征来响应,而是高度动态的,根据其特定的句子上下文反映单词的含义,并且独立于其语音形式。
  • 总的来说,我们展示了这些细胞群如何准确预测在语音过程中实时听到的单词的广泛语义类别,以及它们如何跟踪它们出现的句子。我们还展示了它们如何编码这些意义表示的层次结构以及这些表示如何映射到细胞群上。总之,这些发现揭示了人类神经元尺度语义表征的精细皮层组织,并开始阐明语言理解过程中细胞水平的意义处理。

种系协调线粒体因子信号传导

The germline coordinates mitokine signaling. Cell

  • 线粒体协调跨组织应激反应的能力对于健康至关重要。在秀丽隐杆线虫中,经历线粒体应激的神经元通过释放线粒体因子信号(例如血清素或 Wnt 配体 EGL-20)来引发组织间信号传导通路,这些信号激活外周的线粒体未折叠蛋白反应(UPRMT)以促进有机体健康和寿命。
  • 我们发现种系线粒体在神经元到外周 UPRMT 信号传导中发挥着令人惊讶的作用。具体来说,我们发现种系线粒体向神经元线粒体因子、Wnt 和血清素的下游以及外周脂质代谢途径的上游发出信号,以调节 UPRMT 激活。我们还发现生殖系组织本身对于 UPRMT 信号传导至关重要。
  • 我们认为,种系在协调跨组织线粒体应激反应中具有核心信号传导作用,并且种系线粒体由于其在种系完整性和组织间信号传导中的固有作用,因此在这种协调中发挥着决定性作用。

Mef2d 增强 2 型免疫反应和过敏性肺部炎症

Mef2d potentiates type-2 immune responses and allergic lung inflammation | Science. Science

  • 2 型淋巴细胞,包括 2 类先天淋巴细胞 (ILC2) 和适应性 T 辅助细胞 2 (TH2) 细胞,协调保护性抗寄生虫免疫反应,但它们针对无害物质的误导性活动也是过敏的根源。主转录因子 GATA3 的表达是定义 2 型淋巴细胞身份所必需的,它可以直接促进白细胞介素 (IL)-4、IL-5 和 IL-13 的表达,并抑制 ILC 和 T 细胞的替代命运。尽管 GATA3 在 2 型免疫中发挥关键作用,但尚不清楚 GATA3 如何在 ILC2 和 TH2 细胞中上调,特异性激活 2 型细胞因子程序。此外,它们的转录和功能相似性阻碍了使用单基因标记以高特异性限制对 ILC2 的基因修饰的努力,从而阻止了单独研究 ILC2 靶向作用。
  • 为了鉴定 GATA3 的调节因子,我们使用高度优化的 ILC 培养方案进行了体外 CRISPR 筛选,以描绘从 GATA3低表达的 ILC 祖细胞转变为 GATA3 高表达的 ILC2 所需的转录因子,该方案旨在克服原代小鼠 ILC 祖细胞和 ILC2 的稀有性。为了确认候选基因在生理相关实验体内疾病模型中的重要性,我们构建了下一代小鼠品系,以特异性敲除 ILC2 中感兴趣的基因,并避免对类似细胞类型的附带影响。我们使用了由三个在表达模式上相交的位点特异性重组酶(SSR)组成的合成基因电路,并形成了布尔逻辑门,以便切除感兴趣基因的 Cre 重组酶的表达将在 ILC2 中精确表达(布尔逻辑门)。 -ILC2-Cre,或 BIC,小鼠)。然后,BIC 小鼠可以与其他小鼠品系组合使用,以将 Mef2d 删除限制在不同的淋巴群体,例如所有淋巴细胞 (Il7r)、T 细胞 (Cd4) 和 ILC2,以帮助定义谱系特异性功能。
  • CRISPR 筛选鉴定出 Mef2d 是 GATA3 和 IL-13 的调节因子。淋巴细胞中缺乏 Mef2d 的小鼠的 2 型先天性和适应性过敏性肺反应显着降低。对 T 细胞或 ILC2 的 Mef2d 缺陷的进一步限制揭示了两种细胞类型中 Mef2d 对整体 2 型免疫反应的贡献,具体取决于所采用的实验模型。Mef2d 缺陷导致 GATA3 和 GATA3 调节基因 Il1rl1(编码 ST2(警报素 IL-33 的受体))的 ILC2 特异性减少。 ST2 表达减少导致 IL-33 介导的细胞内信号传导和 2 型细胞因子产生减少。从机制上讲,Mef2d 抑制 Regnase-1(一种已知的 GATA3 和 ST2 负调节因子),从而增强 ST2 的产生,促进 IL-33 信号传导并驱动细胞因子表达。值得注意的是,Mef2d 还是钙信号诱导配体(例如白三烯 C4)的重要下游,使 Mef2d 能够与 NFAT1 形成复合物,以促进 NFAT 进入细胞核,从而上调 2 型细胞因子基因表达。
  • CRISPR 筛选和正交重组酶介导的基因靶向能够鉴定和验证 Mef2d 作为 2 型免疫调节剂。我们的研究已经确定了在 2 型淋巴细胞中维持 2 型允许高 GATA3 表达的途径:Mef2d 通过抑制负调节剂 Regnase-1,在 2 型转录级联的调节中位于 GATA3 的上游。此外,Mef2d 参与钙-NFAT1 信号传导的调节。 Mef2d 调节的 ILC2 和 TH2 细胞有助于 2 型免疫的最佳发展。我们的高通量 CRISPR 筛选平台还鉴定了 GATA3 和淋巴细胞功能的其他调节因子,证明其适合帮助发现 ILC 生物学中的新功能途径。此外,我们采用布尔逻辑门介导的基因电路的原理验证方法可以灵活地适应对特定细胞亚群的研究有价值的研究,例如树突状细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和神经元。

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(~ ̄▽ ̄)~ 通过 AAV 介导的工程紧凑表观遗传编辑器的传递实现全脑沉默朊病毒蛋白

Brainwide silencing of prion protein by AAV-mediated delivery of an engineered compact epigenetic editor | Science. Science

美国怀特海德生物医学研究所Jonathan S. Weissman团队

令人印象深刻的基因表达编辑技术

  • 朊病毒疾病是由大脑中朊病毒蛋白错误折叠引起的致命性神经退行性疾病。病例可以自发表现、遗传性遗传或通过传播获得(例如疯牛病)。尽管目前尚无有效的治疗方法,但在动物模型中,降低大脑中的朊病毒蛋白水平已被证明可以阻止疾病进展,且副作用最小。此外,朊病毒蛋白在哺乳动物中不是必需的,这表明降低其在大脑中的表达是一种可行的治疗策略。
  • 基因药物前景广阔,但往往难以转化为临床。当前基于 CRISPR 的 DNA 编辑技术是复杂的大分子,难以实现,并且可能会导致意外的编辑结果。因此,我们倾向于采用表观遗传编辑方法来永久关闭大脑中朊病毒蛋白的表达,而不改变潜在的DNA序列或导致改变的mRNA和蛋白质的持续表达。该策略利用 DNA 甲基化来实现长期转录沉默。然而,目前的表观遗传编辑器在某些情况下具有细胞毒性,并且太大而无法装入腺相关病毒(AAV)载体,而腺相关病毒(AAV)载体是中枢神经系统的首选递送载体。
  • 为了应对这些挑战,我们设计了一种紧凑的、无酶的表观遗传编辑器,称为 CHARM(Coupled Histone tail for Autoinhibition Release of Methyltransferase, 用于甲基转移酶自动抑制释放的耦合组蛋白尾)。通过与组蛋白 H3 尾部和非催化 Dnmt3l 结构域的直接融合,CHARM 能够招募并激活细胞内源表达的 DNA 甲基转移酶,以甲基化目标基因。 CHARM 可以独立于 KRAB 转录抑制域发挥作用,并且与多种 DNA 结合方式兼容,包括 CRISPR-Cas、转录激活因子样效应子和锌指蛋白。锌指蛋白的小尺寸使得单个 AAV 中能够容纳多达三个 DNA 靶向元件,并为调节元件提供了额外的空间,以赋予细胞类型特异性。当与靶向朊病毒蛋白的锌指结构域偶联并通过 AAV 递送至小鼠大脑时,CHARM 甲基化朊病毒基因启动子,并使全脑神经元朊病毒蛋白减少高达 80%,远远超过了治疗效果所需的最小减少量。此外,我们还开发了自我沉默的 CHARM,可以在使目标沉默后自动停用。这种方法暂时限制 CHARM 表达,以避免潜在的抗原性和非分裂神经元中长期表达导致的脱靶活性。
  • 这项研究首次证明了 AAV 介导的表观遗传编辑器的传递,该编辑器可以可编程地甲基化大脑中的 DNA,从而持久、有效地沉默目标基因。 CHARM 通过利用内源 DNA 甲基化机制来避免潜在细胞毒性催化结构域的过度表达。其紧凑的尺寸可实现模块化的自沉默策略,促进多重靶向,并增强与其他递送方式(例如脂质纳米颗粒)的兼容性。这项工作可以有效治疗朊病毒病以及其他涉及有毒蛋白质聚集体积累的神经退行性疾病患者。更一般地说,CHARM 代表了用于治疗干预和生物发现的下一代安全且易于交付的表观遗传编辑器。

中和抗体可防止麻疹病毒融合蛋白融合后转变

A neutralizing antibody prevents postfusion transition of measles virus fusion protein | Science. Science

  • 疫苗接种率下降导致麻疹病毒(MeV)在全球范围内卷土重来,对于那些不能或尚未接种疫苗或疫苗不能引发中和免疫力的人来说,显然需要有效的治疗。一种有前途的方法涉及针对病毒融合蛋白F的中和抗体,但尚未对此类中和抗体进行结构表征或批准。本研究旨在阐明单克隆抗体 (mAb) 77 的作用机制并评估其治疗 MeV 感染的潜力。
  • 我们发现 mAb 77 在体外有效中和 MeV 感染,并显着减少棉鼠模型体内的复制和病毒载量。机制分析表明,mAb 77 可以有效防止完全膜融合,但它不会阻止 F 激活、融合启动或延伸中间体的形成。
  • 为了了解 mAb 77 的中和机制,我们设计了一种稳定的 F 胞外域 (FECTO),其具有在 MeV 脑炎病例中发现的两个自然发生的点突变。这两个点突变允许 F 在没有外源三聚化结构域的融合前构象中表达,同时仍然允许随后将该 F 折叠到其融合后状态。融合前状态下 MeV FECTO 的 2.11 Å 分辨率冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 结构表明,两个稳定突变不会影响整体结构,并且融合后 F 的进一步结构以 2.7 Å 分辨率显示提供了对重折叠途径中的中间体进行建模所需的端点结构。第三个冷冻电镜结构是 FECTO 与 Fab 77 的复合物(2.6-Å 分辨率),揭示了抗体表位。 mAb 77 同时桥接结构域 I 和 II、F2 的 N 端部分以及结构域 II 和 C 端七肽重复序列之间的接头,并且表位边缘还识别融合肽。该构象表位仅存在于 F 的预融合形式中。
  • 为了使这种融合前结合结构与 mAb 77 在触发后状态中和的机制信息相一致,我们试图了解重折叠的中间体以及 mAb 77 阻断融合过程的阶段。对 FECTO-Fab 77 复合体的冷冻电镜数据集进行更深入的分析,发现了一系列二维 (2D) 类别中的粒子亚群,这些亚群说明了重折叠(触发、扩展中间体、三聚体分离)中的快照,并且还允许可视化被结合的 Fab 77 抑制的三聚体重折叠中间状态。该 Fab 77 稳定的 F 片段的第四个结构被解析为 3.6-Å 分辨率,表明该抗体仍然结合结构域 I 和 II 以及部分 F2 链在它们的融合前排列中,并且这些区域锚定在一起阻止了这个中间阶段的重折叠过程。
  • 我们的研究揭示了 mAb 77 的体外中和作用和体内保护作用,以及 mAb 77 与 MeV F 复合物的冷冻电镜结构及其作用机制,这为针对 MeV 感染的潜在治疗用途提供了重要的信息。我们表明,mAb 77 特异性识别融合前构象中的 MeV F,并允许初始 F 激活和重折叠,但它也会中断重折叠过程,以防止膜融合和病毒进入所需的构象变化。这些发现提出了一个模型,不仅可以理解 MeV 的抗体中和作用,还可以理解其他病毒,这些病毒的抗体被认为会中断融合,但其结构尚不清楚。

(~ ̄▽ ̄)~ 扩增编辑可实现从短序列到兆碱基和染色体规模的 DNA 高效、精确复制

Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale. Cell

武汉大学中南医院泌尿外科、检验医学科、风湿免疫科,免疫代谢前沿科学中心、医学研究所、病毒学国家重点实验室、武汉大学泰康生命与医学中心

  • 复制是分子进化的基础,也是基因组和复杂疾病的驱动因素。
  • 在这里,我们开发了一种名为扩增编辑(AE)的基因组编辑工具,可以在染色体规模上实现精确的可编程 DNA 复制。 AE 可以复制 20 bp 至 100 Mb 的人类基因组,其大小与人类染色体相当。AE 在多种细胞类型中表现出活性,包括二倍体、单倍体和原代细胞。 AE 对于 1 Mb 重复表现出高达 73.0% 的效率,对于 100 Mb 重复表现出高达 3.4% 的效率。
  • 全基因组测序和编辑序列连接处的深度测序证实了复制的精度。 AE 可以在胚胎干细胞的疾病相关区域内产生染色体微复制,这表明它具有生成细胞和动物模型的潜力。
  • AE 是一种用于染色体工程和 DNA 复制的精确而高效的工具,将精确基因组编辑的范围从单个基因位点扩大到染色体规模。

口服 Th17 拮抗剂小蛋白的临床前原理证明

Preclinical proof of principle for orally delivered Th17 antagonist miniproteins. Cell

  • 白细胞介素 (IL)-23 和 IL-17 是自身炎症性疾病中经过充分验证的治疗靶点。针对IL-23和IL-17的抗体已显示出临床疗效,但受到成本高、安全风险、缺乏持续疗效以及需要肠胃外给药而给患者带来不便等限制。
  • 在这里,我们提出了设计的抑制 IL-23R 和 IL-17 的微型蛋白,其分子大小的一小部分具有类似抗体的低皮摩尔亲和力。这些微型结合剂可在体外有效阻断细胞信号传导,并且极其稳定,可实现口服给药和低成本制造
  • 口服IL-23R微型结合剂在小鼠结肠炎中显示出比临床抗IL-23抗体更好的功效,并且在大鼠中具有良好的药代动力学(PK)和生物分布特征。
  • 这项工作表明,口服从头设计的微型粘合剂可以穿过肠上皮屏障达到治疗目标。从头设计的微型粘合剂具有高效力、肠道稳定性和简单的可制造性,是一种有前途的口服生物制剂形式。

泛素相关修饰剂 Urm1 调节压力依赖性凝聚态形成

Stress-dependent condensate formation regulated by the ubiquitin-related modifier Urm1. Cell

  • 蛋白质和 RNA 结合成相分离组件(例如核仁和应激颗粒)的能力是组织无膜细胞区室的基本原理。虽然生物分子凝聚物的成分通常都有详细记录,但其在压力下形成的机制仅被部分了解。
  • 在这里,我们在酵母中展示了泛素样修饰剂 Urm1 的共价修饰促进了多种蛋白质的相分离。我们发现,应激引起的细胞 pH 值下降会触发 Urm1 自我关联及其与靶蛋白和 Urm1 结合酶 Uba4 的相互作用。应激敏感蛋白的乌酰化促进它们沉积成应激颗粒和核凝聚物。
  • 缺乏 Urm1 的酵母细胞表现出凝聚缺陷,表现为应激恢复能力降低。
  • 我们提出 Urm1 作为一种可逆分子“粘合剂”,在细胞应激下驱动功能关键蛋白的保护性相分离。

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小胶质细胞衍生的 C1q 整合到神经元核糖核蛋白复合物中并影响衰老大脑中的蛋白质稳态

Microglial-derived C1q integrates into neuronal ribonucleoprotein complexes and impacts protein homeostasis in the aging brain. Cell

  • 神经免疫相互作用介导细胞间通讯,是关键大脑功能的基础。小胶质细胞是中枢神经系统驻留的巨噬细胞,通过直接的物理相互作用和分子分泌来调节大脑。补体蛋白 C1q 是此类分泌因子之一,在发育和疾病模型中有助于补体介导的突触消除,但大脑 C1q 蛋白水平在整个衰老过程中显着增加。
  • 在这里,我们报告 C1q 以年龄依赖性方式与神经元核糖核蛋白 (RNP) 复合物相互作用。纯化的 C1q 蛋白在体外经历 RNA 依赖性液-液相分离 (LLPS),体内 C1q 与神经元 RNP 复合物的相互作用依赖于 RNA 和内吞作用。缺乏 C1q 的小鼠体内神经元蛋白质合成会发生年龄特异性改变,并且恐惧记忆消退受损。
  • 总之,我们的研究结果揭示了 C1q 的生物物理特性,它是 RNA 和年龄依赖性神经元相互作用的基础,并证明了 C1q 在关键的细胞内神经元过程中的作用。

细胞外基质整合线粒体稳态

The extracellular matrix integrates mitochondrial homeostasis. Cell

  • 细胞稳态受到微环境刺激的复杂影响,包括信号分子、代谢物和病原体。线粒体作为细胞内的信号中枢,整合来自各个细胞内区室的信息来调节细胞信号和代谢。多项研究表明线粒体可能对各种细胞外信号事件做出反应。然而,细胞外基质(ECM)的变化如何影响线粒体稳态以调节动物生理机能尚不清楚。
  • 我们发现 ECM 重塑以进化保守的方式改变线粒体稳态。从机制上讲,ECM 重塑会触发 TGF-β 反应,从而诱导线粒体裂变和线粒体未折叠蛋白反应 (UPRMT)。在有机体水平上,ECM 重塑通过增强线粒体应激反应促进动物抵御病原体。
  • 我们假设这种 ECM-线粒体串扰代表了一种古老的免疫途径,它可以检测感染或机械应力诱导的 ECM 损伤,从而启动基于线粒体的适应性免疫和代谢反应。

(~ ̄▽ ̄)~ 来自焦亡细胞的氧磷脂和代谢物可作为组织修复的促进剂

Oxylipins and metabolites from pyroptotic cells act as promoters of tissue repair. Nature

比利时VIB-根特大学炎症研究中心

  • 细胞焦亡是一种溶解性细胞死亡模式,有助于限制感染的扩散,也与无菌性炎症疾病和自身免疫性疾病的病理有关。在细胞焦亡期间,炎症小体激活和 caspase-1 的参与会导致细胞死亡,同时炎症细胞因子白细胞介素-1β (IL-1β) 成熟和分泌。IL-1β 在促进组织炎症方面的主要作用掩盖了细胞焦亡细胞释放的其他因子的潜在影响。
  • 在这里,我们使用一种诱导巨噬细胞发生细胞焦亡而不释放 IL-1β 或 IL-1α 的系统 (表示为 Pyro-1),我们发现了 Pyro-1 分泌组的意外有益作用。首先,我们注意到 Pyro-1 上清液上调了与迁移、细胞增殖和伤口愈合相关的基因特征。与该基因特征一致,Pyro-1 上清液促进了原代成纤维细胞和巨噬细胞的迁移,促进了体外伤口更快愈合,并改善了体内组织修复。
  • 在机制研究中,Pyro-1 上清液的脂质组学和代谢组学确定了氧化脂质和代谢物的存在,将它们与促进伤口愈合的作用联系起来。我们特别关注氧化脂质前列腺素 E2 (PGE2),发现其合成是在细胞焦亡过程中从头诱导的,是在 caspase-1 活化和环氧合酶-2 活性的下游;此外,PGE2 合成发生在细胞焦亡的晚期,其释放依赖于细胞焦亡期间打开的 gasdermin D 孔。至于细胞焦亡代谢物,它们与免疫细胞浸润到伤口和极化到 CD301+ 巨噬细胞有关。
  • 总的来说,这些数据提出了这样一种观点:细胞焦亡分泌蛋白组拥有氧化脂质和代谢物,具有组织修复特性,可以用于治疗。

(~ ̄▽ ̄)~ 桥接 RNA 直接可编程靶标和供体 DNA 重组

Bridge RNAs direct programmable recombination of target and donor DNA. Nature

美国 Arc 研究所

不错的研究 (~ ̄▽ ̄)~ 非常重要的发现!

  • 基因组重排,包括基因组中的突变变化,如插入、缺失或倒置,对于遗传多样性至关重要。这些重排通常由参与基本DNA修复过程(如同源重组)或病毒和移动遗传元件转座外来遗传物质的酶协调。
  • 在这里,我们报道了IS110插入序列,一个最小且自主的移动遗传元件家族,表达一种结构化的非编码RNA该RNA与其编码的重组酶特异性结合。该桥 RNA 包含两个编码核苷酸延伸的内部环,这些环与靶 DNA 和供体 DNA(即 IS110 元件本身)碱基配对。
  • 我们证明靶标结合和供体结合环可以独立地重新编程,以直接在两个DNA分子之间进行序列特异性重组。这种模块化能够将 DNA 插入基因组靶位点,以及可编程的 DNA 切除和倒置。
  • IS110桥重组系统将核酸引导系统的多样性扩展到CRISPR和RNA干扰之外,为基因组设计所需的三种基本DNA重排(插入、切除和反转)提供了统一的机制。

桥式RNA引导重组的结构机制

Structural mechanism of bridge RNA-guided recombination. Nature

  • 插入序列 (IS) 元件是在原核基因组中发现的最简单的自主转座元件。我们最近发现,IS110 家族元件编码重组酶和非编码桥 RNA (bRNA),通过两个可编程环赋予靶 DNA 和供体 DNA 模块化特异性。
  • 在这里,我们报告了IS110重组酶与其bRNA,靶DNA和供体DNA在重组反应周期的三个不同阶段的复合物的冷冻电子显微镜结构。IS110 突触复合物由两个重组酶二聚体组成,其中一个包含 bRNA 的靶结合环并与靶 DNA 结合,而另一个协调 bRNA 供体结合环和供体 DNA。我们发现了跨越两个二聚体的复合 RuvC-Tnp 活性位点的形成,将催化丝氨酸残基定位在靶标和供体 DNA 中的重组位点附近。
  • 对三种结构的比较表明:(1)靶DNA和供体DNA的顶链在复合活性位点被切割以形成共价5′-磷酸丝氨酸中间体,(2)切割的DNA链被交换并连接以产生Holliday连接中间体,以及(3)该中间体随后通过底部链的切割来分离。
  • 总体而言,本研究揭示了双特异性 RNA 赋予 IS110 重组酶靶标和供体 DNA 特异性的机制,以实现可编程 DNA 重组。

转座酶辅助靶位点整合,实现高效的植物基因组工程

Transposase-assisted target-site integration for efficient plant genome engineering. Nature

  • 目前将新DNA放置在植物基因组中特定位置的技术频率低且容易出错,这种低效率阻碍了开发改良作物的基因组编辑方法。转座元件 (TE) 通常被认为是基因组“寄生虫”,其进化为将其 DNA 无缝插入基因组。真核 TE 根据对染色质环境的偏好选择其插入位点,每种 TE 类型都不同。
  • 在这里,我们开发了一种基因组工程工具,该工具利用 TE 精确切除和插入基因组的自然能力来控制 TE 插入位点和交付的货物。受CRISPR相关转座酶的启发,我们将大米Pong转座酶蛋白与Cas9或Cas12a可编程核酸酶融合,该酶以可编程方式靶向细菌中的转座。
  • 我们展示了增强子元件的序列特异性靶向插入(在CRISPR gRNA的引导下),开放阅读框和基因表达盒进入模式植物拟南芥的基因组。然后,我们将该系统转化为大豆,这是一种需要靶向插入技术的全球主要作物。我们已将 TE“寄生虫”设计成一个可用且可访问的工具包,该工具包能够将定制 DNA 的序列特异性靶向到植物基因组中。

脑嵌合体揭示了个体对神经毒性触发因素的易感性

Brain Chimeroids reveal individual susceptibility to neurotoxic triggers. Nature

挺特别的人脑嵌合体设计方案

  • 个体间遗传变异会影响许多疾病的易感性和进展。然而,由于缺乏忠实的细胞人类模型,以及难以扩展当前系统以代表多个人,研究个体大脑在正常发育和疾病表型方面有何差异的努力受到限制。
  • 在这里,我们介绍了人脑嵌合体,这是一种高度可重复的多供体人脑皮质类器官模型,由来自单个类器官中一组个体供体的细胞共同发育而产生。通过在神经干细胞或神经祖细胞阶段重新聚集来自多个单供体类器官的细胞,我们产生了嵌合体,其中每个供体产生大脑皮层的所有细胞谱系,即使使用具有明显生长偏差的多能干细胞系也是如此
  • 我们使用嵌合体来研究对表现出高临床表型变异性的神经毒性触发因素的易感性的个体间差异:乙醇和抗癫痫药物丙戊酸。个体供体对靶细胞类型的影响外显率和每种受影响细胞类型内的分子表型都不同。
  • 我们的研究结果表明,人类遗传背景可能是神经毒素易感性的重要介质,并将嵌合体作为一种可扩展的系统,用于对大脑发育和疾病过程中的个体间变异进行高通量研究。

中间Rb-E2F活性状态保障扩散承诺

An intermediate Rb–E2F activity state safeguards proliferation commitment. Nature

  • 组织修复、免疫防御和癌症进展依赖于静止和增殖之间的重要细胞决策。哺乳动物细胞通过触发正反馈机制而增殖。转录因子 E2F 激活细胞周期蛋白依赖性激酶 2 (CDK2),进而磷酸化并灭活 E2F 抑制蛋白视网膜母细胞瘤 (Rb)。这一作用进一步增加了E2F的活性,以表达增殖所需的基因。鉴于正反馈可以无意中放大小信号,了解细胞如何控制这种正反馈仍然是一个谜
  • 在这里,我们测量了单细胞中 E2F 和 CDK2 信号的变化,发现正反馈机制仅在 G1 期后期参与。细胞在致力于增殖之前,在中间 E2F 活性的可逆状态下花费可变且通常延长的时间。这种中间 E2F 活性与 CDK2 或 CDK4/CDK6 介导的 Rb 中保守的 T373 残基的磷酸化量成正比。这种 T373 磷酸化的 Rb 仍然与染色质结合,但一旦 Rb 在许多位点过度磷酸化,就会与染色质解离,从而完全激活 E2F。T373 的优先初始磷酸化可以解释为其相对较慢的去磷酸化速率。
  • 总之,我们的研究确定了中间E2F激活的启动状态,细胞感知外部和内部信号,并决定是逆转并退出静止状态,还是触发启动细胞增殖的正反馈机制。

雌性果蝇腹侧神经索的连接体重建

Connectomic reconstruction of a female Drosophila ventral nerve cord. Nature

  • 要深入了解大脑如何控制行为,需要将神经回路映射到它们控制的肌肉。
  • 在这里,我们应用自动化工具在成年雌性果蝇黑腹果蝇腹侧神经索 (VNC)的电子显微镜数据集中分割神经元并识别突触,其功能类似于脊椎动物脊髓来感知和控制身体。我们发现苍蝇VNC包含大约4500万个突触和14,600个神经元细胞体。
  • 为了解释连接组的输出,我们使用遗传驱动线和X射线全息纳米断层扫描绘制了腿部和翅膀运动神经元的肌肉靶标。通过这个运动神经元图谱,我们确定了在起飞过程中协调腿部和机翼运动的神经回路。
  • 我们提供 VNC 回路的重建、运动神经元图谱以及用于编程和交互式访问的工具作为资源,以支持神经系统如何控制行为的实验和理论研究。

果蝇腿部和翅膀前运动控制网络的突触结构

Synaptic architecture of leg and wing premotor control networks in Drosophila

  • 动物的运动由运动神经元 (MN) 控制,运动神经元从中枢神经系统投射出来以激活肌肉。MN活动由复杂的前运动网络协调,这些网络促进了单个肌肉对许多不同行为的贡献。
  • 在这里,我们使用连接组学来分析控制果蝇腿和翅膀的前电机电路的接线逻辑。我们发现,这两种前运动网络都聚合成模块,将支配肌肉的MN与相关功能联系起来。在大多数腿部运动模块中,每个前运动神经元的突触权重与其目标 MN 的大小成正比,从而为分层 MN 募集建立了电路基础。相比之下,机翼前运动网络缺乏比例突触连接,这可能使机翼转向肌肉的募集更加灵活。
  • 通过比较同一动物体内不同运动控制系统的结构,我们确定了运动前网络组织和专业化的共同原则,这些原则反映了腿部和翅膀运动控制的独特生物力学限制和进化起源。

(~ ̄▽ ̄)~ 从转座子中提取的 TnpB 同源物是 RNA 引导的转录因子

TnpB homologues exapted from transposons are RNA-guided transcription factors. Nature

  • 转座子编码的 tnpB 和 iscB 基因编码 RNA 引导的 DNA 核酸酶,这些核酸酶通过靶向 DNA 切割和同源重组促进自身自私传播。这些广泛分布的基因家族在进化时间尺度上被反复驯化,导致出现包括 Cas9 和 Cas12 在内的多种 CRISPR 相关核酸酶。
  • 我们着手验证以下假设:TnpB 核酸酶可能还被重新用于除 CRISPR-Cas 适应性免疫之外的新的、意想不到的功能。在这里,利用系统发育学、结构预测、比较基因组学和功能分析,我们发现了可编程转录因子的多个独立起源事件,我们将其命名为 TnpB 样核酸酶失活阻遏物 (TldR)
  • 这些蛋白质利用天然存在的向导 RNA 专门靶向基因组的保守启动子区域,从而导致强大的基因抑制,其机制类似于人类发明的 CRISPR 干扰技术。通过重点研究广泛存在于肠杆菌科中的 TldR 分支,我们发现噬菌体利用 TldR 和相邻编码的噬菌体基因的联合作用来改变宿主鞭毛组装的表达和组成,这种转变可能会影响运动能力、噬菌体易感性和宿主免疫力。
  • 总的来说,这项工作展示了通过转座子编码基因的反复适应而实现的多种分子创新,并揭示了多种 RNA 引导的转录因子的进化轨迹。

锌通过转录因子丝化介导固氮的控制

Zinc mediates control of nitrogen fixation via transcription factor filamentation. Nature

  • 植物通过调整其新陈代谢和基因表达来适应不断变化的环境条件,以保持健康。在豆科植物中,通过平衡从土壤资源中获得的氮与根瘤中共生细菌的固氮来维持氮稳态。
  • 在这里,我们表明锌是一种必需的植物微量营养素,它充当细胞内的第二信使,将环境变化与根瘤代谢活性的转录因子控制联系起来。
  • 我们确定了一种转录调节因子,即硝酸盐下的固定(FUN),它充当传感器,锌控制着无活性丝状巨结构和活性转录调节因子之间的过渡。结核中较低的锌浓度,我们发现这是由于土壤硝酸盐含量较高而发生的,使细丝解离并激活 FUN。然后,FUN直接靶向多个途径来启动结节的分解。因此,锌依赖性细丝化机制建立了浓度读数,以使结核功能适应环境氮条件。
  • 从更广泛的角度来看,这些结果对于理解金属离子在环境信号与植物发育整合中的作用以及优化豆科作物中固定氮的输送具有重要意义。

由专用的 AAA+ ATPase 激活转座酶的分子基础

Molecular basis for transposase activation by a dedicated AAA+ ATPase. Nature

  • 转座酶驱动染色体重排以及耐药基因和毒素的传播。尽管一些转座酶单独起作用,但许多转座酶依赖于专用的 AAA+ ATP 酶亚基,这些亚基通过知之甚少的机制调节位点选择性和催化功能。
  • 使用 IS21 作为模型转座酶系统,我们展示了 ATP 酶调节剂如何使用核苷酸控制的组装和 DNA 变形来实现基于结构的位点选择性、转座酶募集以及激活和整合
  • 溶液和低温电子显微镜研究表明,IstB ATP酶自组装成自抑制的二聚体五聚体,该二聚体将靶DNA紧密弯曲成半螺旋。其中两个十聚体二聚化,将靶核酸稳定成扭结的 S 形构型,该构型在两个 IstB 寡聚体之间的界面处与 IstA 转座酶结合,形成大约 1 MDa 转座体复合物。特异性相互作用刺激调节因子 ATP 酶活性并触发转座酶上的巨大构象变化,转座酶定位催化位点以执行 DNA 链转移。
  • 这些研究有助于解释AAA + ATPase调节因子(由Tn7,Mu和CRISPR相关元件等经典转座系统使用)如何重塑其底物DNA和同源转座酶以促进功能。

(~ ̄▽ ̄)~ 自组织反应网络中的化学储层计算

Chemical reservoir computation in a self-organizing reaction network. Nature

荷兰拉德堡德大学分子和材料研究所

挺特别的一项研究

  • 化学反应网络,例如在新陈代谢和信号通路中发现的化学反应网络,使细胞能够处理来自其环境的信息。当前的分子信息处理和计算方法通常追求数字计算模型,并且需要广泛的分子水平工程。尽管取得了相当大的进展,但这些方法尚未达到生命系统中的信息处理能力水平
  • 在这里,我们报告了基于甲糖反应的化学储层计算机的发现和实现。我们展示了这个复杂的、自组织的化学反应网络如何并行执行多个非线性分类任务,预测其他复杂系统的动力学并实现时间序列预测
  • 该化学信息处理系统为复杂化学反应网络的涌现计算能力提供了原理证明,为新型仿生信息处理系统铺平了道路。

启动剪接体解组的机制

Mechanism for the initiation of spliceosome disassembly. Nature

  • 前 mRNA 剪接需要组装、重塑和解装称为剪接体的多兆道尔顿核糖核蛋白复合物。最近的研究揭示了用于催化的剪接体组装和重塑,但拆解机制仍不清楚。
  • 在这里,我们报告了线虫和人末端内含子-拉里亚特剪接体的 2.6 至 3.2 Å 分辨率冷冻电子显微镜结构以及生化和遗传数据。
  • 我们的研究结果揭示了四种分解因子和保守的 RNA 解旋酶 DHX15 如何启动剪接体分解。分解因子探测大的内部和外部剪接体表面以检测连接 mRNA 的释放。然后,其中两个因子 TFIP11 和 C19L1 以及三个通用剪接体亚基 SYF1、SYF2 和 SDE2 停靠在催化 U6 snRNA 上并激活 DHX15 以启动分解。因此,U6 控制前 mRNA 剪接的开始 5 和结束。
  • 综上所述,我们的研究结果解释了典型剪接体分解的分子基础,并为理解一般剪接体RNA解旋酶控制和异常剪接体的丢弃提供了一个框架。

罗夫甲虫生物合成创新的基因组和细胞基础

The genomic and cellular basis of biosynthetic innovation in rove beetles. Cell

  • 细胞水平的进化如何增强宏观进化变化是理解生物多样性的核心。超过 66,000 种罗夫甲虫(Staphylinidae)构成了最大的后生动物家族。
  • 结合跨越最大分支 Aleocharinae 的基因组和细胞类型转录组学见解,我们追溯了两种细胞类型的进化,其中包括防御腺——葡萄球菌巨型多样性背后的假定催化剂。
  • 我们确定了分子进化步骤,导致一种细胞类型通过与植物毒素释放系统融合的机制产生苯醌,并由第二种细胞类型合成一种武器化总分泌的溶剂。这种合作系统自白垩纪早期以来一直得到保存,因为Aleocharinae辐射到数以万计的谱系。对每种细胞类型进行重新编程产生了生化新颖性,从而实现了生态专业化——最显着的是通过宿主操纵分泌物渗透到社会性昆虫群体的共生体。
  • 我们的研究结果揭示了甲虫化学创新的起源和进化性背后的细胞类型进化过程。

(~ ̄▽ ̄)~ 种系介导的免疫编辑塑造乳腺癌亚型和转移倾向

Germline-mediated immunoediting sculpts breast cancer subtypes and metastatic proclivity | Science. Science

一个不错的切入点

  • 癌症是由一系列异常的生物能力定义的,被称为“癌症的标志”,可以通过劫持各种细胞过程来获得。因此,具有相同临床特征的肿瘤在个体之间可能存在巨大差异,而这些不同的分子脆弱性可能具有重要的预后和治疗意义。致癌改变是在个体遗传DNA(称为种系基因组)的背景下获得的,个体之间的DNA在数百万个多态性位点上存在差异。人们对遗传变异如何影响肿瘤的进化仍然知之甚少。最引人注目的例子是,BRCA1 和 BRCA2 中的有害种系变异分别优先与三阴性乳腺癌和雌激素受体 (ER) 阳性 (ER+) 乳腺癌的发展相关,这意味着种系变异调节特定的疾病亚型。这种偏好的机制基础尚未完全表征。各种证据表明,对适应性免疫系统的回避决定了肿瘤内持续存在哪些体细胞突变。目前尚不清楚种系差异如何影响免疫编辑。一般来说,种系变异体不被认为是免疫原性表位的来源,因为细胞毒性反应应该受到中枢和外周耐受的抑制。然而,在乳腺癌和卵巢癌中的 ERBB2 以及前列腺癌中的 H4 组蛋白等基因中已经鉴定出非突变的免疫原性表位,这表明种系变异可能在免疫监视中发挥作用
  • 我们试图研究种系变异是否通过介导免疫编辑来塑造体细胞进化。具体来说,我们假设反复扩增的驱动基因中种系衍生表位的负担可能会选择反对体细胞基因扩增。这是因为具有大量种系衍生表位的基因的扩增会增加表位可用性、表位呈递的可能性和免疫介导的细胞死亡。因此,基因的体细胞扩增将以具有高种系衍生表位负担的细胞的适应度为代价。相反,肿瘤可能倾向于选择适应成本较低的替代致癌途径。
  • 我们利用了 4918 名原发性乳腺癌和 611 名转移性乳腺癌患者的配对肿瘤和正常测序数据,以及 341 名导管原位癌 (DCIS) 患者的体细胞基因组图谱,并评估了种系衍生表位负荷 (GEB) 与亚型承诺,由局部致癌放大的获得定义。作为概念证明,我们鉴定了源自人表皮生长因子受体 2(HER2;肽 GP2 和 E75)种系序列的两种免疫原性肽,并假设呈现任一肽的能力与 HER2+ 乳腺癌的发生呈负相关。我们发现,与其他乳腺癌亚型相比,拥有可结合并呈递 GP2 或 E75 的 MHC I 类等位基因的个体患 HER2+ 乳腺癌的可能性较小。除了 GP2 和 E75 之外,我们发现编码 HER2 的 ERBB2 中 GEB 较高的个体患 HER2+ 乳腺癌的可能性较小。在不同 ER+ 乳腺癌中观察到的三个复发性扩增子也观察到相同的负相关,这些乳腺癌的特点是复发风险高。负关联对于亚型的定义、结合亲和力阈值和预测结合亲和力的算法是稳健的。克服免疫介导的阴性选择的肿瘤更具侵袭性,并且表现出淋巴细胞耗尽的微环境。在 DCIS 中,在免疫逃逸之前,高 GEB 与浸润性乳腺癌复发呈负相关,表明 GEB 在浸润前环境中具有保护作用。
  • 这些数据表明,所谓的“良性”种系变异,几乎没有或没有功能性基因效应,总的来说,可能通过免疫编辑塑造乳腺癌亚型和疾病侵袭性。这些数据还表明,免疫编辑压力在患者的疾病过程中是不同的,这可能会影响治疗干预的时机。利用种系介导的免疫编辑可以为预测浸润性乳腺癌复发风险的生物标志物的开发提供信息,并进一步细化浸润性乳腺癌亚型的风险分层。

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模仿人类机械感觉的三维电子皮肤

A three-dimensionally architected electronic skin mimicking human mechanosensation | Science. Science

  • 人体皮肤对机械刺激的感知源于机械感受器的转导,机械感受器将外力转化为电信号。尽管模仿这些机械感受器的空间分布可以开发出能够解耦感知法向/剪切力和应变的电子皮肤,但它仍然难以捉摸。
  • 我们报告了一种三维 (3D) 架构的电子皮肤(表示为 3DAE-Skin),其力和应变传感组件以 3D 布局排列,模仿人体皮肤中的 Merkel 细胞和 Ruffini 末端。
  • 该 3DAE-Skin 显示出出色的法向力、剪切力和应变的解耦传感性能,并支持开发触觉系统,通过触摸同时测量物体的模量/曲率。演示包括快速测量各种形状和新鲜度的水果、面包和蛋糕的模量。

用于控制炎症的主动生物集成生命电子设备

Active biointegrated living electronics for managing inflammation | Science. Science

美国芝加哥大学化学系

  • 电子设备和生物组织之间的无缝接口将彻底改变疾病的诊断和治疗。然而,合成材料和活体组织之间的生物和生物力学差异给生物电信号转导接口带来了挑战。
  • 我们推出主动生物集成生命电子 (ABLE) 平台,同时涵盖生物源、生物力学和生物电特性的功能。活生物界面由生物电子布局和充满表皮葡萄球菌的水凝胶复合材料组成,可在微生物-哺乳动物关系中实现多模式信号转导。活水凝胶的细胞外成分是通过天然存在的直链淀粉聚合物链的热释放而制备的,具有粘弹性,能够维持细菌的高活力。
  • 通过电生理记录和无线探测皮肤电阻抗、体温和湿度,ABLE 可以监测微生物驱动的银屑病干预措施。

(~ ̄▽ ̄)~ 通过重塑古代基因调控景观来实现非洲绿松石鳉鱼滞育的进化

Evolution of diapause in the African turquoise killifish by remodeling the ancient gene regulatory landscape. Cell

斯坦福大学遗传学系Anne Brunet团队

挺有趣的发现

  • 假死状态使生物体能够在极端环境中生存。非洲绿松石鳉鱼已经将滞育进化为一种暂停发育的形式,以在完全干旱的情况下生存。然而,极端生存状态演化的机制尚不清楚。
  • 为了了解滞育进化,我们在多个鳉鱼物种的胚胎中进行了综合多组学(基因表达、染色质可及性和脂质组学)。我们发现,滞育是通过所有脊椎动物中存在的非常古老的基因复制品(旁系同源物)最近的调控元件重塑而进化而来的。
  • 基于 CRISPR-Cas9 的扰动确定转录因子 REST/NRSF 和 FOXO 对于滞育基因表达程序(包括参与脂质代谢的基因)至关重要。事实上,滞育表现出独特的脂质特征,其中长链脂肪酸甘油三酯增加
  • 我们的工作提出了复杂适应进化的机制,并提供了通过激活其他物种的假死程序来促进长期生存的策略。

基于结构的 CFTR 增强剂和抑制剂的发现

Structure-based discovery of CFTR potentiators and inhibitors. Cell

分子对接的具体技术流程是什么?

  • 囊性纤维化跨膜电导调节器(CFTR)是一个重要的离子通道,其功能丧失会导致囊性纤维化,而其过度激活会导致分泌性腹泻。改善 CFTR 折叠(校正剂)或功能(增强剂)的小分子已在临床上可用。然而,唯一的增强剂ivacaftor的药代动力学欠佳,抑制剂尚未临床开发。
  • 在这里,我们结合分子对接、电生理学、冷冻电镜和药物化学来鉴定 CFTR 调节剂。我们将约 1.55 亿个分子对接至 CFTR 的增效剂位点,合成了 53 个测试配体,并使用基于结构的优化来识别候选调节剂。这种方法发现了与相同变构位点结合的中纳摩尔增效剂和抑制剂。
  • 这些分子代表了开发更有效的囊性纤维化和分泌性腹泻药物的潜在先导,证明了大规模对接离子通道药物发现的可行性。

人类大脑发育过程中基因、亚型和剪接调控的跨祖先图谱

Cross-ancestry atlas of gene, isoform, and splicing regulation in the developing human brain | Science. Science

  • 全基因组关联研究(GWAS)已经确定了数千个与神经发育和精神疾病相关的基因座,但我们对这些关联背后的目标基因和生物机制缺乏了解仍然是一个重大挑战。许多神经精神疾病的 GWAS 信号,包括自闭症谱系障碍、精神分裂症和双相情感障碍,特别丰富了人类大脑发育过程中活跃的基因调控元件。然而,缺乏统一的人群规模、人类大脑发育的祖先多样化基因调控图谱一直是顶级位点功能评估和 GWAS 后综合分析的主要障碍。
  • 为了解决这一知识上的关键差距,我们对欧洲、非洲受孕后 4 至 39 周内的 672 个独特样本,对发育中的人类大脑中的基因、异构体和剪接数量性状位点(统称为 xQTL)进行了统一处理和系统表征。通过这个扩展的图谱,我们试图具体定位介导神经精神 GWAS 遗传性最大比例的时间和分子特征,优先考虑顶级基因座的候选风险基因和机制,并与使用更大的成人大脑功能基因组参考组的类似结果进行比较。
  • 总共,我们鉴定了 15,752 个含有基因、亚型和/或剪接 cis-xQTL 的基因,其中包括与四个大的、反复发生的倒位相关的 49 个基因。在不同人群中观察到高度一致的效应大小,并且我们多样化的参考面板提高了分辨率,以精细映射潜在的候选因果调控变异。研究发现,在大脑发育的第一阶段和第二阶段,有更多的基因含有 QTL,在 10 到 18 周期间观察到基因表达和剪接遗传力显着下降,这与大脑发育中细胞异质性迅速增加的时期相一致。与基因表达调控相比,异构体水平调控,特别是在妊娠中期,在多个精神科 GWAS 中介导了更大比例的遗传性。
  • 通过共定位和全转录组关联研究,我们优先考虑了五种神经精神疾病中约 60% 的 GWAS 位点的生物学机制,与较大的成人大脑功能基因组参考组相比,观察到的共定位多了 2 倍以上。我们观察到常见变异和罕见变异关联之间的趋同,包括高可信度精神分裂症风险基因 SP4 中的隐秘剪接事件。最后,我们构建了一套全面的发育调控基因和亚型共表达网络,具有独特的细胞类型特异性和遗传富集。利用这种细胞类型特异性,我们鉴定了超过 8000 个模块相互作用 QTL,其中许多表现出额外的 GWAS 共定位。总体而言,与神经祖细胞类型丰富的信号相比,神经精神 GWAS 和罕见变异信号更强烈地定位于成熟的兴奋性和中间神经元相关模块中。结果可以在 https://devbrainhub.gandallab.org 上查看。
  • 我们在发育中的人脑中生成了大规模、跨群体的基因、亚型和剪接调节资源,为复杂的神经发育和精神疾病的遗传基础提供了全面的发育和细胞类型信息的机制见解。

早期视觉体验对后期颜色线索使用的影响

Impact of early visual experience on later usage of color cues | Science. Science

  • 人类视觉识别对于色彩变化非常稳健。在这项工作中,我们根据对 10 名晚年重见光明的先天性失明儿童的观察,对这种复原力的根源进行了潜在的解释。
  • 在视力恢复手术后的几个月或几年里,颜色线索的去除会显着降低他们的识别能力,而年龄匹配的视力正常的儿童则没有表现出这种下降。这一发现可能是由于近视儿童在视力开始时的色彩系统比新生儿更成熟,从而导致对色彩线索的过度依赖。深度神经网络的模拟证实了这一假设。
  • 这些发现强调了典型发展轨迹的适应性意义,并为增强机器视觉系统提供了指导。

分层是通过相分离形成的生物冷凝物的默认过程

Demixing is a default process for biological condensates formed via phase separation | Science. Science

  • 即使在一个亚微米大小的树突上形成,兴奋性突触和抑制性突触也不会重叠。兴奋性和抑制性突触后细胞基质或密度 (e/iPSD) 如何分离尚不清楚。从广义上讲,为什么无膜细胞器在细胞亚区室中自然分离尚不清楚。
  • 利用体外和细胞内的生化重建,我们证明 ePSD 和 iPSD 通过相分离自发分离成不同的浓缩分子组装体。使用 PSD-95 体内标记 iPSD 支架 gephyrin(解离常数约 4 nM)会导致 gephyrin 误定位为 ePSD 缩合物。
  • 出乎意料的是,iPSD 冷凝物的形成迫使体内标记的 gephyrin 从 ePSD 冷凝物中分离出来。因此,分层是冷凝物中生物分子的默认过程,而不是扩散控制的自发混合
  • 总之,相分离可以产生稀溶液中不会出现的生物分子区室化特异性。

多尺度拓扑对亚细胞空间转录组学中的细胞进行分类

Multiscale topology classifies cells in subcellular spatial transcriptomics. Nature

  • 空间转录组学测量组织内数百万个位置的原位基因表达,迄今为止在转录组深度、空间分辨率和样本大小之间进行了一些权衡。尽管基于图像的分割的集成在这方面实现了有影响力的工作,但它受到成像质量和组织异质性的限制。相比之下,最近基于阵列的技术能够在大样本中以亚细胞分辨率测量整个转录组。目前,不存在直接利用该信息来注释单个细胞的细胞类型识别方法。
  • 在这里,我们提出了一种多尺度方法,利用转录组信息和空间背景在亚细胞水平上自动分类细胞类型。
  • 我们在靶向和全转录组空间平台上展示了这一点,改进了人类肾脏组织的细胞分类和形态,并在不依赖图像数据的情况下精确定位单个稀疏分布的肾脏小鼠免疫细胞。通过将这些预测整合到基于多参数持久同源性的拓扑管道中,我们确定了狼疮肾炎小鼠模型的细胞空间关系特征,并通过免疫荧光进行实验验证。
  • 所提出的框架很容易推广到新平台,提供一个全面的管道,连接从基因到组织的不同级别的生物组织。

(~ ̄▽ ̄)~ 使用语义熵检测大型语言模型中的幻觉

Detecting hallucinations in large language models using semantic entropy. Nature. full html

牛津大学计算机科学系

  • 大型语言模型 (LLM) 系统,例如 ChatGPT1 或 Gemini2,可以表现出令人印象深刻的推理和问答能力,但经常会“产生幻觉”错误输出和未经证实的答案。回答不可靠或没有必要的信息会阻碍在不同领域的采用,其中包括捏造法律先例或新闻文章中不真实的事实,甚至在放射学等医学领域对人类生命构成风险。通过监督或强化来鼓励诚实只取得了部分成功。研究人员需要一种通用方法来检测LLMs的幻觉,即使是人类可能不知道答案的新的、看不见的问题也能发挥作用
  • 在这里,我们开发了基于统计学的新方法为LLMs提出了基于熵的不确定性估计器,以检测幻觉的子集(虚构),这是任意且不正确的生成。我们的方法解决了这样一个事实:一个想法可以通过计算含义层面的不确定性而不是特定的单词序列来以多种方式表达。
  • 我们的方法可以跨数据集和任务工作,无需先验了解任务,不需要特定于任务的数据,并且可以稳健地推广到以前从未见过的新任务。通过检测提示何时可能产生闲聊,我们的方法可以帮助用户了解何时必须对 LLM 格外小心,并为使用 LLM 开辟了新的可能性,否则这些可能性会因 LLM 的不可靠性而受到阻碍。

细菌中聚糖分解的另一种广泛特异性途径

An alternative broad-specificity pathway for glycan breakdown in bacteria. Nature

加拿大不列颠哥伦比亚大学化学系

  • 迄今为止,绝大多数糖苷酶都遵循“Koshland”机制的一种变体,通过取代反应水解糖苷键。在这里,我们描述了使用选择性识别非 Koshland 糖苷酶活性的测定法对人类肠道微生物组宏基因组库进行的大规模筛选
  • 利用这一点,我们确定了一组具有极其广泛的底物特异性的酶,并从机制和结构上彻底表征了它们。这些酶不仅破坏 α 和 β 立体化学和多重连接的糖苷键,而且还能裂解标准糖苷酶不水解的底物。这些包括硫代糖苷,例如植物中的芥子油苷,以及药物的假糖苷键,例如阿卡波糖。
  • 这是通过一种独特的水解机制实现的,该机制涉及氧化/还原和消除/水合步骤,每个步骤都由酶模块催化,这些酶模块在许多情况下可以在生物体和底物类别之间互换。这些酶的同系物存在于与肠道微生物组和其他身体部位以及其他环境(例如土壤和海洋)相关的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌中。
  • 这种替代的逐步机制似乎构成了很大程度上未被识别但丰富的聚糖降解途径,作为细菌中碳水化合物代谢的一部分。

飞蝗触角的环形气味编码

Ring-shaped odor coding in the antennal lobe of migratory locusts. Cell

  • 蝗虫触角叶及其超过 2,000 个肾小球的气味表征长期以来一直是一个令人困惑的谜题。
  • 我们利用 CRISPR-Cas9 系统生成转基因蝗虫,在嗅觉感觉神经元中表达基因编码的钙指示剂 GCaMP。使用双光子功能成像,我们绘制了代表所有六个发育阶段的各种生态相关气味的空间激活模式。
  • 我们的研究结果揭示了由特定肾小球簇组成的触角叶的功能性环形组织。这种配置通过以肾小球环的形式编码不同的化学类别和生态上不同的气味,建立了气味特异性的化学位表示。我们通过选择性靶向表达 OR70a 的感觉神经元来证实环形肾小球排列发生在整个发育过程中,并且肾小球群体内的气味编码模式在整个发育阶段是一致的。
  • 从机制上讲,这种非常规的空间嗅觉代码反映了蝗虫触角叶的特异性和多重肾小球神经支配模式。

乙型肝炎共信号受体调节的治疗潜力

Therapeutic potential of co-signaling receptor modulation in hepatitis B. Cell

  • 逆转 CD8+ T 细胞功能障碍对于治疗慢性乙型肝炎病毒 (HBV) 感染至关重要,但具体的分子靶标仍不清楚。
  • 我们的研究分析了肝细胞启动过程中的协同信号受体,并追踪了功能失调的 HBV 特异性 CD8+ T 细胞的轨迹和命运。早期,这些细胞上调 PD-1、CTLA-4、LAG-3、OX40、4-1BB 和 ICOS。虽然阻断共抑制受体效果甚微,但激活 4-1BB 和 OX40 会将它们转化为抗病毒效应器。
  • 长时间的刺激导致了自我更新、寿命长、具有独特转录特征的异质群体。这包括功能失调的祖细胞/干细胞样(TSL)细胞和两个不同的功能失调的组织驻留记忆(TRM)群体。虽然 4-1BB 表达普遍存在,但 OX40 表达仅限于 TSL。在慢性环境中,只有 4-1BB 刺激才具有抗病毒活性。在 HBeAg+ 慢性患者中,4-1BB 激活显示出使功能失调的 CD8+ T 细胞恢复活力的最高潜力。
  • 针对所有功能失调的 T 细胞,而不仅仅是干细胞样前体细胞,有望治疗慢性 HBV 感染。

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操作性心动过缓的自上而下的大脑回路

Top-down brain circuits for operant bradycardia | Science. Science

蛮神奇的研究。自愿调节心率生物反馈大鼠模型是怎么做的?

  • 当个人收到实时反馈时,可以自愿调节心率(HR)。在 HR 生物反馈大鼠模型中,新皮质和内侧前脑束分别受到刺激作为反馈和奖励。老鼠在 30 分钟内降低了心率,经过 5 天的 3 小时反馈后,心率降低了约 50%。训练后心率降低持续至少 10 天,同时大鼠表现出抗焦虑行为和血红细胞计数升高。
  • 这种心动过缓是通过使投射到丘脑腹内侧核(VMT)的前扣带皮层(ACC)神经元失活来预防的。 ACC 至 VMT 通路的 Theta 节律刺激复制了心动过缓。 VMT 神经元投射到下丘脑背内侧 (DMH),DMH 神经元投射到疑核,后者支配心脏中的副交感神经元。

AlphaFold2结构指导前瞻性配体发现

AlphaFold2 structures guide prospective ligand discovery | Science. Science

  • 预测蛋白质结构的深度学习方法,如 AlphaFold2 (AF2) 和 RosettaFold,对结构生物学产生了巨大影响,但它们对药物发现的影响尚不清楚。最近的回顾性对接研究表明,与实验结构的相同计算相比,AF2 模型难以重现配体结合模式,并在配体发现模拟中区分活性分子和诱饵分子。尽管如此,这些研究都是回顾性的。据我们所知,AF2 模型如何前瞻性地预测新配体尚未得到探索。
  • 为了解决这一前瞻性差距,我们选择了在实验结构发布之前 AF2 模型出现的两个治疗靶点:σ2 和血清素 2A (5-HT2A) 受体。尽管 AF2 模型总体上与实验结构相似,但配体结合位点的残基存在有意义的构象差异,特别是对于 5-HT2A 受体。为了前瞻性地测试 AF2 模型指导新配体发现的相对能力,我们将数亿至数十亿个分子的库与模型结构和实验结构对接,优先合成和测试数百个高级分子每个模型和结构。我们通过命中率(每测试数量的实验活跃数量)和命中效力来评估 AF2 结构与实验结构的性能。
  • 令人惊讶的是,针对 AF2 模型的前瞻性对接与针对实验结构的对接一样有效。对于 σ2 受体,55% 的 AF2 衍生对接命中在 1 µM 时具有活性,而针对晶体结构的对接则导致 51% 的命中率。对于 5-HT2A 受体,AF2 衍生模型中 26% 的分子以 10 µM 结合,而对于冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 结构,23% 结合。比较这些点击的亲和力得出了类似的结论。针对 σ2 受体,AF2 对接的前 18 个命中的抑制常数 (Ki) 值在 1.6 至 84 nM 之间,类似于针对受体晶体结构对接的分布。与针对实验结构的对接相比,针对 5-HT2A 受体,AF2 模型产生了更有效和更具选择性的化合物。最有效的 AF2 衍生激动剂的中位有效浓度 (EC50) 值范围为 42 nM 至 1.6 µM,而冷冻电镜衍生的对接命中的 EC50 值范围为 246 nM 至 3 µM。三个 AF2 衍生的对接命中具有亚型选择性,而冷冻电镜衍生的对接命中则不然。与 5-HT2A 受体结合的 AF2 衍生激动剂的冷冻电镜结构与对接预测很好地重叠,并支持 AF2 模型预期的几种残基构象,这些构象与原始实验结构中观察到的残基构象不同。
  • AF2 模型和实验结构之间配体结合位点的差异可能会降低模型识别已知配体的能力。然而,对于 AF2 模型的一个子集,这些差异可能代表低能、替代受体构象,可以像实验结构一样指导新配体的发现,潜在地扩大基于结构的蛋白质的范围药物发现。

肿瘤免疫类

人类免疫健康的统一指标

A unified metric of human immune health. Nat Med

了解一下建模用的features

  • 免疫健康一直难以表征,但可以定义为不存在免疫病理学。虽然一些免疫疾病的共同特征和基于与年龄无关的对抗原刺激的适应的免疫恢复力的概念已经被开发出来,但免疫健康的一般指标及其用于评估临床健康个体的效用仍然不明确
  • 在这里,我们整合了 228 名患有影响关键免疫通路的 22 种单基因疾病的患者以及 42 名年龄和性别匹配的健康对照的转录组学、血清蛋白、外周免疫细胞频率和临床数据。尽管单基因病变的外显率很高,但个体之间不同免疫参数的差异往往比疾病状况或药物使用造成的差异更占主导地位
  • 无监督或有监督的机器学习独立地确定了一个分数,可以区分健康参与者和单基因疾病患者,从而提出定量免疫健康指标(immune health metric, IHM)。在十个独立的数据集中,IHM 区分健康与多基因自身免疫和炎症疾病状态,标记临床健康个体的衰老,跟踪免疫和非免疫疾病的疾病活动和治疗反应,并预测年龄依赖性抗体对不同疫苗免疫的反应。这种区分能力超出了经典炎症生物标志物 C 反应蛋白和白细胞介素 6 的能力。
  • 因此,在包括衰老在内的各种条件下偏离健康都会产生共同的系统免疫后果,我们提供了一个网络平台来计算其他数据集的 IHM,这可以增强精准医疗的能力。

免疫逃避影响癌症进化过程中驱动基因的景观

Immune evasion impacts the landscape of driver genes during cancer evolution. Genome Biol

如何区分逃逸和未逃逸状态?

  • 致癌是由基因突变与局部肿瘤微环境之间的相互作用驱动的。最近的研究已经确定了数百个癌症驱动基因;然而,这些研究通常包括不同分子亚型和生态位的混合,并忽略了免疫系统的影响。
  • 在这项研究中,我们比较了逃逸免疫系统(逃逸+)和未逃逸免疫系统(逃逸-)的肿瘤中驱动基因的情况。我们使用非同义突变与同义突变的比率 (dN/dS) 分析了癌症基因组图谱中的 9896 个原发性肿瘤,并分别在逃逸-和逃逸 + 肿瘤中发现了 85 个驱动基因,包括 27 个和 16 个新基因。
  • 免疫逃逸肿瘤中驱动基因的 dN/dS 显着低于非逃逸肿瘤,且更接近中性,表明免疫逃逸推动驱动基因中的选择缓冲。此外,我们发现免疫逃避会导致更多的突变位点、多样化的突变特征,并与肿瘤预后相关。
  • 我们的研究结果强调需要改进患者分层以确定癌症治疗的新治疗靶点。

肿瘤浸润原代NK细胞的体内AAV-SB-CRISPR筛选可识别CAR-NK治疗的遗传检查点

In vivo AAV-SB-CRISPR screens of tumor-infiltrating primary NK cells identify genetic checkpoints of CAR-NK therapy. Nat Biotechnol

  • 自然杀伤(NK)细胞具有抗癌的临床潜力;然而,多种限制阻碍了NK细胞疗法的成功。
  • 在这里,我们在四种实体瘤小鼠模型中使用体内腺相关病毒 (AAV)-SB(睡美人)-CRISPR(成簇的规则间隔短回文重复序列)筛选对肿瘤浸润性 NK (TINK) 细胞进行了无偏倚的功能定位。同时,我们表征了TINK细胞的单细胞转录组图,确定了以前未探索的NK细胞亚群和差异表达的TINK基因。
  • 作为收敛命中,CALHM2敲除(KO)NK细胞在小鼠原代NK细胞和人嵌合抗原受体(CAR)-NK细胞中显示出增强的细胞毒性和肿瘤浸润性。CALHM2 mRNA 逆转了 CALHM2-KO 表型。人原代NK细胞中的CALHM2 KO增强了其细胞毒性、脱颗粒和细胞因子的产生。
  • 转录组学分析揭示了基线和刺激条件下 CALHM2-KO 改变的基因和通路。在对未修饰的CAR-NK细胞具有抗性的实体瘤模型中,CALHM2-KO CAR-NK细胞显示出有效的体内抗肿瘤功效。
  • 这些数据确定了自然限制NK细胞功能的内源性遗传检查点,并证明了CALHM2 KO用于工程增强的基于NK细胞的免疫疗法。

肿瘤内免疫三联征是免疫疗法介导的实体瘤消除所必需的

Intratumoral immune triads are required for immunotherapy-mediated elimination of solid tumors. Cancer Cell

  • 肿瘤特异性CD8+ T细胞经常功能失调,无法阻止肿瘤生长。我们研究了是否可以招募肿瘤特异性 CD4+ T 细胞来克服肿瘤内的 CD8+ T 细胞功能障碍。
  • 我们发现,在过继性 T 细胞治疗和免疫检查点阻断 (ICB) 的背景下,CD8+ 和 CD4+ T 细胞的空间定位和相互作用(而不是它们的数量)决定了抗肿瘤反应:CD4+ T 细胞必须在效应阶段与同一树突状细胞上的 CD8+ T 细胞结合,形成三细胞型簇(三联征)以许可 CD8+ T 细胞细胞毒性和癌细胞消除。
  • 当肿瘤内三联征的形成被破坏时,尽管肿瘤特异性 CD8+ 和 CD4+ T 细胞数量相同,但肿瘤仍会进展。在接受 ICB 治疗的胸膜间皮瘤患者中,三联征与临床反应相关。
  • 因此,CD4+ T 细胞和三联征是 CD8+ T 细胞在效应期和肿瘤消除期间细胞毒性所必需的。

临床类

阿米万他单抗加拉泽替尼治疗既往未经治疗的 EGFR 突变晚期 NSCLC

Amivantamab plus Lazertinib in Previously Untreated EGFR-Mutated Advanced NSCLC. N Engl J Med

  • 阿米万他单抗加拉泽替尼(amivantamab-lazertinib)对既往未经治疗或奥西替尼预处理过的 EGFR(表皮生长因子受体)突变的晚期非小细胞肺癌(NSCLC)患者显示出具有临床意义和持久的抗肿瘤活性。
  • 在一项 3 期国际随机试验中,我们以 2:2:1 的比例将既往未经治疗的 EGFR 突变(外显子 19 缺失或 L858R)、局部晚期或转移性 NSCLC 患者分配至接受阿米万他单抗-拉泽替尼治疗(以开放标签方式)、奥西替尼(以盲法方式)或拉泽替尼(以盲法方式,评估治疗成分的贡献)。主要终点是阿米万他单抗-拉泽替尼组与奥希替尼组相比的无进展生存期,通过盲法独立中央审查进行评估。
  • 总体而言,1074 名患者接受了随机分组(429 名患者接受阿米万他单抗-拉泽替尼治疗,429 名患者接受奥西替尼治疗,216 名患者接受拉泽替尼治疗)。阿米万他单抗-拉泽替尼组的中位无进展生存期显着长于奥希替尼组23.7 个月与 16.6 个月;疾病进展或死亡的风险比,0.70;95% 置信区间 [CI],0.58 至 0.85;P <0.001)。阿米万他单抗-拉泽替尼组中 86% 的患者(95% CI,83 至 89)观察到客观缓解,奥西替尼组中 85% 的患者(95% CI,81 至 88)观察到客观缓解;在确诊缓解的患者中(阿米万他单抗-拉泽替尼组 336 例,奥希替尼组 314 例),中位缓解持续时间分别为 25.8 个月(95% CI,20.1 至无法估计)和 16.8 个月(95% CI,14.8)至 18.5)。在计划的中期总体生存分析中,阿米万他单抗-拉泽替尼与奥希替尼相比,死亡风险比为 0.80(95% CI,0.61 至 1.05)。
  • 主要不良事件是 EGFR 相关的毒性作用。阿米万他单抗-拉泽替尼组因治疗相关不良事件而停止所有药物的发生率为 10%,奥西替尼组为 3%。
  • 阿米万他单抗-拉泽替尼作为一线治疗 EGFR 突变的晚期 NSCLC 的疗效优于奥希替尼(由杨森研究与开发资助;MARIPOSA ClinicalTrials.gov 编号,NCT04487080)。

接受肾切除术的肾细胞癌患者的围手术期纳武单抗与观察 (PROSPER ECOG-ACRIN EA8143):一项开放标签、随机、3 期研究

Perioperative nivolumab versus observation in patients with renal cell carcinoma undergoing nephrectomy (PROSPER ECOG-ACRIN EA8143): an open-label, randomised, phase 3 study. Lancet Oncol

  • 中高危肾细胞癌患者的护理标准是部分或根治性肾切除术,然后进行监测。我们的目的是研究高危肾细胞癌患者在肾切除术前使用纳武单抗,随后使用纳武单抗辅助治疗,以确定与仅手术相比的无复发生存期。
  • 在这项开放标签、随机、3 期试验 (PROSPER EA8143) 中,从美国和加拿大的 183 个社区和学术机构招募了患者。符合资格的患者年龄为 18 岁或以上,东部肿瘤合作组表现状态为 0-1,之前未经治疗的临床分期 T2 或以上,或计划进行部分或根治性肾切除术的透明细胞或非透明细胞组织学的 Tany N+ 肾细胞癌。选定的患有寡转移疾病且在手术后 12 周内其他疾病部位无疾病的患者有资格纳入。我们将使用层(临床 TNM 分期)内排列区块(区块大小为 4)的患者随机分配 (1:1) 至纳武单抗加手术,或仅手术后进行监测。在纳武单抗组中,手术前给予纳武单抗 480 mg,随后注射 9 剂辅助剂量。主要终点是经研究者审查的肾细胞癌患者的无复发生存期,在所有随机分配的患者中进行评估,无论组织学如何。对开始指定方案治疗的所有随机分配的患者进行安全性评估。该试验已在 ClinicalTrials.gov 注册(NCT03055013),并且已停止计提。
  • 结果:2017 年 2 月 2 日至 2021 年 6 月 2 日期间,819 名患者被随机分配至纳武单抗加手术组 (404 名患者 [49%]) 或仅接受手术组 (415 名患者 [51%])。分配至纳武单抗联合手术组的 404 名患者中有 366 名 (91%) 和分配至仅手术组的 415 名患者中有 387 名 (93%) 开始了治疗。中位年龄为 61 岁 (IQR 53-69),819 名患者中有 248 名 (30%) 为女性,571 名 (70%) 为男性,672 名 (88%) 为白人,77 名 (10%) 为西班牙裔或拉丁裔。由于试验无效,数据和安全监测委员会在计划的中期分析(2022 年 3 月 25 日)时停止了试验。纳武单抗组的中位随访时间为 30·4 个月 (IQR 21·5-42·4),仅手术组的中位随访时间为 30·1 个月 (21·9-41·8)。纳武单抗加手术组的 404 名患者中有 381 名患者 (94%) 以及仅手术组的 415 名患者中有 399 名患者 (96%) 患有肾细胞癌,并被纳入无复发生存分析。
  • 截至数据截止(2023 年 5 月 24 日),纳武单抗治疗(381 例中有 125 例 [33%] 发生无复发生存事件)与仅手术治疗(399 例中有 133 例 [33%];风险比0·94 [95% CI 0·74-1·21];单侧 p=0·32)的RFS并无明显差异。
  • 最常见的与治疗相关的 3-4 级不良事件是脂肪酶升高(纳武单抗联合手术组 366 名患者中有 17 名 [5%],而仅手术组则没有)、贫血(7 名 [2%] 对比 9 名 [2] %])、丙氨酸转氨酶升高(10 例 [3%] 对比 1 例 [<1%])、腹痛(4 例 [1%] 对比 6 例 [2%])以及血清淀粉酶升高(9 例 [2%] 对比无)。纳武单抗联合手术组中有 177 名患者 (48%) 和仅手术组有 93 名患者 (24%) 因任何原因出现 3-5 级不良事件,其中最常见的是贫血(23 名 [6%] 比 19 名) [5%])、高血压(27 名 [7%] 比 9 名 [2%])和脂肪酶升高(18 名 [5%] 比 6 名 [2%])。纳武单抗组 404 名患者中有 48 名患者 (12%) 死亡,纯手术组 415 名患者中有 40 名患者 (10%) 死亡,其中分别有 8 名 (2%) 和 3 名 (1%) 患者被确定与治疗相关。
  • 与手术后仅进行监测的高危肾细胞癌患者相比,围手术期肾切除术前使用纳武利尤单抗,然后辅助使用纳武利尤单抗并不能改善无复发生存率。

商业 CAR T 细胞治疗后 T 细胞淋巴瘤和继发性原发性恶性肿瘤风险

T cell lymphoma and secondary primary malignancy risk after commercial CAR T cell therapy. Nat Med

  • 我们报告了针对非霍奇金 B 细胞淋巴瘤的抗 CD19 嵌合抗原受体 (CAR) T 细胞免疫治疗 3 个月后发生的 T 细胞淋巴瘤 (TCL)。 TCL 是在肺癌手术后从胸部淋巴结诊断出来的。 TCL 表现出 CD8+ 细胞毒性表型和 JAK3 变异,而 CAR 转基因水平非常低。在 CAR T 输注之前和肺癌中,T 细胞克隆在血液中的水平较低。
  • 为了评估商业 CAR T(CD19、BCMA)后继发原发恶性肿瘤的总体风险,我们分析了宾夕法尼亚大学治疗的 449 名患者。中位随访时间为 10.3 个月,16 名患者 (3.6%) 患有继发原发恶性肿瘤。实体瘤和血液恶性肿瘤的中位发病时间分别为 26.4 个月和 9.7 个月。预计实体瘤 5 年累积发病率为 15.2%,血液恶性肿瘤为 2.3%
  • 总体而言,观察到 1 例 TCL 病例,表明 CAR T 后发生 TCL 的风险较低。

可切除食管鳞状细胞癌中联合或不联合卡瑞利珠单抗的新辅助化疗:随机 3 期 ESCORT-NEO/NCCES01 试验

Neoadjuvant chemotherapy with or without camrelizumab in resectable esophageal squamous cell carcinoma: the randomized phase 3 ESCORT-NEO/NCCES01 trial. Nat Med

国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心、中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院胸外科食管纵隔肿瘤

  • 最近涉及新辅助卡瑞利珠单抗(一种 PD-1 抑制剂)联合化疗治疗可切除局部晚期食管鳞状细胞癌 (LA-ESCC) 的单臂研究显示出有希望的结果。这项多中心、随机、开放标签 3 期试验旨在进一步评估新辅助卡瑞利珠单抗联合化疗后辅助卡瑞利珠单抗与单独新辅助化疗的疗效和安全性。
  • 共有 391 例可切除胸部 LA-ESCC(T1b-3N1-3M0 或 T3N0M0)患者按临床分期(I/II、III 或 IVA)进行分层,并按 1:1:1 的比例随机接受两个周期的新辅助治疗治疗。治疗包括卡瑞利珠单抗、白蛋白结合紫杉醇和顺铂(Cam+nab-TP 组;n = 132);卡瑞利珠单抗、紫杉醇和顺铂(Cam+TP 组;n = 130);以及紫杉醇联合顺铂(TP 组;n = 129),然后进行手术切除。 Cam+nab-TP 和 Cam+TP 组还接受辅助 camrelizumab。双重主要终点是病理完全缓解率(pCR)(由盲法独立审查委员会评估)和无事件生存率(EFS)(由研究人员评估)。本研究报告了 pCR 率的最终分析。
  • 在意向治疗人群中,Cam+nab-TP 和 Cam+TP 组的 pCR 率显着较高,分别为 28.0% 和 15.4%,而 TP 组的 pCR 率为 4.7%(Cam+nab-TP 与 TP :差异 23.5%,95% 置信区间 (CI) 15.1-32.0,P < 0.0001;Cam+TP 与 TP:差异 10.9%,95% CI 3.7-18.1,P = 0.0034)。该研究达到了 pCR 的主要终点;然而,EFS 还不成熟。
  • 新辅助治疗期间≥3级治疗相关不良事件的发生率,Cam+nab-TP组为34.1%,Cam+TP组为29.2%,TP组为28.8%;术后并发症发生率分别为34.2%、38.8%和32.0%。
  • 新辅助卡瑞利珠单抗联合化疗治疗 LA-ESCC 的 pCR 率优于单独化疗,且安全性尚可。中国临床试验注册编号:ChiCTR2000040034。

转移前肝脏的多参数图谱用于预测早期胰腺癌的转移结果

Multi-parametric atlas of the pre-metastatic liver for prediction of metastatic outcome in early-stage pancreatic cancer. Nat Med

  • 胰腺癌(PaC)切除后经常发生转移。在这项研究中,我们假设转移前肝活检的多参数分析将根据患者的转移风险、时间和器官部位对患者进行分类。结合代谢组学、组织和单细胞转录组学以及多重成像方法,对 49 名局部 PaC 患者和 19 名非癌性胰腺病变对照患者在胰腺切除术中获得的肝活检进行了分析。对患者进行前瞻性随访(中位 3 年)并分为四个复发组;早期(切除后<6个月)或晚期(切除后>6个月)肝转移(LiM);肝外转移(EHM);无病幸存者(无疾病证据 (NED))。总体而言,与对照组相比,PaC 肝脏表现出炎症加剧的迹象。中性粒细胞胞外陷阱 (NET) 的富集、Ki-67 上调和肝肌酸下降显着区分了未来发生 NED 转移的患者。与发生 EHM 的患者相比,未来发生 LiM 的患者的特点是 T 细胞小叶浸润较少、脂肪变性较少、瓜氨酸 H3 水平较高,而 EHM 患者的干扰素靶基因(MX1 和 NR1D1)过度表达且 CD11B+ 自然杀伤细胞 (NK) 增加细胞。 sortilin-1 和显着 NET 的上调,加上 T 细胞的缺乏和 CD11B+ NK 细胞的减少,将早发性 LiM 患者与晚发性 LiM 患者区分开来。 NED 的肝脏特征与对照组非常相似。使用上述参数,开发了一个基于机器学习的模型,成功预测手术时的转移结果,准确率达 78%。因此,在 PaC 诊断时对肝活检进行多参数分析可以确定转移风险和向器官性,并指导临床分层以实现最佳治疗选择。

(~ ̄▽ ̄)~ 用于治疗 KRAS 突变癌症的泛 KRAS 降解剂

A pan-KRAS degrader for the treatment of KRAS-mutant cancers. Cell Discov

这个TKD这么大,生物活性如何?

  • KRAS 突变在多种致命癌症中非常普遍,这些 KRAS 突变形式在推动癌症进展和产生治疗耐药性方面发挥着至关重要的作用。虽然针对特定 KRAS 突变体的小分子开发取得了进展,但不可成药突变体的存在和二次突变的出现继续对 KRAS 突变癌症的临床治疗构成挑战。
  • 在这项研究中,我们开发了一种名为肿瘤靶向 KRAS 降解剂 (TKD) 的新型分子工具,可有效靶向多种 KRAS 突变体。 TKD 由 KRAS 结合纳米体选择性靶向癌细胞的细胞穿透肽溶酶体结合基序组成。我们的数据显示,TKD 选择性地与癌细胞中的 KRAS 结合,并通过溶酶体依赖性过程有效诱导 KRAS 降解。
  • 从功能上讲,TKD可抑制肿瘤生长,且无明显副作用,并增强PD-1抗体和西妥昔单抗的抗肿瘤作用。
  • 这项研究不仅提供了开发针对“不可成药”蛋白质的药物的策略,而且还揭示了 TKD 是治疗 KRAS 突变癌症的一种有前途的疗法。

通过个性化的自我推荐聊天机器人缩小心理健康治疗的可及性差距

Closing the accessibility gap to mental health treatment with a personalized self-referral chatbot. Nat Med

  • 在许多医学学科的大多数医疗保健系统中,治疗机会的不平等是一个紧迫的问题。在精神卫生保健领域,少数族裔获得治疗机会的减少是普遍存在的,但补救措施却很少。在这里,我们证明数字工具可以通过解决几个关键障碍来缩小可及性差距。
  • 在一项针对英格兰 NHS 服务范围内 129,400 名患者的多站点观察性研究中,我们评估了个性化人工智能支持的自我转诊聊天机器人对患者转诊量以及种族、性别和性取向多样性的影响。我们发现,使用此数字解决方案的服务的转介量大幅增加(增加了 15%,而控制服务则增加了 6%)。至关重要的是,这种增长在少数群体中尤其明显,例如非二元性别(增长 179%)和少数族裔(增长 29%)。使用自然语言处理来分析 42,332 人的定性反馈,我们发现聊天机器人的非人性本质和患者对治疗需求的自我认识是观察到的访问多样性改善的潜在驱动因素。
  • 这提供了强有力的证据,表明数字工具可能有助于克服心理保健领域普遍存在的不平等现象。

OMO-103 在实体瘤中靶向 MYC:1 期试验

MYC targeting by OMO-103 in solid tumors: a phase 1 trial. Nat Med

  • 癌症治疗中“最想要的”靶点之一是癌基因 MYC,它协调肿瘤发展和维持中的关键转录程序。然而,长期以来,它一直被认为是不可成药的。
  • OMO-103 是一种 MYC 抑制剂,由 91 个氨基酸的小蛋白组成。在这里,我们介绍了 OMO-103 在晚期实体瘤中的 1 期研究结果,该研究旨在检查安全性和耐受性作为主要结果,药代动力学、推荐的 2 期剂量和初步活性迹象作为次要结果。
  • 采用经典的 3 + 3 设计,以 21 天为周期,每周静脉注射单药 OMO-103 剂量递增,涵盖六个剂量水平 (DL)。共有 22 名患者入组,治疗持续至疾病进展。
  • 最常见的不良事件是 1 级输注相关反应,发生在 10 名患者中。 DL5 时发生一种剂量限制性毒性。药代动力学表现出非线性,在 DL5 时出现组织饱和迹象,血清中的终末半衰期为 40 小时。
  • 在可评估反应的 19 名患者中,有 12 名达到了药物抗肿瘤活性评估的预定 9 周时间点,其中 8 名患者通过计算机断层扫描显示疾病稳定。一名根据实体瘤反应评估标准被定义为疾病稳定的患者显示,在最佳反应下,总肿瘤体积减少了 49%。转录组分析支持肿瘤活检中的靶点参与。此外,我们还确定了可溶性因子,它们是潜在的药效学和预测反应标记物。根据所有这些数据,推荐的 2 期剂量确定为 DL5 (6.48 mg kg-1)。ClinicalTrials.gov 标识符:NCT04808362。

(~ ̄▽ ̄)~ 用于治疗复发和难治性儿童癌症患者的分子引导疗法:Beat Childhood Cancer Research Consortium 试验

Molecular-guided therapy for the treatment of patients with relapsed and refractory childhood cancers: a Beat Childhood Cancer Research Consortium trial. Genome Med

  • 患有复发性中枢神经系统 (CNS) 肿瘤、神经母细胞瘤、肉瘤和其他罕见实体瘤的儿童面临不良预后。这项前瞻性临床试验研究了将肿瘤样本的基因组和转录组分析与分子肿瘤委员会 (MTB) 方法相结合的可行性,以便为患有复发/难治性实体瘤的儿童做出实时治疗决策。
  • 将受试者分为三个层:第 1 层-复发/难治性神经母细胞瘤;第 2 层-复发/难治性 CNS 肿瘤;第 3 层-复发/难治性罕见实体瘤。肿瘤样本被送去进行肿瘤/正常全外显子组 (WES) 和肿瘤全转录组 (WTS) 测序,基因组数据用于多机构 MTB 以做出实时治疗决策。MTB 推荐计划允许最多 4 种药物的组合。可行性通过完成基因组测序、MTB 审查和开始治疗的时间来衡量。每两个周期后使用实体肿瘤疗效评价标准 (RECIST) 评估疗效。患者临床获益的计算方法是将 CR、PR、SD 和 NED 受试者的总和除以完全缓解 (CR)、部分缓解 (PR)、疾病稳定 (SD)、无疾病证据 (NED) 和疾病进展 (PD) 受试者的总和。将 3 级及以上相关和意外不良事件 (AE) 制成表格以进行安全性评估。
  • 共招募了 186 名符合条件的患者,其中 144 名可进行安全性评估,124 名可进行疗效评估。从活检到开始 MTB 推荐的联合治疗的平均天数为 38 天。65% 的所有受试者、67% 的神经母细胞瘤受试者、73% 的 CNS 肿瘤受试者和 60% 的罕见肿瘤受试者表现出患者获益。本次试验中使用的 MGT 药物的相关毒性几乎没有超过预期,这表明使用这种选择联合靶向治疗的方法是安全的。
  • 本次试验证明了综合测序模型指导任何复发/难治性实体恶性肿瘤患者的个性化治疗的可行性、安全性和有效性。个性化治疗耐受性良好,在这些接受过大量治疗的人群中,临床受益率为 65%,这表明这种治疗策略可能是复发和难治性儿童癌症的有效选择。

生物标志物定向靶向治疗联合度伐利尤单抗治疗晚期非小细胞肺癌:2 期伞式试验

Biomarker-directed targeted therapy plus durvalumab in advanced non-small-cell lung cancer: a phase 2 umbrella trial. Nat Med

  • 对于目前没有可靶向分子改变的非小细胞肺癌 (NSCLC) 肿瘤患者,标准治疗是单独使用抗 PD-(L)1 检查点抑制剂进行免疫治疗或与铂类双药疗法联合使用。然而,并非所有患者都能获得持久的益处,并且对免疫检查点阻断的耐药性很常见。了解耐药性机制(可能包括 DNA 损伤反应和修复途径缺陷、STK11/LKB1 的改变或功能突变、抗原呈递途径的改变以及肿瘤微环境中的免疫抑制细胞亚群)并开发有效的治疗方法来克服它们,仍然是一项尚未满足的需求。在此,第 2 阶段伞状 HUDSON 研究评估了在含抗 PD-(L)1 的免疫疗法和铂类双药疗法失败后,晚期 NSCLC 的合理联合方案
  • 共有 268 名患者接受了 durvalumab(抗 PD-L1 单克隆抗体)-ceralasertib(ATR 激酶抑制剂)、durvalumab-olaparib(PARP 抑制剂)、durvalumab-danvatirsen(STAT3 反义寡核苷酸)或 durvalumab-oleclumab(抗 CD73 单克隆抗体)治疗。durvalumab-ceralasertib 的临床获益最大;客观缓解率(主要结果)为 13.9% (11/79),其他方案为 2.6% (5/189),汇总后中位无进展生存期(次要结果)为 5.8(80% 置信区间 4.6-7.4)对 2.7(1.8-2.8)个月,中位总生存期(次要结果)为 17.4(14.1-20.3)对 9.4(7.5-10.6)个月。durvalumab-ceralasertib 的获益在已知的免疫疗法难治亚组中是一致的。在假设对 ATR 抑制易感的 ATM 改变患者中,客观缓解率为 26.1% (6/23),中位无进展生存期/中位总生存期为 8.4/22.8 个月。Durvalumab-ceralasertib 的安全性/耐受性是可控的。
  • 生物标志物分析表明,抗 PD-L1/ATR 抑制可诱导免疫变化,从而重新激发抗肿瘤免疫力。Durvalumab-ceralasertib 正在针对免疫疗法难治性 NSCLC 进行进一步研究。ClinicalTrials.gov 标识符:NCT03334617。

辅助纳武利尤单抗联合化疗与安慰剂联合化疗治疗胃切除术联合 D2 或更广泛的淋巴结清扫术后的 III 期胃癌或胃食管交界处癌 (ATTRACTION-5):一项随机、多中心、双盲、安慰剂对照的 3 期试验

Adjuvant nivolumab plus chemotherapy versus placebo plus chemotherapy for stage III gastric or gastro-oesophageal junction cancer after gastrectomy with D2 or more extensive lymph-node dissection (ATTRACTION-5): a randomised, multicentre, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trial. Lancet Gastroenterol Hepatol

  • 背景:在亚洲,对于病理分期III期的胃癌或胃食管结合部(GEJ)癌症患者,在进行D2或更广泛的淋巴结切除术后的辅助化疗是标准治疗。我们旨在评估在这种情况下使用辅助性纳武单抗加化疗 vs. 安慰剂加化疗的疗效和安全性。
  • 方法:ATTRACTION-5是一项在日本、韩国、台湾和中国的96家医院进行的随机、多中心、双盲、安慰剂对照的3期试验。符合条件的患者年龄在20岁至80岁之间,经组织学确认为在进行D2或更广泛的淋巴结切除术后的病理分期IIIA-C胃癌或GEJ腺癌,东方合作肿瘤组(ECOG)表现状态评分为0或1,并且有可用的肿瘤组织进行PD-L1表达分析。患者被随机分配(1:1)接受纳武单抗加化疗或安慰剂加化疗,通过一个互动的网络响应系统进行,块大小为四。调查性治疗,纳武单抗360 mg或安慰剂,每3周静脉注射一次,持续30分钟。辅助化疗采用替加氟-吉西他滨-奥曲他滨(S-1)初始剂量为每次40 mg/m²,每天两次口服,连续28天,然后停药14天,或是卡培他滨加奥沙利铂,初始剂量为每21天静脉注射奥沙利铂130 mg/m²,持续2小时,卡培他滨1000 mg/m²,每天两次口服,连续14天,然后停药7天。主要终点是中心评估的无复发生存期。意向治疗人群包括所有随机分配的患者,用于疗效终点的分析。安全人群定义为至少接受过一剂试验药物的患者,用于安全终点的分析。该试验已在ClinicalTrials.gov(NCT03006705)注册,并已结束。
  • 结果:从2017年2月1日到2019年8月15日,共有755名患者被随机分配接受辅助性纳武单抗加化疗(n=377)或辅助性安慰剂加化疗(n=378)。在纳武单抗组中有267名(71%)患者为男性;在安慰剂组中有263名(70%)患者为男性;在纳武单抗组中有110名(29%)患者为女性;在安慰剂组中有115名(31%)患者为女性。共745名患者接受了指定治疗(纳武单抗加化疗组371人;安慰剂加化疗组374人),这些人构成了安全人群。从首剂给药到数据截止的中位时间为49.1个月(IQR 43.1-56.7)。
  • 3年无复发生存率在纳武单抗加化疗组为68.4%(95% CI 63.0-73.2),在安慰剂加化疗组为65.3%(95% CI 59.9-70.2);无复发生存率的风险比为0.90(95.72% CI 0.69-1.18;p=0.44)。治疗相关不良事件在纳武单抗加化疗组的371名患者中有366名(99%)发生,在安慰剂加化疗组的374名患者中有364名(98%)发生。由于不良事件导致的中断治疗在纳武单抗加化疗组(34名[9%]的371名患者)中比安慰剂加化疗组(13名[4%]的374名患者)更频繁。最常见的治疗相关不良事件包括食欲减退、恶心、腹泻、中性粒细胞计数减少和周围感觉神经病变。
  • 解释:该试验的结果不支持在术后辅助治疗中添加纳武单抗,用于治疗未经治疗的、局部晚期、可切除的胃癌或GEJ癌。

其它类

基于 mRNA 的恶性脑肿瘤中新抗原和肿瘤相关抗原的精确靶向

mRNA-based precision targeting of neoantigens and tumor-associated antigens in malignant brain tumors. Genome Med

  • 尽管免疫疗法在治疗多种实体瘤方面取得了成功,但在治疗脑肿瘤方面的应用却相当滞后。这至少部分是由于脑肿瘤内缺乏可介导肿瘤排斥的明确表征的抗原。这些肿瘤的低突变负荷限制了靶向新抗原的丰度;免疫学上的“冷”肿瘤微环境阻碍了持续且有效的免疫反应的产生。随着 COVID-19 mRNA 疫苗的普遍批准,基于 mRNA 的治疗领域经历了一次福音。基于 mRNA 的免疫疗法也因其彻底改变癌症治疗的潜力而引起了广泛的兴趣。在这项研究中,我们开发了一种新颖且可扩展的方法,用于生产基于 mRNA 的个性化疗法,该疗法在单一疗法中针对多种肿瘤排斥抗原,用于治疗难治性脑肿瘤。
  • 使用我们称为开放阅读框抗原网络 (O.R.A.N) 的癌症免疫基因组学流程,鉴定胶质母细胞瘤和髓母细胞瘤的肿瘤特异性新抗原和异常过度表达的肿瘤相关抗原。使用选择性基因捕获和富集策略,为每个个体肿瘤模型开发了个性化肿瘤抗原特异性 mRNA 疫苗。在高度侵袭性的小鼠 GBM 模型中,结合抗 PD-1 免疫检查点阻断疗法或离体扩增肿瘤抗原特异性淋巴细胞的过继性细胞疗法,评估了个性化 mRNA 疫苗的免疫原性和功效。
  • 我们的结果证明了抗原特异性 mRNA 疫苗在 GBM 宿主中引发强大的抗肿瘤免疫反应的有效性。我们的研究结果证实,在抗原特异性 mRNA 导向的免疫治疗后,肿瘤浸润淋巴细胞的增加,其特征是瘤内和全身的效应功能增强,导致肿瘤微环境从免疫冷向热的有利转变。还证明了生产针对人类 GBM 抗原的个性化 mRNA 疫苗的能力。
  • 我们建立了一种个性化、可定制的 mRNA 治疗方法,可有效靶向多种肿瘤抗原,并在临床前脑肿瘤模型中表现出有效的抗肿瘤反应。该平台 mRNA 技术独特地解决了肿瘤异质性和低抗原负荷的挑战,这是针对经典免疫治疗耐药的中枢神经系统恶性肿瘤以及可能的其他冷肿瘤类型的两个关键缺陷。

计算设计的传感器以亚细胞分辨率检测内源 Ras 活性和信号传导效应器

Computationally designed sensors detect endogenous Ras activity and signaling effectors at subcellular resolution. Nat Biotechnol

  • 由于缺乏将传感器灵敏度与目标的生理浓度范围相匹配的策略,基因编码生物传感器用于感测信号蛋白活性的实用性受到阻碍。
  • 在这里,我们使用计算蛋白质设计来生成 Ras 活性的细胞内传感器(基于 LOCKR 的 Ras 活性传感器 (Ras-LOCKR-S))和 Ras 信号环境的邻近标记器(基于 LOCKR 的 Ras 活性依赖性邻近标记器 (Ras -LOCKR-PL))。这些工具允许以亚细胞分辨率检测内源 Ras 活性并标记周围环境
  • 在人类癌细胞系中使用这些传感器,我们鉴定了致癌 EML4-Alk 颗粒中的 Ras 相互作用蛋白,并发现有丝分裂 68-kDa (SAM68) 蛋白中的 Src 相关蛋白特异性增强颗粒中的 Ras 活性。
  • 亚细胞定位内源 Ras 活性的能力应该会加深我们对 Ras 在健康和疾病中的功能的理解,并可能提出潜在的治疗策略。

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Tracking-seq揭示了CRISPR-Cas9介导的基因组编辑中脱靶效应的异质性

Tracking-seq reveals the heterogeneity of off-target effects in CRISPR-Cas9-mediated genome editing. Nat Biotechnol

清华-北京生命科学联合中心

  • 新型基因组编辑器的持续发展需要一种通用方法来分析其脱靶效应
  • 在这里,我们描述了一种称为 Tracking-seq 的多功能方法,用于原位识别脱靶效应,该方法广泛适用于常见的基因组编辑工具,包括 Cas9、碱基编辑器和 Prime 编辑器。
  • Tracking-seq通过跟踪复制蛋白A(RPA)结合的单链DNA,然后构建链特异性文库,Tracking-seq需要低细胞输入,适用于体外、离体和体内基因组编辑,提供了灵敏且实用的方法。用于各种情况下脱靶检测的全基因组方法。
  • 我们证明,使用相同的引导RNA,Tracking-seq 可以检测不同编辑模式之间以及不同细胞类型之间脱靶效应的异质性,强调了在原始系统中直接测量的必要性。

使用合成细胞电路高通量发现 MHC I 类和 II 类限制性 T 细胞表位

High-throughput discovery of MHC class I- and II-restricted T cell epitopes using synthetic cellular circuits. Nat Biotechnol

  • 抗原发现技术主要集中在主要组织相容性复合物 (MHC) I 类限制性人类 T 细胞受体 (TCR) 上,而 MHC II 类限制性和小鼠 TCR 反应性的方法相对尚未开发。
  • 在此,我们介绍抗原肽的 TCR 作图 (TCR mapping of antigenic peptides, TCR-MAP),这是一种抗原发现方法,该方法使用永生化 T 细胞中的合成 TCR 刺激电路来激活在 MHC 上表达加工肽的工程抗原呈递细胞 (APC) 的分选酶介导的标记。活的、标记的 APC 可以通过测序直接纯化以进行反卷积,从而能够在汇集的筛选环境中针对条形码肽库查询具有未知特异性的 TCR。 TCR-MAP 可准确捕获 MHC I 类限制性和 II 类限制性 TCR 的自身反应性或病毒反应性,具有高通量和灵敏度。
  • 我们阐明了针对癌症/睾丸黑色素瘤相关抗原 A3 的临床 TCR 的有问题的交叉反应性,并发现了小鼠中引发心肌炎的自身反应性 T 细胞的靶标。 TCR-MAP 有潜力加速癌症、传染病和自身免疫领域 T 细胞抗原的发现工作。

(~ ̄▽ ̄)~ 源自患者的迷你结肠能够对肿瘤微环境复杂性进行长期建模

Patient-derived mini-colons enable long-term modeling of tumor-microenvironment complexity. Nat Biotechnol

  • 现有的类器官模型无法完全捕捉癌症的复杂性,因为它们缺乏足够的多细胞多样性、组织水平组织、生物耐久性和实验灵活性。因此,许多多因素癌症过程,特别是那些涉及肿瘤微环境的癌症过程,很难离体研究。
  • 为了克服这些限制,我们在此实施了组织工程和微加工技术来开发拓扑生物学复杂的、患者特异性的癌症化身。专注于结直肠癌,我们生成了由长寿的肠状人类结肠上皮(“迷你结肠”)组成的微型组织,这些组织以针对实时、高分辨率评估而优化的格式稳定地整合癌细胞及其天然肿瘤微环境细胞动力学。
  • 我们通过多种应用展示了该系统的潜力:抗癌治疗中药物有效性、毒性和耐药性的综合评估;发现了由癌症相关成纤维细胞触发的驱动癌症侵袭的机制;以及肿瘤微环境不同成分之间免疫调节相互作用的鉴定。类似的方法对于不同的肿瘤类型应该是可行的。

用于大规模协作单神经元重建的 Gapr

Gapr for large-scale collaborative single-neuron reconstruction. Nat Methods

中国科学院神经科学研究所、神经科学国家重点实验室、中科院脑科学与智能技术卓越中心

  • 单神经元形态的全脑分析对于揭示大脑的复杂结构至关重要。然而,利用最先进的光学显微镜生成的哺乳动物大脑的 TB 甚至 PB 数据进行大规模神经元重建是一项艰巨的任务。
  • 在这里,我们开发了“Gapr”(Gapr加速项目组重建),可简化基于深度学习的自动重建,“自动校对”可减少高可信度站点的人工工作量,以及人群用户通过互联网进行高通量协作校对。此外,Gapr 提供无缝用户界面,确保每个注释者的高校对速度、处理大型数据集的按需转换、针对不同数据集定制的灵活工作流程以及用于质量控制的严格错误跟踪。
  • 我们通过重建小鼠大脑中的 4,000 多个神经元来证明 Gapr 的功效,揭示皮质中间神经元和下丘脑神经元的形态多样性。我们将 Gapr 作为大规模单神经元重建项目的解决方案。

(~ ̄▽ ̄)~ 用于发现体外和体内抗衰老化合物的快速筛选平台

An expedited screening platform for the discovery of anti-ageing compounds in vitro and in vivo. Genome Med

伦敦大学学院癌症研究所 Ivana Bjedov 团队

  • 已提出在细胞水平上抑制或减缓衰老标志作为延长有机体寿命和健康寿命的途径。因此,人们对抗衰老药物的发现非常感兴趣。然而,目前这需要费力且漫长的寿命分析。在这里,我们提出了一种新的筛选读数,以加快发现在体外抑制细胞群衰老并能够延长体内寿命的化合物。
  • 使用 Illumina 甲基化芯片,我们监测了培养中的成人原代人类细胞长期传代所伴随的 DNA 甲基化变化。这使我们能够开发、测试和验证 CellPopAge Clock,这是一种具有底层算法的表观遗传时钟,其设计用于体外检测抗衰老化合物,在现有表观遗传时钟中是独一无二的。此外,我们测量了衰老标志物并在果蝇体内进行了长寿实验,以进一步验证我们发现新型抗衰老化合物的方法。最后,我们将我们的表观遗传时钟与其他可用的表观遗传时钟进行基准测试,以巩固其对于培养中的原代细胞的有用性和专业化。
  • 我们开发了一种新型表观遗传时钟 CellPopAge Clock,用于准确监测成人原代细胞群的年龄。我们发现,CellPopAge Clock 可以检测经过雷帕霉素或曲美替尼(成熟的长寿药物)治疗的人类原代细胞基于传代的减慢衰老。
  • 我们利用 CellPopAge Clock 作为筛选工具来鉴定可减缓细胞群体衰老的化合物,从而发现新型抗衰老药物 torin2 和 dactolisib (BEZ-235)。我们证明,用抗衰老化合物处理的人类原代细胞的表观遗传衰老延迟伴随着衰老和衰老生物标志物的减少。最后,我们利用特殊配制的全息培养基来扩展我们的体内筛选平台,以提高果蝇中的药物生物利用度。我们证明新型抗衰老药物 torin2 和 dactolisib (BEZ-235) 可延长体内寿命。
  • 我们的方法扩大了 CpG 甲基化分析的范围,可以使用人体细胞在体外和体内准确、快速地检测药物的抗衰老潜力,为测试备受追捧的抗衰老化合物和老年保护剂提供了一个新的加速发现平台。

核酸外切酶增强的 Prime 编辑器

Exonuclease-enhanced prime editors. Nat Methods

  • 先导编辑 (Prime editing, PE) 是一种强大的基因编辑技术,基于以 gRNA 为模板的靶向逆转录和从头合成的单链 DNA 的整合。
  • 为了规避该方法的主要瓶颈之一,即反转录的 3′ 瓣与原始 5′ 瓣 DNA 的竞争,我们生成了增强型荧光激活细胞分选报告细胞系,以开发核酸外切酶增强的 PE 策略( “Exo-PE”)由改进的 PE 复合物和适配体招募的 DNA 核酸外切酶组成,可去除 5′ 原始 DNA 瓣。
  • Exo-PE 在多个内源位点和细胞系中插入≥30个碱基对时,比参考 PE2 策略实现了更好的整体编辑效率,同时保持了 PE2 的高编辑精度。
  • 通过实现更大插入的精确结合,Exo-PE 补充了不断增长的不同 PE 工具的选择,并促进 PE 机械的进一步改进。

通过窄窗口数据独立采集实现超快速无标记定量和全面的蛋白质组覆盖

Ultra-fast label-free quantification and comprehensive proteome coverage with narrow-window data-independent acquisition. Nat Biotechnol

  • 基于质谱 (MS) 的蛋白质组学旨在以快速且可重复的方式表征全面的蛋白质组。
  • 在这里,我们提出了窄窗口数据独立采集 (nDIA) 策略,包括高分辨率 MS1 扫描和使用 2-Th 隔离窗口的约 200 Hz 的并行串联 MS (MS/MS) 扫描,消除了数据依赖型采集之间的差异和 – 独立的方法。这是通过将四极 Orbitrap 质谱仪与非对称轨道无损 (Astral) 分析仪配对来实现的,该分析仪提供 >200 Hz MS/MS 扫描速度、高分辨率和灵敏度以及低 ppm 质量精度。
  • nDIA 策略每天可分析 > 100 个完整酵母蛋白质组,或每天可在半小时内分析约 10,000 个人类蛋白质组,或在 5 分钟内分析约 7,000 个蛋白质,每天分析 48 个人类蛋白质组,覆盖率比传统方法高出 3 倍目前最先进的 MS。离线分级样本的多次采集可在约 3 小时内全面覆盖人类蛋白质组。三种蛋白质组混合物证明了高定量精度和准确度,可在半小时内定量 14,000 多个蛋白质组。

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通过单细胞 CRISPR 筛选绘制原代 T 细胞中非编码调控元件的功能影响

Mapping the functional impact of non-coding regulatory elements in primary T cells through single-cell CRISPR screens. Genome Biol

  • 具有遗传证据的药物靶标有望将临床成功率提高至少两倍。然而,将与疾病相关的遗传变异转化为功能知识仍然是药物发现的基本挑战。一个关键问题是绝大多数复杂疾病的关联无法清晰地映射到基因。免疫疾病相关变异在 T 细胞特异性开放染色质区域中发现的调节元件中丰富。
  • 为了鉴定受这些调控元件调节的基因和分子程序,我们在原代人类 T 细胞中开发了一种基于 CRISPRi 的单细胞功能筛选方法。我们的管道能够对由大规模调控元件扰动引起的转录组变化进行询问。我们首先通过 CROPseq 载体在原代 CD4+ T 细胞中优化高效的 CRISPRi 方案。随后,我们针对 45 个非编码调控元件和 35 个转录起始位点进行了筛选,并分析了大约 250,000 个 T 细胞单细胞转录组。
  • 我们开发了一个用于元素到基因 (E2G) 映射的定制分析管道,并证明我们的方法可以识别先前注释的和新颖的 E2G 链接。最后,我们整合了免疫相关性状的遗传关联数据,并展示了我们的平台如何帮助识别 GWAS 位点的效应基因。
  • 我们描述了“原代T细胞crisprQTL”——一种可扩展的单细胞功能基因组学方法,用于将调控元件映射到原代人类T细胞中的基因。我们展示了这个框架如何促进对免疫疾病 GWAS 命中的询问,并提出实验和基于 QTL 的技术的结合可能会解决变异到功能的问题。

纠正独特分子标识符中的 PCR 扩增错误,以生成准确数量的测序分子

Correcting PCR amplification errors in unique molecular identifiers to generate accurate numbers of sequencing molecules. Nat Methods

  • 独特的分子标识符是消除 PCR 扩增偏差的随机寡核苷酸序列。然而,PCR 相关测序错误对生成 RNA 分子绝对计数的准确性的影响并未得到充分认识
  • 我们表明,PCR 错误是批量和单细胞测序数据不准确的根源,并且使用同源三聚核苷酸块合成独特的分子标识符提供了一种纠错解决方案,可以对测序分子进行绝对计数。

使用 PEmbryo 对两细胞小鼠胚胎进行有效的引物编辑

Efficient prime editing in two-cell mouse embryos using PEmbryo. Nat Biotechnol

  • 在允许的发育阶段使用 DNA 错配修复的瞬时抑制,我们证明了对小鼠胚胎的高效初等编辑,几乎没有不需要的局部副产物(在 8 次 13 次替换编辑中,平均精确编辑频率为 58%,目标错误频率为 0.5%),实现创始人的同代表型分析。
  • 全基因组测序表明,错配修复抑制会增加基因组低复杂性区域的脱靶插入缺失,但在小鼠中没有任何明显的表型。

一种用于癌症免疫治疗的溶瘤病毒-T细胞嵌合体

An oncolytic virus-T cell chimera for cancer immunotherapy. Nat Biotechnol

挺取巧的研究思路

  • 溶瘤腺病毒 (OA) 对癌症治疗的疗效受到全身注射后向肿瘤递送不足以及 OA 诱导免疫检查点表达的倾向的限制。为了解决这些局限性,我们使用 T 细胞将 OA 递送至肿瘤中,并设计 OA 以表达靶向编码免疫检查点蛋白 PD-L1 的 PDL1 基因的 Cas9 系统。
  • 通过用呈递 T 细胞特异性抗原的细胞膜掩盖 OA,我们通过抗原-受体相互作用将 OA 物理偶联到 T 细胞表面。我们在小鼠癌症模型(包括黑色素瘤、胰腺癌、肺癌和胶质母细胞瘤模型)中通过静脉给药测试了溶瘤病毒-T 细胞嵌合体 (ONCOTECH)。在黑色素瘤模型中,ONCOTECH的体内递送导致肿瘤细胞中OA的强烈积累,其中PD-L1表达降低了50%,单次给药ONCOTECH使70天内的存活率达到80%。
  • 总的来说,ONCOTECH代表了一种将病毒疗法和细胞疗法相结合的有前途的转化技术。

用SIMPLE-seq同时分析5mC和5hmC的单细胞

Simultaneous single-cell analysis of 5mC and 5hmC with SIMPLE-seq. Nat Biotechnol

  • DNA的动态5-甲基胞嘧啶(5mC)和5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)修饰以细胞类型特异性方式调节基因表达,并与各种生物过程相关,但尚未在单细胞水平上同时从同一基因组测量这两种模式。
  • 在这里,我们介绍了SIMPLE-seq,这是一种可扩展的碱基分辨率方法,用于对数千个单细胞的5mC和5hmC进行联合分析。基于正交标记和记录来自5mC和5hmC位点的“C-to-T”突变信号,SIMPLE-seq可检测单细胞中相同分子的这两种修饰,并能够对异质生物样品进行无偏的DNA甲基化动力学分析
  • 我们将这种方法应用于小鼠胚胎干细胞、人外周血单核细胞和小鼠大脑,以单细胞和单分子分辨率提供联合表观基因组图谱。
  • 对这两种胞嘧啶修饰的综合分析揭示了与不同细胞类型和细胞状态中的不同调控程序相关的不同表观遗传模式。

机器学习/组学类

(~ ̄▽ ̄)~ 使用 MIDAS 进行单细胞多模态数据的马赛克整合和知识转移

Mosaic integration and knowledge transfer of single-cell multimodal data with MIDAS. Nat Biotechnol

  • 整合多种组学技术产生的单细胞数据集对于定义细胞异质性至关重要。马赛克集成(其中不同的数据集仅共享一些测量的模态)带来了重大挑战,特别是在模态对齐和批量效应消除方面。
  • 在这里,我们提出了一个用于单细胞多模态数据的嵌入集成和知识转移(MIDAS)的深度概率框架。 MIDAS通过使用自监督模态对齐和信息论潜在解缠,同时实现镶嵌数据的降维、插补和批量校正。
  • 我们通过评估其在三模态和马赛克积分任务中的性能,展示了其相对于其他 19 种方法的优越性和可靠性。我们还构建了人类外周血单核细胞的单细胞三峰图谱,并定制了迁移学习和相互参考映射方案,以实现从图谱到新数据的灵活、准确的知识迁移。骨髓镶嵌数据集镶嵌积分、伪时间分析和跨组织知识转移的应用证明了 MIDAS 的多功能性和优越性。

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用于代谢组学分析的实验室间能力验证和数据集成的四方代谢物参考资料

Quartet metabolite reference materials for inter-laboratory proficiency test and data integration of metabolomics profiling. Genome Biol

  • 各种实验室开发的代谢组学方法给实验室间可比性和不同数据集的有效整合带来了巨大挑战。
  • 作为四方项目(Quartet Project)的一部分,我们建立了一套公开的四种代谢物参考材料,这些参考材料源自父母和同卵双胞胎女儿的家庭的 B 淋巴母细胞系。我们在不同实验室使用有针对性和无针对性的策略,从四方参考材料中生成全面的基于 LC-MS 的代谢组数据。
  • Quartet 基于多样本的信噪比能够客观评估批次内和批次间代谢组学分析在检测四组样本之间内在生物学差异时的可靠性。各个实验室发现代谢组学分析的可靠性存在显着差异。重要的是,基于比率的代谢组学分析通过缩放研究样本相对于常见参考样本的绝对值,可以实现跨实验室定量数据集成。因此,我们在两个参考样本之间构建了基于比率的高置信度参考数据集,为实验室间准确性评估提供了“基本事实”,从而能够使用各种仪器和协议对定量代谢组学分析进行客观评估。
  • 我们的研究为社区提供了丰富的资源和实验室间能力测试和数据集成的最佳实践,确保了大规模和纵向代谢组学研究的可靠性。

靶向空间转录组学的基因组选择

Gene panel selection for targeted spatial transcriptomics. Genome Biol

  • 靶向空间转录组学在分析复杂组织方面具有特殊的前景。然而,大多数此类方法仅测量有限的转录本,需要提前选择这些转录本以了解正在研究的细胞类型或过程。现有基因选择方法的一个局限性是它们依赖于 scRNA-seq 数据,忽略了技术之间的平台效应。
  • 在这里,我们描述了 gpsFISH,一种通过优化已知细胞类型的检测来执行基因选择的计算方法
  • 通过对平台效应进行建模和调整,gpsFISH 优于其他方法。此外,gpsFISH 可以整合细胞类型层次结构和自定义基因偏好,以满足不同的设计要求。

使用 FLAIR2 检测长读段中单倍型特异性转录本变异

Detecting haplotype-specific transcript variation in long reads with FLAIR2. Genome Biol

  • RNA-seq 在 RNA 加工异常方面取得了重大发现,表明这些 RNA 变异与多种疾病有关。 RNA 中的异常剪接和单核苷酸变异 (SNV) 已被证明会改变转录本稳定性、定位和功能。特别是 ADAR(一种介导腺苷至肌苷编辑的酶)的上调先前已被认为与肺腺癌细胞侵袭性的增加以及剪接调节有关。尽管研究剪接和 SNV 具有重要的功能,但短读长 RNA-seq 的使用限制了社区同时研究两种形式的 RNA 变异的能力。
  • 我们采用长读长测序技术获得全长转录本序列,在单分子水平上阐明变异体对剪接变化的顺式效应。我们开发了一个计算工作流程,增强FLAIR(一种调用长读数据中表达的异构体模型的工具),以将 RNA 变体调用与承载它们的相关异构体集成。
  • 我们从敲除 ADAR 和未敲除 ADAR 的 H1975 肺腺癌细胞中生成具有高序列准确性的纳米孔数据。我们应用我们的工作流程来识别关键的肌苷异构体关联,以帮助阐明 ADAR 在肿瘤发生中的重要性。
  • 最终,我们发现长读方法为表征 RNA 变异和剪接模式之间的关系提供了有价值的见解。

scPerturb:协调的单细胞扰动数据

scPerturb: harmonized single-cell perturbation data. Nat Methods

  • 数据互操作性差阻碍了对越来越多的单细胞扰动数据集的分析。
  • 为了促进计算方法的开发和基准测试,我们收集了一组 44 个公开的单细胞微扰响应数据集,其中包括转录组学、蛋白质组学和表观基因组学。我们应用统一的质量控制流程并协调特征注释。由此产生的信息资源 scPerturb 可实现计算方法的开发和测试,并促进跨数据集的比较和集成。
  • 我们描述了用于量化扰动效应和显着性测试的能量统计(E-统计),并证明 E-距离作为单细胞表达谱组之间的一般距离测量。我们说明了E-统计在量化扰动的相似性和有效性方面的应用。扰动响应数据集和电子统计计算软件可在 scperturb.org 上公开获取。
  • 这项工作为处理单细胞扰动数据的研究人员提供了信息资源,并为实验设计提供了建议,包括最佳细胞计数和读取深度。

SRT-Server:为空间转录组数据分析提供动力

SRT-Server: powering the analysis of spatial transcriptomic data. Genome Med

南京医科大学公共卫生学院全球健康中心生物统计系

  • 空间解析转录组学(SRT)包含一组快速发展的技术,这些技术能够测量组织中的基因表达,同时保留空间定位信息。 SRT 技术和启用的 SRT 研究为复杂组织的结构和功能基础提供了前所未有的见解。随着 SRT 技术的进步和越来越多的 SRT 研究的出现,许多复杂的统计和计算方法被开发出来,以促进 SRT 数据的分析和解释。然而,尽管 SRT 研究日益普及并且 SRT 分析方法广泛可用,但大规模和复杂的 SRT 数据集的分析仍然具有挑战性,对于统计和计算背景有限的研究人员来说并不容易。
  • 在这里,我们展示了 SRT-Server,这是第一个网络服务器,旨在对各种 SRT 技术进行全面的 SRT 分析,同时需要最少的先验计算知识。 SRT-Server 采用尖端的 Web 开发技术实现,用户友好,并具有多个分析模块,可以执行一系列 SRT 分析。通过流程图式的界面,SRT-Server 上的这些不同的分析模块可以拖到主面板中并相互连接以创建自定义分析管道。然后,SRT-Server 自动执行所需的分析、生成相应的图形并输出结果,所有这些都不需要事先具备编程知识。我们通过利用从两个通用平台收集的 SRT 数据的三个案例研究来展示 SRT-Server 的优势,向具有不同分析专业知识的研究人员强调其多功能性和价值。
  • 总体而言,SRT-Server 为 SRT 数据分析提供了一种用户友好、高效、有效、安全且可扩展的解决方案,为该领域的研究人员打开了新的大门。 SRT-Server 可在 https://spatialtranscriptomicsanalysis.com/ 上免费获取。

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(~ ̄▽ ̄)~ 用于 mRNA 疫苗的 CodonBert 大语言模型

CodonBert large language model for mRNA vaccines. Genome Res

  • 基于 mRNA 的疫苗和疗法在多种疾病中越来越受欢迎和使用。设计此类 mRNA 时的关键问题之一是序列优化。即使是很小的蛋白质或肽也可以由大量的 mRNA 编码。实际的 mRNA 序列会对多种特性产生很大影响,包括表达、稳定性、免疫原性等。
  • 为了能够选择最佳序列,我们开发了 CodonBERT,一种 mRNA 的大型语言模型 (LLM)。与之前的模型不同,CodonBERT 使用密码子作为输入,这使其能够学习更好的表示。 CodonBERT 使用来自不同生物体的超过 1000 万条 mRNA 序列进行训练。由此产生的模型捕捉了重要的生物学概念。
  • CodonBERT 还可以扩展来执行各种 mRNA 特性的预测任务。 CodonBERT 优于以前的 mRNA 预测方法,包括在新的流感疫苗数据集上。

通过深度学习从串联质谱预测聚糖结构

Predicting glycan structure from tandem mass spectrometry via deep learning. Nat Methods

哥德堡大学哥德堡瑞典化学与分子生物学系

  • 聚糖构成最复杂的翻译后修饰,调节健康和疾病中的蛋白质活性。然而,串联质谱 (MS/MS) 数据的结构注释是糖组学的一个瓶颈,阻碍了高通量的努力,并将糖组学的工作交给了少数专家。经过对一组新整理的 500,000 个带注释的 MS/MS 谱图的训练,我们在这里展示了 CandyCrunch,这是一种扩张的残差神经网络,可在几秒钟内根据原始液相色谱-MS/MS 数据预测聚糖结构(top-1 准确度:90.3%)。我们开发了一个基于 Python 的开放式原始数据转换和预测工作流程,然后是自动管理和片段注释,以及预测重述和扩展专家注释。我们证明这可用于从头注释、诊断片段鉴定和高通量糖组学。为了获得最大的影响,整个管道与我们的 gluwork 平台紧密相连,并且可以在 https://colab.research.google.com/github/BojarLab/CandyCrunch/blob/main/CandyCrunch.ipynb 上轻松进行测试。我们设想 CandyCrunch 能够使结构糖组学民主化并阐明聚糖的生物学作用。

通过推断人类特征的能力对计算变异效应预测因子进行基准测试

Benchmarking computational variant effect predictors by their ability to infer human traits. Genome Biol

  • 计算变异效应预测因子提供了一种可扩展且日益可靠的解释人类遗传变异的方法,但对循环性和偏差的担忧限制了以前评估和比较预测因子的方法。尚未用于预测训练的基因分型和表型参与者的人群水平队列可以促进对可用方法进行公正的基准测试。使用一组精心策划的人类基因特征关联和报告的罕见变异负担关联,我们评估了英国生物银行和我们所有人队列中 24 个计算变异效应预测因子与相关人类特征的相关性。
  • 在 UK Biobank 和 All of Us 参与者中,AlphaMissense 在根据罕见错义变异推断人类特征方面优于所有其他预测器。这两个队列中计算变异效应预测因子的总体排名显示出显着的正相关。
  • 我们描述了一种评估计算变异效应预测因子的方法,该方法避开了先前评估的局限性。这种方法可以推广到未来的预测因子,并可以继续为个人和临床遗传学的预测因子选择提供信息。

公平医学成像人工智能在现实世界推广中的局限性

The limits of fair medical imaging AI in real-world generalization. Nat Med

  • 随着人工智能 (AI) 在医学成像方面的表现迅速接近人类水平,至关重要的是它不会加剧或扩大医疗保健差距。先前的研究确立了人工智能从胸部 X 光推断人口统计数据的能力,这引发了一个关键问题:使用人口统计捷径的模型是否会对亚人群做出不公平的预测
  • 在这项研究中,我们对医疗人工智能使用人口统计编码的程度进行了彻底调查,重点关注分布内训练集和外部测试集内潜在的公平性差异。我们的分析涵盖三个关键的医学影像学科——放射学、皮肤病学和眼科——并整合了来自六个全球胸部 X 射线数据集的数据。
  • 我们确认医学成像人工智能利用了疾病分类中的人口统计捷径。尽管通过算法纠正快捷方式可以有效地解决公平性差距,从而在原始数据分布中创建“局部最优”模型,但这种最优性在新的测试设置中并不成立。令人惊讶的是,我们发现人口统计属性编码较少的模型通常是最“全局最优”的,在新测试环境中的模型评估过程中表现出更好的公平性
  • 我们的工作为医学成像模型建立了最佳实践,在超出初始训练环境的部署中保持其性能和公平性,强调了跨人群和站点的人工智能临床部署的关键考虑因素。

从序列直接预测本质上无序的蛋白质构象特性

Direct prediction of intrinsically disordered protein conformational properties from sequence. Nat Methods

  • 内在无序区域(IDR)在生命的各个领域中普遍存在,并发挥着一系列的功能作用。虽然折叠域通常可以通过稳定的三维结构来很好地描述,但 IDR 存在于称为系综的相互转换状态的集合中。这种结构异质性意味着蛋白质数据库中基本上不存在 IDR,从而导致缺乏从序列预测整体构象特性的计算方法。
  • 在这里,我们结合合理的序列设计、大规模分子模拟和深度学习来开发ALBATROSS,这是一种用于预测IDR的集合维度的深度学习模型,包括回转半径、端到端距离、聚合物尺度指数和集合非球面性,直接来自蛋白质组范围内的序列。 ALBATROSS 重量轻,易于使用,可作为本地安装的软件包和通过 Google Colab 笔记本的点击式界面进行访问。
  • 我们首先通过检查 IDR 中序列-集合关系的普遍性来证明我们的预测变量的适用性。然后,我们利用 ALBATROSS 的高通量性质来表征蛋白质组内部和蛋白质组之间 IDR 的序列特异性生物物理行为。

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对人类胰腺癌空间和单细胞转录组数据的综合分析揭示了与不良预后相关的中间癌细胞群

Integrative analysis of spatial and single-cell transcriptome data from human pancreatic cancer reveals an intermediate cancer cell population associated with poor prognosis. Genome Med

  • 最近使用单细胞转录组分析的研究报告了胰腺癌肿瘤微环境中几个不同的肿瘤上皮细胞和癌症相关成纤维细胞簇。然而,由于肿瘤内和肿瘤间的异质性,它们的分子特征和生物学意义尚未明确阐明。
  • 我们使用来自 17 个胰腺肿瘤组织(16 个胰腺癌和 1 个高度不典型增生)的富集非免疫细胞群进行单细胞 RNA 测序,并从 7 个患者样本中生成配对的空间转录组数据。
  • 我们确定了胰腺癌细胞的五个不同功能亚群和六个不同的癌症相关成纤维细胞亚群。我们深入分析了它们的特征,发现这些子簇成功地解析了胰腺癌批量转录组分析中建议的大部分特征。在这些亚群中,我们发现了一个新的癌细胞亚群,Ep_VGLL1,尽管具有预后价值,但显示出介于基底样和经典二分法末端之间的中间特征。 Ep_VGLL1 的分子特征表明其在基底样亚型和经典亚型之间的过渡特性,这一点得到了空间转录组数据的支持。
  • 这种综合分析不仅提供了胰腺癌和成纤维细胞群的全面概况,而且还对胰腺癌细胞的动态状态提出了新的见解,并揭示了潜在的治疗靶点。

使用 CNAqc 对大量肿瘤测序的克隆和亚克隆拷贝数变化进行计算验证

Computational validation of clonal and subclonal copy number alterations from bulk tumor sequencing using CNAqc. Genome Biol

  • 拷贝数改变(CNA)是癌症中最重要的遗传事件之一,但由于样本纯度、肿瘤倍性和一般肿瘤内异质性未知,从测序数据中检测它们具有挑战性。
  • 在这里,我们提出了 CNAqc,这是一种受进化启发的方法,用于对从批量 DNA 测序中检测到的克隆和亚克隆 CNA 进行计算验证
  • CNAqc 使用单细胞数据和模拟进行验证,应用于 4000 多个 TCGA 和 PCAWG 样本,并纳入 Genomics England 临床认可的生物信息学管道的验证流程中。
  • CNAqc 旨在支持肿瘤体细胞数据验证的自动化质量控制程序。

罕见的乳腺癌亚克隆测序表明推定的转移性驱动突变主要是在传播后获得的

Rare subclonal sequencing of breast cancers indicates putative metastatic driver mutations are predominately acquired after dissemination. Genome Med

  • 乳腺癌进展的进化模型因原发肿瘤内转移潜力预编码的程度而异。尽管转移性复发通常含有推定的驱动突变,而使用标准测序技术在其先前的原发肿瘤中未检测到这些突变,但这些突变是否是在传播之前或之后获得的仍不清楚。
  • 为了确定全外显子组测序最初认为对转移具有特异性的推定转移驱动突变实际上是否存在于其产生的原发肿瘤的罕见祖先亚克隆中,我们采用了误差控制超深度测序(UDS- UMI)与尿嘧啶 DNA 糖基化酶 (UDG) 减轻 FFPE 伪影相结合,评估 21 名患者先前原发性肿瘤中是否存在 132 个“转移特异性”突变。原发肿瘤细胞的最大突变检测灵敏度约为 1%。开发了一个概念框架来估计突变获得的替代模型的相对可能性。
  • 在 29% 的患者中鉴定出负责播种转移的祖先原发肿瘤亚克隆,这暗示了转移播种中的几个假定驱动因素,包括 LRP5 A65V 和 PEAK1 K140Q。尽管如此,在原发性肿瘤内,推定的转移驱动基因中 93% 的转移特异性突变仍未检测到,已知乳腺癌驱动基因中 96% 的转移特异性突变(包括 ERRB2 V777L、ESR1 D538G 和 AKT1 D323H)也未被检测到。引人注目的是,即使在鉴定出罕见的祖先亚克隆的情况下,87% 的转移特异性推定驱动突变仍未被发现。建模表明,在原发肿瘤的同一罕见亚克隆谱系中连续获得多个转移特异性驱动或乘客突变的可能性极小。
  • 我们的结果强烈表明,转移性驱动突变是在原发肿瘤传播之前(但更常见的是之后)在同一克隆谱系中顺序获得和选择的,并且这些突变具有生物学后果。尽管对档案原发性肿瘤进行采样存在固有的局限性,但我们的研究结果表明,大多数患者的肿瘤细胞在从原发性肿瘤传播后继续经历临床相关的基因组进化。这提供了进一步的证据,表明转移复发是一个多步骤、突变驱动的过程,超出了原发性肿瘤的扩散范围,并强调了纵向肿瘤评估对于帮助指导临床决策的重要性。

mRNA m6A 和假尿苷的同时纳米孔分析揭示了翻译协调

Simultaneous nanopore profiling of mRNA m6A and pseudouridine reveals translation coordination. Nat Biotechnol

  • N6-甲基腺苷 (m6A)假尿苷 (Ψ) 是哺乳动物信使 RNA 中最丰富的两种修饰,但它们的生物学功能的协调仍知之甚少。
  • 我们开发了一种基于机器学习的纳米孔直接 RNA 测序方法 (NanoSPA),可同时分析人类转录组中的 m6A 和 Ψ
  • 将 NanoSPA 应用于多核糖体分析,我们揭示了 m6A 和 Ψ 的相反转录组共现以及 m6A 和 Ψ 对多核糖体的协同、分层效应。

IDHwt 胶质母细胞瘤可以根据其对标准治疗的转录反应进行分层,这对靶向治疗具有影响

IDHwt glioblastomas can be stratified by their transcriptional response to standard treatment, with implications for targeted therapy. Genome Biol

  • 缺乏 IDH1 突变 (IDHwt) 的胶质母细胞瘤 (GBM) 脑肿瘤在所有脑肿瘤中预后最差。患者接受手术和放化疗,但肿瘤复发几乎总是致命的。
  • 利用 107 对标准治疗前和治疗后局部复发 IDHwt GBM 肿瘤的 RNA 测序数据,我们根据基因表达的纵向变化确定了两种应答亚型。在三分之二的患者中,特定的基因子集从原发性到复发性上调(上调反应者),而在三分之一的患者中,相同的基因下调(下调反应者),特别是在肿瘤细胞中。
  • 应答者亚型的特征表明亚型特异性的适应性治疗耐药机制与肿瘤微环境的独特变化相关。在上反应者中,复发性肿瘤富含静态原神经 GBM 干细胞和分化的肿瘤细胞,与周围正常大脑和神经递质信号传导的相互作用增加,而下反应者通常经历间质转化。来自纵向 GBM 肿瘤的 ChIP 测序数据表明,观察到的转录重编程可能是由基于 Polycomb 的染色质重塑而不是 DNA 甲基化驱动的。
  • 我们表明,应答亚型是癌细胞固有的,在体外 GBM 细胞模型中得到重现,并受到肿瘤微环境存在的影响。按反应者亚型对 GBM 肿瘤进行分层可能会带来更有效的治疗。

CombFold:使用组合组装算法和 AlphaFold2 预测大型蛋白质组装体的结构

CombFold: predicting structures of large protein assemblies using a combinatorial assembly algorithm and AlphaFold2. Nat Methods

  • AlphaFold2 和 RosettaFold 等深度学习模型可以实现高精度蛋白质结构预测。然而,由于大型蛋白质复合物的大小和多个亚基之间相互作用的复杂性,预测仍然具有挑战性。
  • 在这里,我们提出了 CombFold,一种组合和分层组装算法,用于利用 AlphaFold2 预测的亚基之间的成对相互作用来预测大型蛋白质复合物的结构
  • CombFold 在 60 个大型不对称组件的两个数据集中准确预测了前 10 个预测中 72% 的复合体(TM 得分 >0.7)。此外,与相应的蛋白质数据库条目相比,预测复合物的结构覆盖率高出 20%。我们将该方法应用于来自 Complex Portal 的化学计量已知但结构未知的复合物,并获得了高置信度的预测。 CombFold 支持基于交联质谱的距离限制的集成和可能的复杂化学计量的快速计数。
  • CombFold 的高精度使其成为将结构覆盖范围扩展到单体蛋白质之外的有前途的工具。

scHolography:一种用于单细胞空间邻域重建与分析的计算方法

scHolography: a computational method for single-cell spatial neighborhood reconstruction and analysis. Genome Biol

  • 空间转录组学改变了我们研究组织复杂性的能力。然而,以单细胞分辨率准确解剖组织组织仍然具有挑战性。
  • 在这里,我们介绍了 scHolography,这是一种基于机器学习的方法,旨在重建单细胞空间邻域,并使用空间和单细胞 RNA 测序数据促进 3D 组织可视化。scHolography采用高维转录组到空间的投影来推断细胞之间的空间关系,定义空间邻域并增强对细胞间通讯的分析。
  • 当应用于人类和小鼠数据集时,scHolography 能够对空间细胞邻域、细胞间相互作用和肿瘤免疫微环境进行定量评估。
  • 总之,scHolography提供了一个强大的计算框架,用于阐明3D组织组织和分析细胞水平的空间动力学。

TISSUE:单细胞空间转录组学的不确定性校准预测改进了下游分析

TISSUE: uncertainty-calibrated prediction of single-cell spatial transcriptomics improves downstream analyses. Nat Method

  • 以单细胞分辨率对基因进行全转录组空间分析仍然是一个挑战。为了解决这一局限性,已经开发了空间基因表达预测方法来推断未测量转录本的空间表达,但这些预测的质量可能会有很大差异。
  • 在这里,我们提出了使用空间单细胞不确定性估计 (TISSUE转录本插补作为估计空间基因表达预测不确定性的通用框架,并为下游推理提供了不确定性感知方法。利用共形推断,TISSUE 为 11 个基准数据集的预测表达值提供了经过良好校准的预测区间。
  • 此外,它始终如一地降低了差异基因表达分析的错误发现率,改善了预测空间转录组学的聚类和可视化,并提高了在预测基因表达谱上训练的监督学习模型的性能。
  • 将TISSUE应用于成年小鼠脑室下区的MERFISH空间转录组学数据集,我们确定了神经干细胞谱系中的亚型,并开发了亚型特异性区域分类器。

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44 种人类肿瘤类型的细胞类型特异性相互作用组网络图谱

An atlas of cell-type-specific interactome networks across 44 human tumor types. Genome Med

  • 生物过程由协同作用的基因组控制。研究不同细胞类型内的基因间相互作用可以帮助研究人员了解人类复杂疾病(如肿瘤)背后的调控机制。
  • 我们从肿瘤中收集了大量单细胞 RNA 测序数据,涉及 563 名患有 44 种不同肿瘤类型的患者。通过分析,我们确定了肿瘤中的各种细胞类型,并创建了不同肿瘤类型中不同免疫细胞亚群的图谱。使用 SCINET 方法,我们重建了特定于不同细胞类型的相互作用组网络。然后整合了各种功能数据,以获得对网络的生物学见解,包括体细胞突变模式和基因功能注释。此外,还确定了网络中具有预后相关性的基因。我们还研究了细胞间通讯,以研究基因相互作用如何调节细胞间相互作用。
  • 我们开发了一个名为 CellNetdb 的数据门户,供研究人员研究细胞类型特异性相互作用组网络。我们的研究结果表明,这些网络可用于识别不同细胞类型中具有拓扑特异性的基因。我们还发现,通过分析网络连接,预后基因可以分解为细胞类型。此外,我们还确定了不同肿瘤类型中细胞类型特异性网络的共性和差异。我们的结果表明,这些网络可用于确定风险基因的优先级。
  • 本研究提出了 CellNetdb,这是一个综合存储库,其中包含 44 种人类肿瘤类型的细胞类型特异性相互作用组网络图谱。研究结果强调了这些网络在描绘肿瘤微环境的复杂性和促进对人类肿瘤分子机制的理解方面的实用性。

基因组测序作为罕见疾病的通用诊断策略

Genome sequencing as a generic diagnostic strategy for rare disease. Genome Med

  • 为了诊断各种遗传和先天性疾病,遗传实验室使用许多不同的工作流程,从核型分析到外显子组测序。单一的通用高通量工作流程将大大提高效率。我们评估了基因组测序 (GS) 是否可以取代这些现有的针对罕见疾病种系遗传诊断的工作流程。
  • 我们对 1000 例病例进行了短读 GS(NovaSeq™6000;150 bp 双端读取,37 × 平均覆盖率),这些病例具有 1271 个已知临床相关变异,这些变异是通过不同的工作流程确定的,代表了我们的三级诊断中心。变异分为小变异(单核苷酸变异和插入缺失 < 50 bp)、大变异(拷贝数变异和短串联重复)和其他变异(结构变异和非整倍体)。根据每个变体查询变体调用格式文件,从中确定特定于工作流程的检测真阳性率 (TPR)。TPR ≥ 98% 被视为过渡到 GS 的阈值。我们为实验室生成了一个 GS-first 场景,使用诊断功效和预测假阴性作为主要结果指标。作为输入,我们为 2022 年转诊的所有 24,570 名个人建模了诊断路径,结合了临床转诊、底层工作流程向 GS 的过渡以及要检测的变体类型。
  • 总体而言,检测到了 95% (1206/1271) 的变体。每个变体类别的检测率不同:96% (826/860) 的小变体、93% (341/366) 的大变体和 87% (39/45) 的其他变体。工作流程之间的 TPR 各不相同 (79-100%),其中 7/10 可以被 GS 替代。我们实验室的模型表明,GS 优先策略对 84.9% 的临床转诊 (750/883) 是可行的,这意味着 71% 的个体 (17,444/24,570) 接受 GS 作为主要测试。预计假阴性率为 0.3%。
  • GS 可以在遗传学诊断实验室中以“GS 优先策略”捕获大多数临床适应症的临床相关种系变异。

Tapioca:在动态环境中预测从头蛋白质-蛋白质相互作用的平台

Tapioca: a platform for predicting de novo protein-protein interactions in dynamic contexts. Nat Methods

  • 蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 驱动细胞过程和对环境线索的反应,反映细胞状态。
  • 在这里,我们开发了 Tapioca,这是一个集成机器学习框架,用于在动态环境中研究全球 PPI。Tapioca通过将来自热/离子变性或共分馏工作流程的质谱相互作用组数据与蛋白质特性和组织特异性功能网络相结合来预测从头相互作用。我们专注于热邻近共聚方法,改进了实验工作流程。微调的热变性提供了更高的通量,而细胞裂解优化增强了来自不同亚细胞区室的蛋白质检测。
  • 接下来,Tapioca工作流程被用于研究病毒感染动态。在致癌卡波西肉瘤相关疱疹病毒的潜伏期重新激活期间,表征了时间 PPI。与功能测定一起,NUCKS被鉴定为一种前病毒枢纽蛋白,通过整合来自α和β疱疹病毒感染的PPI网络,发现了更广泛的作用。
  • 总而言之,Tapioca提供了一个可通过网络访问的平台,用于在动态环境中预测 PPI。

机器学习预测不同染色质环境中的素材编辑效率

Machine learning prediction of prime editing efficiency across diverse chromatin contexts. Nat biotechnol

  • 初免编辑的成功取决于初导引导RNA(pegRNA)的设计和靶位点。
  • 在这里,我们开发了机器学习模型,可以可靠地预测主要编辑效率。PRIDICT2.0 评估了 pegRNA 在错配修复缺陷和错配修复熟练细胞系以及原代细胞体内中长度长达 15 bp 的所有编辑类型的性能。
  • 通过ePRIDICT,我们进一步开发了一个模型,可以量化局部染色质环境如何影响主要编辑率。

在对 8,117 个宏基因组的跨队列分析中确定的 2 型糖尿病中的菌株特异性肠道微生物特征

Strain-specific gut microbial signatures in type 2 diabetes identified in a cross-cohort analysis of 8,117 metagenomes. Nat Med

  • 肠道微生物特征与 2 型糖尿病 (T2D) 的关联并不一致,部分原因是这种疾病的复杂性和研究设计的差异。即使在个别微生物物种与T2D相关的情况下,也无法将机制归因于基于特定微生物菌株的这些关联。
  • 我们对 T2D 微生物组进行了一项全面研究,分析了来自美国、欧洲、以色列和中国的 10 个 T2D、糖尿病前期和正常血糖状态个体队列的 8,117 个鸟枪式宏基因组。
  • 19个系统发育多样化物种的生态失调与T2D有关(错误发现率<0.10),例如,富集的梭状芽胞杆菌(Clostridium bolteae)和枯竭的Butyrivibrio crossotus。这些微生物还有助于群落水平的功能变化,这些变化可能是T2D发病机制的基础,例如葡萄糖代谢的扰动。
  • 我们的研究确定了 27 种菌株的种内系统发育多样性,这些菌株解释了 T2D 风险的个体间差异,例如直肠真杆菌。在某些情况下,这些可以通过菌株特异性基因携带来解释,包括参与水平基因转移的各种机制的位点和代谢风险的新生物学过程,例如群体感应。
  • 总之,我们的研究以菌株分辨的方式提供了强大的跨队列微生物特征,并为 T2D 提供了新的机制见解。

Splice_sim:基于核苷酸转化的RNA-seq模拟和评估框架

Splice_sim: a nucleotide conversion-enabled RNA-seq simulation and evaluation framework. Genome Biol

  • 核苷酸转换 RNA 测序技术会询问细胞转录本中的化学 RNA 修饰,从而导致包含错配的读长。将所得读数映射到参考基因组的偏差仍然知之甚少。
  • 我们介绍了splice_sim,这是一种剪接感知RNA-seq模拟和评估管道,它以设定的频率引入用户定义的核苷酸转换,创建转换和未转换读段的混合模型,并计算每个基因组注释的映射精度。
  • 通过在真实实验条件下模拟核苷酸转化RNA-seq数据集,包括代谢RNA标记和RNA亚硫酸氢盐测序,我们测量了用于小鼠和人类转录本的最先进的剪接读取映射器的映射精度,并得出了防止数据解释偏差的策略。

机器学习设计出具有增强生物效力的新型 GCGR/GLP-1R 双激动剂

Machine learning designs new GCGR/GLP-1R dual agonists with enhanced biological potency. Nat Chem

  • 几种人胰高血糖素受体 (GCGR) 和胰高血糖素样肽-1 受体 (GLP-1R) 的肽双重激动剂正在开发中,用于治疗 2 型糖尿病、肥胖及其相关并发症。候选者必须对两种受体都具有高效力,但尚不清楚现有的有限实验数据是否可用于训练准确预测新肽变体对两种受体的活性的模型。
  • 在这里,我们使用标记有人类 GCGR 和 GLP-1R 体外效力的肽序列数据来训练多个模型,包括使用多重损失优化的深度多任务神经网络模型。使用模型引导的序列优化来设计三组肽变体,具有不同的预测双活性范围。
  • 我们发现模型设计的三个序列是具有优异生物活性的有效双重激动剂。通过我们的设计,与训练集中最好的双激动剂相比,我们能够同时在两个受体上实现高达七倍的效力提高。

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综述评论类

结直肠癌

Colorectal cancer. Lancet

  • 尽管高收入经济体中平均发病年龄患者的发病率有所下降,但结直肠癌是世界上第三大确诊癌症,而新兴经济体中的发病率不断上升。此外,早发性结直肠癌(年龄≤50岁)在全球范围内日益受到关注。
  • 在过去的十年中,研究进展增加了生物学知识、治疗选择和总体生存率。预期寿命的增加归因于有效全身治疗的增加、治疗选择的改进以及局部手术选择的扩大。持续的发展重点是括约肌保存的作用、分子改变的精准肿瘤学、循环肿瘤 DNA 的使用、肠道微生物组分析,以及结直肠癌肝转移的局部策略的作用。
  • 本概述旨在提供结直肠癌临床进展的一般多学科视角。

神经科学家不能害怕研究宗教

Neuroscientists must not be afraid to study religion. Nature

  • 对大脑感兴趣的科学家往往避免研究宗教或灵性,因为担心被视为不科学。这需要改变。

语言首先是沟通的工具而不是思考的工具

Language is primarily a tool for communication rather than thought. Nature

似乎不是一项严肃的研究性论文,而是一个评论

  • 语言是我们物种的一个决定性特征,但它所服务的功能已经争论了几个世纪。
  • 在这里,我们利用神经科学和相关学科的最新证据来论证,在现代人类中,语言是一种交流工具,这与我们使用语言进行思维的主流观点相反
  • 我们首先介绍支持人类语言能力的大脑网络。然后,我们回顾了语言和思想之间双重分离的证据,并讨论了语言的几个特性,这些特性表明语言针对交流进行了优化。我们的结论是,尽管语言的出现无疑改变了人类文化,但语言似乎并不是复杂思维(包括符号思维)的先决条件。相反,语言是传播文化知识的有力工具;它似乎与我们的思维和推理能力共同进化,并且仅反映而不是产生人类认知的标志性复杂性。

衰老生物标志物的验证

Validation of biomarkers of aging. Nat Med

  • 近年来,对量化生物衰老的生物标志物(特别是基于“组学”的生物标志物)的搜索有所增加。这些生物标志物可以预测与衰老相关的结果,并可以作为评估促进健康老龄化和长寿的干预措施的替代终点。然而,关于衰老生物标志物在转化为临床之前应如何验证尚未达成共识。
  • 在这里,我们回顾了目前在人口研究中评估衰老组学生物标志物预测有效性的努力,讨论了可比性和可推广性方面的挑战,并提供了促进未来衰老生物标志物验证的建议。最后,我们讨论了系统验证如何加速衰老生物标志物的临床转化及其在老年治疗临床试验中的应用。

通过从头设计蛋白质激发功能

Sparks of function by de novo protein design. Nat Biotechnol

  • 蛋白质中的信息从序列到结构再到功能,每个步骤都由前一个步骤因果驱动。蛋白质设计建立在反转这个过程的基础上:指定一个所需的功能,设计一个执行这个功能的结构,并找到一个折叠成这个结构的序列。这个“中心教条”几乎是所有从头蛋白质设计工作的基础。我们完成这些任务的能力取决于我们对蛋白质折叠和功能的理解,以及我们在计算方法中捕捉这种理解的能力。
  • 近年来,用于高效、准确结构建模和丰富成功设计的深度学习衍生方法已经实现了从蛋白质结构设计到功能蛋白质设计的进展。我们在经典从头蛋白质设计的更广泛背景下研究了这些进展,并考虑了对未来挑战的影响,包括基本能力,如序列和结构协同设计以及考虑灵活性的构象控制,以及抗体和酶设计等功能目标。

功能性蛋白质设计的机器学习

Machine learning for functional protein design. Nat Biotechnol

  • 人工智能的最新突破,加上蛋白质序列和结构数据的快速积累,从根本上改变了计算蛋白质的设计。新方法有望摆脱自然和实验室进化的限制,加速蛋白质的产生,用于生物技术和医学。
  • 为了理解机器学习方法的爆炸式多样性,我们引入了一个统一的框架,该框架根据模型对三种核心数据模式的使用对模型进行分类:序列、结构和功能标签。
  • 我们讨论了酶、抗体、疫苗、纳米机器等实际设计的新功能和突出挑战。然后,我们重点介绍了塑造该领域未来的趋势,从大规模检测到更强大的基准、多模式基础模型、增强的采样策略和实验室自动化。

AI模型开源透明度不足

Not all ‘open source’ AI models are actually open: here’s a ranking

  • Meta 和微软等科技巨头正在将其人工智能模型标记为“开源”,但并未完全披露有关该技术的重要信息。人工智能模型开源的定义仍不清楚,但倡导者认为,完全开放对于人工智能的问责制至关重要。欧盟即将出台的人工智能法案将对开源模型的监管不那么严格。但也有一些企业被指“公开洗牌”,声称公开,但透露的信息却很少。与大公司相比,小公司以更加透明而闻名。
  • Dingemanse 和 Liesenfeld 的研究评估了各种聊天机器人模型的开放程度。许多声称开源的模型实际上是“开放权重”,限制了外部研究人员的访问。培训数据缺乏透明度是一个重大问题。关于这些模型的科学论文的同行评审很少见,取而代之的是博客文章和公司预印本。
  • 强调了人工智能研究中开放性对于可重复性和创新的重要性。模型必须接受问责制的审查,并避免潜在的数据滥用。

动物嗅出疾病

Could rats and dogs detect disease better than the finest lab equipment?

  • 老鼠和狗已显示出比实验室设备更有效地检测癌症和结核病等疾病的潜力。坦桑尼亚的非洲巨鼠能够通过气味识别结核病阳性样本,显着提高检出率。
  • 动物拥有灵敏的鼻子,可以检测出表明疾病的挥发性有机化合物(VOC)。狗、老鼠,甚至无脊椎动物都成功地嗅出了各种疾病,包括癌症和 COVID-19。虽然扩大基于动物的诊断存在挑战,但疾病检测方面的努力已显示出有希望的结果。
  • 一些研究人员正在探索开发电子鼻来复制动物的嗅觉能力以用于诊断目的。尽管技术取得了进步,但一些研究人员认为,使用动物进行疾病检测(例如在医院中识别艰难梭菌污染)的好处超过了它们带来的挑战。

无烟一代

Pursuing a smoke-free generation | Science

  • 英国最近通过了一项法案,禁止向 2009 年或以后出生的人销售香烟,旨在到 2040 年消除年轻人吸烟现象。
  • 烟草每年夺走 800 万人的生命,本世纪可能有 10 亿人死亡。全球烟草使用量有所下降,但青少年吸烟率仍然很高。由于烟草业依赖于招募年轻吸烟者,因此需要采取大胆行动来结束青少年吸烟。烟草销售年龄限制等政策显示出改善公众健康的希望。由于健康风险,一些国家已采取措施禁止电子烟,而美国在实施类似措施方面面临挑战。
  • 政府必须将公共卫生置于烟草业利益之上,以防止烟草相关危害。

科普类

常规全基因组测序对疑似癌症儿童的益处

Benefits for children with suspected cancer from routine whole-genome sequencing. Nat Med

  • 临床全基因组测序 (WGS) 已被证明可为癌症儿童带来潜在益处,并改变高危患者群体的治疗。目前尚不清楚向每个疑似患有癌症的儿童提供全基因组测序是否可以改变患者管理。
  • 我们收集了来自两个英国单位(n = 152 来自血液学中心,n = 130 来自实体瘤中心)的 281 名儿童(282 个肿瘤)的 WGS 变异识别以及临床和诊断信息,其中 WGS 已成为常规测试。
  • 我们的主要发现是,WGS 独有的变异改变了大约 7%(282 例中的 20 例)病例的治疗,同时在 108 例病例中提供了超出标准护理分子检测的额外疾病相关发现,其中 83 例(29%) )案例。此外,WGS 忠实地再现了每一项护理标准分子测试 (n = 738),并揭示了一些以前未知的儿童肿瘤基因组特征。
  • 我们证明,全基因组测序可以作为疑似癌症儿童常规临床护理的一部分,并可以通过提供意想不到的基因组见解来改变临床管理。我们的经验将 WGS 描述为一种对常规实践具有临床影响的检测方法,为检测整合和提供分子信息患者护理提供了机会。

仿生肢体的连续神经控制可恢复截肢后的仿生步态

Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation. Nat Med

  • 几个世纪以来,科学家和技术人员一直在寻找能够充分发挥完整生物腿的多功能性的人工腿替代品。然而,生物步态需要通过复杂的传入和传出神经相互作用来协调意志和反射运动控制,这使得其神经假体模拟在肢体截肢后具有挑战性。
  • 在这里,我们假设当残余肌肉传入增强时,仿生肢体的连续神经控制可以在膝下截肢后恢复仿生步态。为了检验这一假设,我们提出了一种神经假体接口,由通过手术连接的激动剂-拮抗剂肌肉(包括肌肉感应电极)组成
  • 在由 7 名腿部截肢者组成的队列中,该界面显示出将残余肌肉传入信号增强了生物学完好值的 18%。与没有传入增强的匹配截肢者队列相比,最大神经假体行走速度提高了 41%,与没有腿部截肢的人达到了相同的峰值速度。此外,这种水平的传入增强能够仿生适应各种步行速度和现实世界环境,包括斜坡、楼梯和障碍路径。
  • 我们的结果表明,即使是残余肌肉传入的小幅增加也可以在连续神经调节下恢复腿部截肢个体的仿生步态。

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评论

  1. 翼然之魔
    Macintosh Chrome 125.0.0.0
    2 周前
    2024-7-08 10:29:51

    怎么做到这么强的,看了这么多篇论文,牛哇

    • 博主
      翼然之魔
      Windows Edge 126.0.0.0
      2 周前
      2024-7-08 10:37:15

      只是泛读一下,大致了解一下行业动态 ~ 并没有精读所有论文,也没有必要的

      • 翼然之魔
        Bensz
        Macintosh Chrome 125.0.0.0
        2 周前
        2024-7-08 10:42:13

        有用工具辅助的吗?比如 AI 大概把论文核心整理出来这样的流程,我是做生信的,也关注前沿的研究和行业的动态,用 RSS 订阅了杂志和行业动态,但是大多内容都是英文的,如果认真读的话,还挺花时间的,一直就想有个工具帮我总结和翻译下,这样我浏览起来就很快了。

      • 博主
        翼然之魔
        Windows Edge 126.0.0.0
        2 周前
        2024-7-08 11:16:32

        这是一个可行路径:开发一个可以接收RSS的AI Agent,然后用LangChain之类的框架构建一个基于LLMs的application。 不过有没有做过类似的东西我就没了解过了 ~

      • 博主
        翼然之魔
        Windows Edge 126.0.0.0
        2 周前
        2024-7-08 11:20:06

        我目前也只是RSS订阅,然后打开文献,Google机翻一下,然后复制和整理,哈哈 ~ 确实效率不高,以后或者会找一下类似的工具,或者自己开发一个。感谢您的建议 ୧(๑•̀⌄•́๑)૭

      • 博主
        翼然之魔
        Windows Edge 126.0.0.0
        2 周前
        2024-7-08 11:39:21

        我刚刚小小地尝试了一下,比想像中要简单。也许我很快就会推出一个类似的application。

      • 翼然之魔
        Bensz
        Macintosh Chrome 125.0.0.0
        1 周前
        2024-7-08 14:34:13

        牛的很,期待之后的结果,我也在看看有没有什么工具可以做,期待你的进展。

  2. Macintosh Safari 17.5
    2 周前
    2024-7-07 7:11:34

    哇 内容好丰富啊 不过最吸引我的还是Ai这个话题

    • 博主
      刘郎
      Windows Edge 126.0.0.0
      2 周前
      2024-7-07 13:55:23

      毕竟离日常人的生活比较近嘛,我也关心呀,哈哈 (~ ̄▽ ̄)~

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