前沿快讯 第34期 食物过敏相关免疫调节回避行为等
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前言

本文是前沿快讯的第34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。

本期有以下知识点值得关注:

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CNS类

2023-单细胞空间转录组揭示了猕猴皮层的细胞类型组织

Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex. Cell

烧钱类研究

  • 阐明大脑皮层的细胞组织对于理解大脑结构和功能至关重要。通过对 143 个猕猴皮质区域进行大规模单核 RNA 测序和空间转录组分析,我们获得了 264 种转录组定义的皮质细胞类型的综合图谱,并绘制了它们在整个皮质中的空间分布图。
  • 我们描述了谷氨酸能、GABA能和非神经元细胞类型的皮质层和区域偏好,以及细胞类型组成和邻域复杂性的区域差异。
  • 值得注意的是,我们发现了各种细胞类型的区域分布与视觉和体感系统中该区域的层次水平之间的关系。对人类、猕猴和小鼠皮质转录组数据的跨物种比较进一步揭示了在第 4 层富集的灵长类特异性细胞类型,其标记基因以区域依赖性方式表达。
  • 我们的数据为理解灵长类动物大脑的进化、发育、衰老和发病机制提供了细胞和分子基础。

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2023-人类心脏细胞的单细胞和空间组学

Spatially resolved multiomics of human cardiac niches. Nature. full html

了解一下drug2cell这个应用

  • 细胞的功能由其内在特征及其生态位(其所处的组织微环境)来定义。在这里,我们结合单细胞和空间转录组数据来发现人类心脏八个区域内的细胞生态位。我们将细胞映射到显微解剖位置,并整合基于知识和无监督的结构注释。我们还对人类心脏传导系统的细胞进行了分析
  • 结果揭示了它们独特的离子通道、G蛋白偶联受体 (GPCR) 和调节网络,并暗示 FOXP2 与起搏器表型有关。我们发现窦房结是区域性的,其核心是起搏细胞、成纤维细胞和神经胶质细胞,支持谷氨酸能信号传导。使用定制的 CellPhoneDB.org 模块,我们识别了跨突触起搏细胞与神经胶质细胞的相互作用。
  • 我们推出了一种可药物靶点预测工具 drug2cell,它利用单细胞特征和药物与靶点相互作用来提供对药物(包括 GLP-1 类似物)变时作用的机制见解。在心外膜中,我们发现 IgG+ 和 IgA+ 浆细胞富集,形成可能有助于感染防御的免疫生态位。
  • 总的来说,我们为心脏电解剖学和免疫学提供了新的清晰度,并且我们的计算方法套件可以应用于其他组织和器官。

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2023-逆转录转座子通过劫持宿主替代末端连接生成DNA第二链

Retrotransposons hijack alt-EJ for DNA replication and eccDNA biogenesis. Nature

很重要的发现

  • 逆转录转座子在动物基因组中高度富集。反转录转座子的激活可以重写宿主 DNA 信息并从根本上影响宿主生物学。尽管逆转录转座子的发育激活可以为宿主带来好处,例如抵抗病毒感染,但不受控制的激活会促进疾病或可能导致衰老。激活后,逆转录转座子使用其 mRNA 作为模板合成双链 DNA,以便在宿主基因组中进行新插入。尽管它们编码的逆转录酶可以合成第一链DNA1,但第二链DNA是如何产生的仍不清楚
  • 在这里,我们报道逆转录转座子劫持宿主的替代末端连接(alt-EJ)DNA修复过程,以进行环化步骤以合成其第二链DNA。我们使用 Nanopore 测序来检查复制的逆转录转座子 DNA 的命运,发现其中 10% 实现新插入,而 90% 以染色体外环状 DNA (eccDNA) 形式存在
  • 使用 eccDNA 产生作为读数,进一步的遗传筛选确定了 alt-EJ 中的因子对于逆转录转座子复制至关重要。 alt-EJ 通过环化过程驱动长末端重复反转录转座子 DNA 的第二链合成,因此对于 eccDNA 生产和新插入是必需的。
  • 总之,我们的研究表明,alt-EJ 对于驱动寄生基因组逆转录因子的繁殖至关重要。我们的研究揭示了这种未被充分研究的 DNA 修复过程的保守功能,并为理解并可能控制逆转录转座子生命周期提供了新的视角。

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2023-IFN-γ-PLSCR1具有抗冠状病毒感染的能力

PLSCR1 is a cell-autonomous defence factor against SARS-CoV-2 infection. Nature

  • 了解对 COVID-19 的保护性免疫力有助于为未来的大流行做好准备,并对抗人群中出现的新 SARS-CoV-2 变种。中和抗体已被广泛研究;然而,根据对受保护的 COVID-19 患者与重症患者进行的大规模外显子组测序,局部细胞自主防御也至关重要。
  • 在这里,我们在干扰素-γ (IFNγ) 刺激前后对人肺上皮和肝细胞进行平行全基因组 CRISPR-Cas9 筛选,确定磷脂扰乱酶 1 (PLSCR1) 是对抗活 SARS-CoV-2 感染的有效细胞自主限制因子。 IFNγ诱导的 PLSCR1 不仅限制了 SARS-CoV-2 USA-WA1/2020,而且对 Delta B.1.617.2 和 Omicron BA.1 谱系也有效。其强大的活性扩展到其他高致病性冠状病毒,在蝙蝠和小鼠中功能保守,并干扰 SARS-CoV-2 在内吞和 TMPRSS2 依赖的融合途径中的摄取。
  • 全细胞 4Pi 单分子转换纳米显微镜与二分纳米报告基因检测一起发现 PLSCR1 直接靶向含有 SARS-CoV-2 的囊泡,以防止尖峰介导的融合和病毒逃逸。 PLSCR1 C 末端 β-桶结构域(而非脂质扰乱酶活性)对于这种融合阻断至关重要。
  • 结合一些易感人群中发现与新冠病毒相关的 PLSCR1 突变的报告,我们的机制研究确定了一种抗冠状病毒蛋白,该蛋白在病毒 RNA 释放到宿主细胞胞浆之前的后期进入步骤中进行干扰。

2023-大型语言模型编码临床知识

Large language models encode clinical knowledge. Nature. full html

  • 大型语言模型 (LLM) 已展现出令人印象深刻的功能,但临床应用的门槛很高。评估模型临床知识的尝试通常依赖于基于有限基准的自动评估。
  • 在这里,为了解决这些限制,我们提出了 MultiMedQA,这是一个基准,结合了涵盖专业医学、研究和消费者查询的六个现有医学问答数据集以及在线搜索的医学问题的新数据集 HealthSearchQA
  • 我们提出了一个人类评估框架,用于沿着多个轴的模型答案,包括事实性、理解性、推理、可能的伤害和偏见。此外,我们还在 MultiMedQA 上评估 Pathways Language Model1(PaLM,一个 5400 亿参数的 LLM)及其指令调整变体 Flan-PaLM2。通过结合提示策略,Flan-PaLM 在每个 MultiMedQA 多项选择数据集(MedQA3、MedMCQA4、PubMedQA5 和测量大规模多任务语言理解 (MMLU) 临床主题)上均实现了最先进的准确性,其中包括 67.6% 的准确性MedQA(美国医疗执照考试式问题),超出现有技术水平 17% 以上。然而,人类评估揭示了关键差距。
  • 为了解决这个问题,我们引入了指令提示调整,这是一种参数有效的方法,可以使用一些示例将LLM与新领域对齐。由此产生的模型 Med-PaLM 表现令人鼓舞,但仍然不如临床医生。我们表明,随着模型规模和指令提示调整,理解力、知识回忆和推理能力得到提高,这表明LLM在医学领域的潜在效用。
  • 我们的人类评估揭示了当今模型的局限性,强化了评估框架和方法开发在为临床应用创建安全、有用的LLM方面的重要性。

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2023-联合Treg移植可提高中脑多巴胺神经元的存活率

Co-transplantation of autologous Treg cells in a cell therapy for Parkinson’s disease. Nature

哈佛医学院精神病学系、麦克莱恩医院分子神经生物学实验室

  • 中脑多巴胺神经元 (mDAN) 的特定缺失会导致帕金森病的主要运动功能障碍,这使得细胞替代成为一种有前途的治疗方法。然而,移植 mDAN 的存活率低仍然是成功临床结果的障碍。
  • 在这里,我们表明,外科手术本身(此处称为“针伤”)会引发深刻的宿主反应,其特征是急性神经炎症、外周免疫细胞的强烈浸润和脑细胞死亡。当源自人诱导多能干细胞 (iPS) 的中脑多巴胺 (mDA) 细胞被移植到啮齿动物纹状体中时,移植后两周,植入的酪氨酸羟化酶 (TH)+ mDAN 的存活率不到 10%TH− 移植细胞大多存活
  • 值得注意的是,自体调节性 T (Treg) 细胞的移植极大地改变了对针刺创伤的反应,抑制了急性神经炎症和免疫细胞浸润。此外,纹状体内共移植 Treg 细胞和人 iPS 细胞衍生的 mDA 细胞可显着保护移植的 mDAN 免遭针伤相关死亡,并改善具有 6-羟基多巴胺病变的帕金森病啮齿动物模型的治疗结果。与 Treg 细胞共移植还抑制了 TH− 移植细胞的不良增殖,从而导致移植物更紧凑,TH+ 神经元的比例和绝对数量更高。
  • 总之,这些数据强调了手术损伤的初始炎症反应在移植物细胞成分存活率差异中的重要性,并表明共移植自体 Treg 细胞可有效减少针伤诱导的 mDAN 死亡,从而提供了潜在的治疗方法。策略以在帕金森病的细胞疗法中取得更好的临床结果。

2023-食物过敏相关免疫调节回避行为

Mast cells link immune sensing to antigen-avoidance behaviour. Nature. full html

系列研究

  • 肥大细胞的生理功能在很大程度上仍然是个谜。在屏障受损的情况下,肥大细胞整合到 2 型免疫中,并与免疫球蛋白 E (IgE) 一起促进过敏性疾病。然而,过敏症状可能会促进过敏原、毒素和寄生虫的排出,并引发未来的抗原回避。
  • 在这里,我们表明近交小鼠的抗原特异性回避行为严重依赖于肥大细胞;因此,我们确定了将抗原识别与回避行为联系起来的免疫传感器细胞。回避可以防止抗原驱动的适应性、先天性和粘膜免疫激活以及胃和小肠的炎症。回避是 IgE 依赖性的,在免疫阶段由 Th2 细胞因子促进,在执行阶段由 IgE 促进。胃和小肠内壁的粘膜肥大细胞迅速感知到抗原的摄入。我们使用突变小鼠、药理抑制、神经活动记录和迷走神经切断术来探究肥大细胞和大脑之间的潜在信号传导途径。白三烯合成的抑制损害了回避,但总体上没有单一途径的中断完全消除了回避,表明复杂的调节。
  • 总的来说,当适应性免疫为肥大细胞配备 IgE 作为过去免疫反应的标志时,就设定了抗原回避的阶段。在随后的抗原摄入中,肥大细胞发出终止抗原摄入的信号。通过肥大细胞介导的抗原回避行为来预防针对本身无害的抗原的引起免疫病理学的连续且无效的反应或防止重复摄入毒素可能是免疫的重要手段。

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2023-食物过敏相关免疫调节回避行为

Immune sensing of food allergens promotes avoidance behaviour. Nature

系列研究

  • 除了其防御病原体的典型功能外,免疫系统还可以改变行为。免疫系统行为改变的范围和机制尚不清楚。
  • 在这里,我们使用食物过敏的小鼠模型,表明过敏致敏会驱动抗原特异性回避行为。摄入过敏原会激活参与厌恶刺激反应的大脑区域,包括孤束核、臂旁核和中央杏仁核。避免过敏原需要 IgE 抗体和肥大细胞,但要先于肠道过敏性炎症的发展。过敏原特异性 IgE 和肥大细胞促进回避的能力需要半胱氨酰白三烯和生长和分化因子 15 (GDF15)。最后,C57BL/6 和 BALB/c 小鼠品系的比较揭示了遗传背景对回避行为的强烈影响。
  • 因此,这些发现表明抗原特异性行为改变可能会进化以促进利基选择以避免不利的环境。

2023-果蝇转录辅阻遏物和增强子之间广泛的调控特异性

Widespread regulatory specificities between transcriptional co-repressors and enhancers in Drosophila. Science

  • 基因表达由转录的精确激活和抑制控制。抑制是由专门的转录因子 (TF) 介导的,即使在存在激活线索的情况下,这些转录因子也会招募共阻遏物 (CoR) 来沉默转录。然而,CoR 是否可以显着沉默所有增强子或表现出不同的特异性尚不清楚
  • 在这项工作中,我们报告果蝇中的大多数增强子只能被 CoR 的一个子集抑制,并且按 CoR 敏感性分类的增强子显示出不同的染色质特征、功能、TF 基序和结合。正如我们通过基序诱变和添加所证明的那样,不同的 TF 基序使增强子对特定 CoR 更具抵抗性或敏感性。
  • 这些 CoR 增强子兼容性构成了额外的一层调控特异性,允许在基因组距离较近的情况下进行差异调控,并表明转录抑制的不同机制。

2023-房颤的免疫调节机制

Recruited macrophages elicit atrial fibrillation. Science

局灶性大脑皮层源性癫痫是否有类似机制?

  • 心房颤动会破坏心房的收缩,导致中风和心力衰竭。我们破译了免疫细胞和基质细胞如何导致心房颤动
  • 人类心房的单细胞转录组记录了房颤中炎症单核细胞和 SPP1+ 巨噬细胞的扩张。在小鼠中将高血压、肥胖和二尖瓣反流(HOMER)结合起来会引起心房扩大、纤维化和易发生颤动。来自 HOMER 小鼠心房的单细胞转录组概括了在患者中观察到的细胞组成和转录组变化。抑制单核细胞迁移可减少 Ccr2−∕− HOMER 小鼠的心律失常。
  • 细胞间相互作用分析发现,SPP1 是一种多效性信号,可通过与局部免疫细胞和基质细胞的相互作用促进心房颤动。删除 Spp1 可减少 HOMER 小鼠的心房颤动。
  • 这些结果将 SPP1+ 巨噬细胞确定为房颤免疫治疗的靶标。

2023-对木材进行多重 CRISPR 编辑以实现可持续纤维生产

Multiplex CRISPR editing of wood for sustainable fiber production. Science

美国北卡罗来纳州立大学林业与环境资源系

了解一下作者筛选组合的具体方法

  • 木质素的复杂性和可塑性长期以来阻碍了林木驯化以实现更可持续的纤维生物经济,木质素是木材中的一种生物聚合物,难以化学和酶降解。在这里,我们展示了多重 CRISPR 编辑可以实现精确的木质原料设计,从而组合改善木质素成分和木材特性。
  • 通过评估 21 个木质素生物合成基因的 69,123 种多基因编辑策略的每种可能组合,我们推导出针对最多 6 个基因的同时改变的 7 种不同的基因组编辑策略,并产生了 174 个编辑过的杨树变体。 CRISPR 编辑将木材碳水化合物与木质素的比率提高至野生型的 228%,从而实现更高效的纤维制浆。无论树木生长速度如何变化,
  • 经过编辑的木材都可以缓解主要的纤维生产瓶颈,并可以带来前所未有的运营效率、生物经济机会和环境效益。

2023-生成人工智能对生产力影响的实验证据

Experimental evidence on the productivity effects of generative artificial intelligence. Science. full html

美国麻省理工学院经济系

我觉得用户和市场已经说明了一切。

  • 我们研究了生成式人工智能 (AI) 技术(辅助聊天机器人 ChatGPT)在中级专业写作任务中对生产力的影响。
  • 在一项预先注册的在线实验中,我们为 453 名受过大学教育的专业人士分配了特定于职业的激励性写作任务,并随机将其中一半暴露给 ChatGPT。
  • 我们的结果表明,ChatGPT 显着提高了生产力:平均时间减少了 40%,输出质量提高了 18%。工人之间的不平等现象减少,人们对人工智能的担忧和兴奋暂时上升。
  • 实验期间接触过 ChatGPT 的员工在实验后 2 周报告在实际工作中使用 ChatGPT 的可能性是实验后 2 周的 2 倍,在实验后 2 个月则为 1.6 倍。

2023-噬菌体通过YES复合物杀死细胞宿主

The mechanism of the phage-encoded protein antibiotic from ΦX174. Science

  • 作为生命周期的一部分,病毒必须逃离宿主。对于噬菌体来说,这个过程需要破坏细菌细胞壁和肽聚糖层。小型单链 DNA 和 RNA 噬菌体已进化出单基因裂解蛋白,可破坏肽聚糖生物合成并引发细胞裂解,某些抗生素也使用这种机制。其中研究最好的是来自历史上重要的噬菌体 ΦX174 的蛋白质 E,这是一种 91 个氨基酸的蛋白质,包含保守的 N 端跨膜螺旋和延伸的细胞质 C 端。
  • 诱变研究表明,蛋白质 E 跨膜结构域足以裂解,功能突变体映射到单个跨膜螺旋的一个面。在蛋白质 E 的这个结构域中观察到最强的表型是保守的脯氨酸,其中一个脯氨酸对于裂解是必需的。野生型蛋白 E 需要组成型表达的细菌伴侣 SlyD(对裂解 D 敏感),其包含脯氨酰异构酶结构域和伴侣结构域。先前的工作已鉴定出MraY 中的突变体,这些突变体赋予对蛋白E 介导的裂解的抗性。 MraY 催化由可溶性核苷糖肽和磷脂底物合成肽聚糖前体。尽管关于 MraY 仍存在许多功能问题,但在这里我们试图了解噬菌体蛋白如何特异性抑制这种关键酶以及 SlyD 在此过程中发挥什么作用。
  • 我们确定噬菌体蛋白 E 与大肠杆菌蛋白 MraY 和 SlyD 形成稳定的复合物,指定为 YES 复合物(MraY、蛋白 E、SlyD)。在洗涤剂中溶解后,我们通过单粒子电子冷冻显微镜确定了 YES 复合物的结构。在我们的结构中,MraY二聚体采用背靠背方向,膜暴露的活性位点彼此背对。两个 SlyD 分子可以适合细胞质侧的密度。两条MraY 和SlyD 链由两个蛋白质E 分子桥接。蛋白 E 的跨膜螺旋占据了 MraY 上对应于脂质底物推定结合位点的凹槽。在细胞质表面,蛋白 E 的跨膜结构域弯曲穿过活性位点,随后是延伸至 SlyD 分子伴侣结构域的 α 螺旋。蛋白 E 的 C 末端继续穿过第二个 SlyD 中的肽结合沟,进入脯氨酰异构酶活性位点。结果是蛋白质 E 通过阻止脂质进入活性位点来抑制 MraY。以前的E蛋白突变表型是通过其结构来解释的,其中包括允许跨膜螺旋扭结的必需脯氨酸。对于MraY,我们可以解析整个链,包括TM1和TM2之间的保守环。我们发现MraY 的N 末端与TM2 形成α-螺旋堆叠,并识别蛋白质表面上的有序脂质。最后,我们提供证据表明 SlyD 的作用是稳定复合物。
  • 总之,Protein E 通过与 SlyD 形成稳定复合物来阻碍 MraY 活性位点,从而直接抑制 MraY。这种结构解决了有关模型噬菌体 ΦX174 如何杀死细菌并逃离细胞的关键问题。在 ΦX174 基因组中,编码蛋白 E 的基因在进化上受到其嵌入的基因 D 的限制。 YES 复合物为合理设计蛋白质 E 提供了一条超越基因 D 限制的途径。单基因裂解蛋白,如蛋白 E,可作为开发抗菌疗法的有用模型。

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2023-α-酮戊二酸脱氢酶-JMJ调节真核细胞的全局甲基化

Control of histone demethylation by nuclear-localized α-ketoglutarate dehydrogenase. Science

很特别的发现

北京大学现代农业科学学院-小麦改良国家重点实验室
中国科学院上海植物逆境生物学研究中心-中国科学院分子植物科学卓越中心

  • 核小体组蛋白的甲基化在调节真核转录和其他基于染色质的过程中发挥着重要作用。包含 Jumonji C 结构域的组蛋白去甲基化酶 (JMJ) 存在于大多数真核生物中,包括动物、植物和真菌,并动态控制组蛋白甲基化。因此,JMJ 在调节基因表达中发挥着普遍作用。 JMJ 是 α-酮戊二酸 (α-KG)/Fe(II) 依赖性双加氧酶,使用共底物 α-KG 和氧气通过氧化去除赖氨酸残基中的甲基
  • 某些 JMJ 的组蛋白去甲基化活性可以通过植物和/或动物中的多种机制来调节,包括一些 JMJ 的翻译后修饰以及几种 JMJ 相关蛋白、代谢物和共底物氧的调节。目前尚不清楚核 JMJ 活性如何受到代谢 α-KG 的其他酶的调节
  • 我们构建了几个α-酮戊二酸脱氢酶(KGDH)功能丧失的拟南芥突变体,发现KGDH不仅在控制细胞总水平α-KG、TCA循环通量和细胞呼吸中发挥主要作用,而且还调节生长和发育的各个方面。 KGDH 缺陷的突变体表现出强效抗氧化剂花青素的积累、向开花的发育过渡的显着延迟以及芽发育的减慢。接下来,使用共焦荧光成像,我们发现一小部分 KGDH 进入了细胞核。这个过程是通过光照来调节的。我们对 KGDH 亚基 E2 中的核定位信号进行诱变,发现线粒体定位的 KGDH 无法挽救 e2 突变体的生长和发育异常。
  • 各种组蛋白甲基化标记的生化测量表明,整体组蛋白去甲基化似乎受到核 KGDH 的抑制。我们假设 KGDH 可能与 JMJ 偶联来调节组蛋白甲基化。事实上,进一步的蛋白质-蛋白质相互作用实验表明,核 KGDH 直接与各种 JMJ 相互作用,包括组蛋白 3 赖氨酸 4、组蛋白 3 赖氨酸 9 和组蛋白 3 赖氨酸 27 的去甲基酶。
  • 我们利用 RNA-Seq和CHIP探索了核 KGDH 在控制拟南芥全基因组组蛋白甲基化和基因表达中的功能。人们发现 KGDH 占据了数千个基因座的基因组区域,与组蛋白甲基化区域相关。转录组分析显示,在 KGDH 缺陷的突变体中,数千个基因,尤其是环境响应基因,被错误调控。生化分析发现,核 KGDH 催化 α-KG 的氧化脱羧,从而减少 α-KG 对与 KGDH 偶联的 JMJ 的局部可用性。 α-KG 减少导致 JMJ 抑制组蛋白去甲基化。我们进一步设计了一个 KGDH 亚基来增强其核靶向性,从而进一步抑制 JMJ 的组蛋白去甲基化。此外,我们发现核 KGDH-JMJ 组件可以激活或抑制靶基因座的表达,具体取决于局部组蛋白甲基化标记的读数。
  • 通过蛋白质-蛋白质相互作用实验,我们发现人类和小鼠的 KGDH 亚基的进化保守的羧基末端区域与哺乳动物 JMJ 相互作用。因此,KGDH 与 JMJ 的关联在哺乳动物细胞中是保守的,并且可能在其他真核生物中也是保守的。
  • 总之,我们发现 TCA 循环相关酶 KGDH 进入细胞核,并且该过程在植物中受到光的调节。核KGDH与多种JMJs相互作用,催化α-KG氧化脱羧,从而抑制JMJs依赖的α-KG组蛋白去甲基化,从而调节植物中全基因组基因表达。在哺乳动物细胞中也发现了核 KGDH 与 JMJ 的关联,这表明除了植物之外,KGDH 可能与 JMJ 一起在哺乳动物中控制组蛋白去甲基化和基因表达。

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2023-利用射频扩散从头设计蛋白质结构和功能

De novo design of protein structure and function with RFdiffusion. Nature

华盛顿大学生物化学系、蛋白质设计研究所

  • 最近在使用深度学习方法设计新蛋白质方面取得了相当大的进展。尽管取得了这些进展,但尚未描述用于蛋白质设计的通用深度学习框架,该框架能够解决各种设计挑战,包括从头结合剂设计和高阶对称结构的设计。扩散模型在图像和语言生成建模方面取得了相当大的成功,但在应用于蛋白质建模时却取得了有限的成功,这可能是由于蛋白质主链几何形状和序列结构关系的复杂性。
  • 在这里,我们展示了通过在蛋白质结构去噪任务上微调 RoseTTAFold 结构预测网络,我们获得了蛋白质主链的生成模型,该模型在无条件和拓扑约束的蛋白质单体设计、蛋白质结合物设计、对称寡聚物设计、酶活性方面取得了出色的性能用于治疗和金属结合蛋白设计的位点支架和对称基序支架。
  • 我们通过实验表征数百个设计的对称组件、金属结合蛋白和蛋白质结合物的结构和功能,展示了该方法的强大功能和通用性,称为 RoseTTAFold 扩散 (RFdiffusion)。与流感血凝素复合的设计粘合剂的冷冻电镜结构证实了射频扩散的准确性,该结构与设计模型几乎相同。
  • RFdiffusion 类似于根据用户指定的输入生成图像的网络,可以根据简单的分子规格设计多种功能蛋白质。

2023-叶绿体蛋白质图谱揭示了生物合成途径的点状结构和空间组织

A chloroplast protein atlas reveals punctate structures and spatial organization of biosynthetic pathways. Cell

普林斯顿大学分子生物学系

  • 叶绿体是驱动全球碳循环的真核光合细胞器。尽管它们很重要,但我们对其蛋白质组成、功能和空间组织的了解仍然有限。
  • 在这里,我们使用荧光蛋白标记在模型藻莱茵衣藻中确定了 1,034 个候选叶绿体蛋白的定位。这些定位提供了对特征较差的蛋白质功能的深入了解;鉴定类核、质体球和类核的新成分;并揭示了针对多个区室的广泛蛋白质靶向。
  • 我们发现并进一步表征了细胞组织特征,包括11个叶绿体点状结构胞质新月结构以及叶绿体内酶的意外空间分布。我们还使用机器学习来预测其他核编码衣藻蛋白的定位。
  • 这里开发的菌株和定位图谱将作为加速叶绿体结构和功能研究的资源。

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2023-工程 RNA 输出用于活细胞的测量和操作

Engineering RNA export for measurement and manipulation of living cells. Cell. full html

  • 从活细胞中可编程输出 RNA 分子的系统将能够对细胞动力学进行非破坏性监测,并能够对能够向其他细胞传递可执行 RNA 程序的细胞进行工程改造。
  • 受病毒启发,我们开发了基因编码的细胞 RNA 输出器,可在保护性纳米粒子有效地包装和分泌来自哺乳动物细胞的货物 RNA 分子。 RNA 条形码的导出和测序能够以克隆分辨率对细胞群动态进行无损监测。此外,通过将融合剂掺入纳米颗粒中,我们证明了受体细胞中输出的 mRNA 的递送、表达和功能活性。
  • 我们将这些系统称为 COURIER(用于询问、表达和调节的 RNA 的受控输出和摄取)。 COURIER 能够测量细胞动力学,并为基于细胞间 RNA 传递的混合细胞和基因疗法奠定了基础。

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肿瘤免疫类

(~ ̄▽ ̄)~ 2023-肿瘤单核细胞含量预测食管腺癌免疫化疗结果

Tumor monocyte content predicts immunochemotherapy outcomes in esophageal adenocarcinoma. Cancer Cell. full html; full pdf

GSClassifier的重要背景,已入库!

  • 对于无法手术的食管腺癌 (EAC),确定可能受益于最近批准的免疫化疗 (ICI+CTX) 治疗的患者仍然是一个关键挑战。我们使用独特设计的机会窗口试验 (LUD2015-005) 来解决这个问题,其中 35 名无法手术的 EAC 患者接受一线免疫检查点抑制剂治疗 4 周 (ICI-4W),然后接受 ICI+CTX
  • 全面的生物标志物分析,包括生成食管癌的 65,000 个细胞单细胞 RNA 测序图谱,以及 ICI-4W 期间 EAC 的多时间点转录组分析,揭示了一种新的 T 细胞炎症特征 (INCITE),其上调与其相关ICI 诱导的肿瘤缩小。
  • 使用我们的单细胞图谱对治疗前胃食管癌转录组进行反卷积,确定高肿瘤单核细胞含量 (TMC) 是 LUD2015-005 和独立队列的患者的较高总生存期 (OS) 和 ICI 反应的意外 ICI+CTX 特异性预测因子
  • 总之,肿瘤突变负荷是 LUD2015-005 OS 的另一个独立且附加的预测因子。 TMC 可以改善胃食管癌新兴 ICI+CTX 疗法的患者选择。

临床类

2023-急性胰腺炎不同寻常的出院后高死亡率

Detailed Characteristics of Post-discharge Mortality in Acute Pancreatitis. Gastoenterology

  • 急性胰腺炎(AP)患者的院内生存率为 95% 至 98%。然而,越来越多的证据表明,AP 后出院的患者可能面临严重发病和死亡的风险。在这里,我们的目的是调查 AP 后时期最严重后果:死亡率的风险、原因和预测因素。
  • 匈牙利胰腺研究组在 2012 年至 2021 年间收集了来自 25 个中心的 2613 名特征明确的患者,并进行了随访。以普通人群和医院人群作为对照组。
  • AP 发作后,患者的死亡率大约是普通人群的三倍(0.0404 人年 vs 0.0130 人年)。出院后第一年死亡率几乎是住院死亡率的两倍(5.5% vs 3.5%),其中 3.0% 发生在前 90 天。年龄、合并症和严重程度是 AP 后死亡的最重要的独立危险因素。此外,多变量分析确定入院时的肌酐、葡萄糖和胸腔积液是与出院后死亡率相关的独立危险因素。在前90天内,心力衰竭和AP相关脓毒症是出院后死亡的主要原因,而癌症相关恶病质和非AP相关感染是后期的主要原因。
  • 我们队列中的患者在出院后 90 天内死亡的人数几乎与住院期间的死亡人数相同。心血管状况的评估、局部并发症的随访以及预防恶病质的肿瘤护理应该是 AP 后患者护理的重要组成部分。 AP 未来的研究方案必须包括出院后至少 90 天的随访期

2023-肝硬化肝细胞癌的发病率和危险因素:多中心肝细胞癌早期检测策略(HEDS)研究

Incidence and Risk Factors for Hepatocellular Carcinoma in Cirrhosis: the Multi-center Hepatocellular Carcinoma Early Detection Strategy (HEDS) Study. Gastroenterology

  • 背景和目的:在世界范围内,肝细胞癌(HCC)是一种常见的恶性肿瘤。我们的目的是前瞻性地确定美国队列中 HCC 的发病率和危险因素。
  • 方法:美国国立卫生研究院的多中心肝细胞癌早期检测策略研究前瞻性招募了接受标准 HCC 监测的肝硬化患者。评估了人口统计学、医学和家族史、肝病病因以及临床特征与 HCC 的关联。
  • 结果:2013 年 4 月 10 日至 2021 年 12 月 31 日期间,共有 1,723 名患者入组并确认符合资格。在中位随访 2.2 年(范围:0-8.7 年)期间,发生了 109 例 HCC 病例,发病率为每 100 人年 2.4 例; 88 名 (81%) 患者处于极早期/早期 BCLC 分期 (0, A),20 名 (18%) 处于中期分期 (B),1 名 (1%) 分期未知。
  • 危险因素分析仅限于 1,325 名患者,其中包括 95 名 HCC 患者,并进行了至少 6 个月的随访。大多数是男性(53.2%)、肥胖或严重肥胖(中位体重指数 [BMI] 30.2 kg/m2)和白人(86.3%); 42.0%有HCV感染史,20.7%有酒精性肝病(ALD),24.9%有非酒精性脂肪肝(NAFLD)。在单变量分析中,14 个 HCC 危险因素显着(p<0.05),并通过逐步逻辑回归选择多变量子集。多变量子集包含性别(p<0.001,男性,OR=2.47,95% C.I. 1.54-4.07)、肝硬化年数(p=0.004,OR=1.06,95% C.I. 1.02-1.1)、肝癌家族史( p=0.02,是,OR=2.69,95% C.I. 1.11-5.86),年龄(每 5 年,p=0.02,OR=1.17,95% C.I. 1.03-1.33),肥胖(p=0.02,是,OR =1.7, 95% C.I. 1.08-2.73)、天冬氨酸转氨酶 (log(1+AST), p=0.06, OR=1.54 95% C.I. 0.97-2.42)、甲胎蛋白 (log(1+AFP), p=0.07 ,OR=1.32,95% C.I. 0.97-1.77),和白蛋白(p=0.10,OR=0.7,95% C.I. 0.46-1.07)。
  • 结论:迄今为止,这是对美国肝硬化患者队列进行的最大的前瞻性和地域多样化研究,验证了已知的 HCC 危险因素(性别、年龄、肥胖、肝硬化年限、肝癌家族史、基线 AFP、白蛋白和 AST)。

2023-非小细胞肺癌生物标志物导向、基于派姆单抗的联合疗法:2 期 KEYNOTE-495/KeyImPaCT 试验中期结果

Biomarker-directed, pembrolizumab-based combination therapy in non-small cell lung cancer: phase 2 KEYNOTE-495/KeyImPaCT trial interim results. Nat Med

如果有更加高效的方案就好了

  • 尽管派姆单抗在非小细胞肺癌 (NSCLC) 中具有临床益处,但由于异质肿瘤微环境,只有一小部分患者会做出反应。
  • KEYNOTE-495/KeyImPaCT 是一项正在进行的生物标志物导向、适应性随机 2 期研究,研究一线派姆单抗(每 3 周 200 毫克)+ 仑伐替尼(每天 20 毫克)、抗 CTLA-4 quavonlimab(每 6 周 25 毫克)或抗 LAG-3 favezelimab(每 3 周 200 毫克或 800 毫克)治疗晚期 NSCLC。
  • 根据 T 细胞炎症基因表达谱 (TcellinfGEP) 和肿瘤突变负荷 (TMB) 状态对患者进行分类,并按 1:1:1 随机分配接受派姆单抗 + 乐伐替尼、派姆单抗 + quavonlimab 或派姆单抗 + favezelimab。主要结局是研究者根据实体瘤反应评估标准 1.1 版使用每个生物标志物定义的亚组预先指定的疗效阈值评估的客观反应率 (ORR) (>5% (TcellinfGEPlowTMBnon-high (组 I)),>20 %(TcellinfGEPlowTMBhigh(第 II 组)和 TcellinfGEPnon-lowTMBnon-high(第 III 组))和 >45%(TcellinfGEPnon-lowTMBhigh(第 IV 组)))。次要结局是无进展生存期、总生存期和安全性。
  • 数据截止时,I 组的 ORR 范围为 0-12.0%,II 组为 27.3-33.3%,III 组为 13.6-40.9%,IV 组为 50.0-60.0%。 III 组中派姆单抗 + 仑伐替尼的 ORR 达到预先指定的疗效阈值。每个治疗组的安全性与每种组合的已知安全性一致。
  • 这些数据证明了前瞻性 TcellinfGEP 和 TMB 评估研究一线派姆单抗联合疗法在晚期 NSCLC 中的临床活性的可行性。 ClinicalTrials.gov 注册:NCT03516981。

其它类

2023-IGFBP2限制乳腺癌的侵袭作用

IGFBP2 secretion by mammary adipocytes limits breast cancer invasion. Sci Adv. full html

  • 乳腺癌患者的非浸润性导管原位癌进展为浸润性导管癌会导致预后明显较差,并且是转移性疾病的先兆。
  • 在这项工作中,我们发现胰岛素样生长因子结合蛋白 2 (IGFBP2) 是健康乳腺脂肪细胞分泌的一种有效的脂肪分泌因子,可作为抵抗侵袭性进展的屏障。与这一作用相一致的是,从患者来源的基质细胞分化而来的脂肪细胞被发现可以分泌IGFBP2,从而显着抑制乳腺癌的侵袭。这是通过结合和隔离癌症来源的 IGF-II 来实现的。
  • 此外,使用小干扰RNA或IGF-II中和抗体消除入侵癌细胞中的IGF-II可消除乳腺癌侵袭,这凸显了IGF-II自分泌信号对于乳腺癌侵袭进展的重要性。
  • 鉴于健康乳房中脂肪细胞丰富,这项工作揭示了它们在抑制癌症进展中发挥的重要作用,并可能有助于阐明乳房密度增加和预后不良之间的联系。

2023-活体脑组织的密集 4D 纳米级重建

Dense 4D nanoscale reconstruction of living brain tissue. Nat Methods. full html

  • 对活体脑组织进行三维重建直至单个突触水平将为解码大脑复杂而密集的信息处理网络的动态和结构功能关系创造机会;然而,这受到光学成像中 3D 分辨率不足、信噪比不足和光负担过高的阻碍,而电子显微镜本质上是静态的。
  • 在这里,我们通过开发集成光学/机器学习技术 LIONESS(实时信息优化纳米显微镜,实现饱和分割)解决了这些挑战。该技术利用对全面的细胞外标记组织中的受激发射损耗显微镜进行光学修改以及通过机器学习获得的样本结构先前信息,同时实现各向同性超分辨率、高信噪比以及与活体组织的兼容性。这允许在突触级别进行基于密集深度学习的实例分割和 3D 重建,并结合分子、活动和形态动力学信息。
  • LIONESS 为研究活体脑组织的动态功能(纳米)结构开辟了途径。

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机器学习/组学类

2023-计算新剪接事件的伪对齐

Counting pseudoalignments to novel splicing events. Bioinformatics

  • 来自前体 mRNA 的内含子的选择性剪接 (AS) 可在细胞类型和组织中产生不同的转录本,但在许多疾病中也会失调。免比对计算方法极大地加速了短 RNA-seq 读取中 mRNA 转录本的定量,但它们本质上依赖于已知转录本的目录,并且可能会错过新的、疾病特异性的剪接事件。相比之下,读取与基因组的比对可以有效地识别新的外显子片段和内含子。然后基于事件的方法计算有多少读数与预定义的特征对齐。然而,比对的计算成本更高,并且构成许多 AS 分析方法的瓶颈。
  • 在这里,我们提出了 fortuna,一种猜测带注释的剪接位点的新组合以创建转录本片段的方法。然后,它使用 kallisto 对片段进行伪对齐读取,并从 kallisto 的等价类中有效地导出最基本的剪接单元的计数。这些计数可直接用于 AS 分析或汇总为其他广泛应用的方法所使用的更大单位。
  • 在合成数据和真实数据的实验中,Fortuna 的速度比传统的对齐和计数方法快约 7 倍,并且在使用 4 个线程时能够在短短 15 分钟内分析近 3 亿个读取。它更准确地在新的连接处映射包含错配的读数,并发现比现有方法更多的读数支持自闭症谱系障碍患者的异常剪接事件。我们进一步使用 fortuna 来鉴定果蝇中新颖的组织特异性剪接事件。

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2023-利用纳米孔测序进行Genome skimming可精确测定脊椎动物中的整体 DNA 甲基化和转座子 DNA 甲基化

Genome skimming with nanopore sequencing precisely determines global and transposon DNA methylation in vertebrates. Genome Res

  • Genome skimming被定义为低于 0.05× 覆盖度的低通测序,通常用于线粒体基因组恢复和物种鉴定。长读长纳米孔测序仪能够同时读取 DNA 序列和甲基化,并且可以多重样本以实现低成本Genome skimming。
  • 在这里,我将纳米孔测序作为全局 DNA 甲基化和转座子评估的高精度平台。当覆盖率仅为 0.001× 或 30 Mb 的读数时,准确度低于 1%。生物和技术复制验证了高精度。略读 40 个脊椎动物物种揭示了与全基因组亚硫酸氢盐测序一致的全局甲基化保守模式,平均作图率 >97%。基因组大小与整体 DNA 甲基化直接相关,解释了 39% 的变异。只需 0.0001× 覆盖率或 3 Mb 的读数即可获得小鼠和灵长类动物中准确的 SINE 和 LINE 转座子甲基化
  • 该仪器的样本多重性、现场可移植性和低廉的价格相结合,使得 DNA 甲基化的Genome skimming成为从生态学到流行病学以及资源匮乏群体的表观遗传评估的一种可行方法。

2023-ClinVar 和 HGMD 基因组的变异分类准确性随着时间推移而提高

ClinVar and HGMD genomic variant classification accuracy has improved over time, as measured by implied disease burden. Genome Med

  • 背景:精心策划的遗传变异数据库可帮助临床医生和研究人员解释遗传变异。然而,这些数据库包含一些错误分类的变体。目前尚不清楚随着这些数据库的快速增长和新指南的实施,变异错误分类是否正在减少
  • 方法:利用 ClinVar 和 HGMD 的档案,我们研究了 6 年来不同血统群体中变异错误分类的变化情况。我们认为在新生儿中筛查的先天性代谢缺陷(IEM)作为模型系统,因为这些疾病通常与新生儿表型高度渗透。我们使用来自千人基因组计划 (1KGP) 的样本来识别具有被数据库归类为致病基因型的个体。由于 IEM 的稀有性,几乎所有此类分类的致病基因型都表明 ClinVar 或 HGMD 中可能存在变异错误分类。
  • 结果:虽然 ClinVar 和 HGMD 的假阳性率随着时间的推移有所改善,但 HGMD 变体目前意味着 1KGP 中受影响的个体比 ClinVar 变体多两个数量级。我们观察到,当使用 HGMD 变体时,非洲血统个体被错误地认为受到筛选的 IEM 影响的可能性显着增加。然而,一旦根据最近的变异分类指南删除了常见变异,这种影响非洲血统基因组的偏差就不再显着。我们发现,被分类为致病性或可能致病性的 ClinVar 变异被重新分类的频率是 DM 或 DM 的六倍? HGMD 的变异,这可能导致 ClinVar 的假阳性率较低。
  • 结论:考虑到后来被重新分类的错误分类变异揭示了我们对罕见遗传变异的日益了解。我们发现,变异分类指南和包含遗传多样性样本的等位基因频率数据库是重新分类的重要因素。我们还发现,欧洲和南亚个体中常见的 ClinVar 变体更有可能被重新分类为较低置信度类别,这可能是因为这些变体被多个提交者分类的机会增加。我们讨论了变异分类数据库的功能,这些功能将支持其持续改进。

2023-GWAS基因优先排序方法PoPS

Leveraging polygenic enrichments of gene features to predict genes underlying complex traits and diseases. Nat Genet

很重要的研究。但听上去策略并不复杂。

Board研究所

  • 全基因组关联研究(GWAS)是了解复杂人类特征和疾病生物学的宝贵工具,但相关变异很少直接指向因果基因
  • 在本研究中,我们引入了一种新方法,即多基因优先评分(polygenic priority score, PoPS),该方法可以学习性状相关的基因特征,例如细胞类型特异性表达,以对 GWAS 位点上的基因进行优先排序。使用具有精细映射编码变体的大量基因评估集,我们表明 PoPS 和最接近的基因单独优于其他基因优先排序方法,但通过将 PoPS 与正交方法相结合观察到最佳的整体性能
  • 使用这种组合方法,我们以高精度对 113 个复杂性状和疾病中的 10,642 个独特基因-性状对进行优先排序,不仅发现了完善的基因-性状关系,而且在未解决的基因座上提名了新基因,例如用于估计肾小球滤过率的 LGR4 和CCR7 用于深静脉血栓形成。
  • 总的来说,我们证明 PoPS 为基因优先排序工具箱提供了强大的补充。

2023-circRNA 检测工具基准测试

Large-scale benchmarking of circRNA detection tools reveals large differences in sensitivity but not in precision. Nat Methods

  • 环状 RNA 分子 (circRNA) 的检测通常基于使用计算工具处理的短读长 RNA 测序数据。已经开发了许多此类工具,但缺少与正交验证的系统比较。
  • 在这里,我们建立了一项 circRNA 检测工具基准测试研究,其中 16 个工具在三种深度测序的人类细胞类型中检测到了超过 315,000 个独特的 circRNA。接下来,使用三种正交方法验证了 1,516 个预测的 circRNA。一般来说,工具特异性精度较高且相似(qPCR、RNase R 和扩增子测序的中位数分别为 98.8%、96.3% 和 95.5%),而预测的 circRNA 的灵敏度和数量(范围从 1,372 到 58,032)最高显着的差异化因素。值得注意的是,在评估低丰度 circRNA 时,精度值较低。我们还表明,这些工具可以互补使用来提高检测灵敏度。最后,我们为未来的 circRNA 检测和验证提供建议。

2023-SCENIC+:增强子和基因调控网络的单细胞多组学推理

SCENIC+: single-cell multiomic inference of enhancers and gene regulatory networks. Nat Methods. full html

比利时 VIB 脑与疾病研究中心、鲁汶大学人类遗传学系

  • 单细胞染色质可及性+基因表达的联合分析为破译增强子驱动的基因调控网络(GRN)提供了机会。
  • 在这里,我们提出了一种用于推理增强器驱动的 GRN 的方法,称为 SCENIC+(支持Docker)。 SCENIC+ 预测基因组增强子以及候选上游转录因子 (TF),并将这些增强子与候选目标基因联系起来。为了提高 TF 识别的召回率和精确度,我们策划并聚类了一个包含 30,000 多个主题的主题集合。
  • 我们在不同物种的不同数据集上对 SCENIC+ 进行了基准测试,包括人外周血单核细胞、ENCODE 细胞系、黑色素瘤细胞状态和果蝇视网膜发育。接下来,我们利用 SCENIC+ 预测来研究大脑皮层中人类和小鼠细胞类型之间的保守 TF、增强子和 GRN。最后,我们使用 SCENIC+ 研究基因调控沿分化轨迹的动态以及 TF 扰动对细胞状态的影响。

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2023-肿瘤单细胞拷贝数变异的数据模拟

CNAsim: Improved simulation of single-cell copy number profiles and DNA-seq data from tumors. Bioinformatics

  • CNAsim 是一个软件包,用于改进肿瘤单细胞拷贝数改变 (CNA) 数据的模拟。与现有模拟器相比,CNAsim 可用于在更现实的误差模型和更广泛的可能拷贝数改变机制下有效地生成数千个模拟肿瘤细胞的单细胞拷贝数概况。 CNAsim 中实现的误差模型解释了单细胞测序的特定偏差,这些偏差导致读数计数波动和 CNA 检测分辨率差。
  • 为了提高现有模拟器的真实感,CNAsim 可以 (i) 生成 WGD、全染色体 CNA 和染色体臂 CNA,(ii) 模拟由染色体 CNA 积累定义的亚克隆群体结构,以及 (iii) 稀释采样细胞群体具有正常二倍体细胞和假二倍体细胞。该软件还可以生成采样细胞的 DNA 测序数据。
  • CNAsim 用 Python 编写,可从 https://github.com/samsonweiner/CNAsim 免费获取开源代码。

2023-Cytocipher 确定 scRNA-seq 中显著不同的细胞群

Cytocipher determines significantly different populations of cells in single cell RNA-seq data. Bioinformatics

  • 使用单细胞 RNA-seq (scRNA-seq) 识别细胞类型正在彻底改变多细胞生物的研究。然而,典型的 scRNA-seq 分析通常涉及事后手动管理,以确保簇在转录上不同,这是耗时、容易出错且不可重复的。
  • 为了克服这些障碍,我们开发了 Cytocipher,这是一种生物信息学方法和 scverse 兼容软件包,可以统计确定显着的簇
  • Cytocipher 在正常组织、发育、疾病和大规模图谱数据中的应用揭示了 Cytocipher 在多种情况下生成生物学见解的广泛适用性和能力。这包括识别先前在分析的数据集中未描述的细胞类型,例如人外周血单核细胞中的 CD8+ T 细胞亚型;小鼠胰腺发育过程中细胞谱系的中间状态;以及前列腺癌中过多的管腔上皮细胞亚群。
  • Cytocipher 还可以扩展到具有高测试性能的大型数据集,如应用于代表 > 480,000 个细胞的 Tabula Sapiens Atlas 所示。 Cytocipher 是一种新颖且通用的方法,可从单细胞数据中统计确定转录上不同且程序上可重现的簇。
  • 可用性和实现:本手稿使用的软件版本已存放在 Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.8089546) 上,也可以通过 github (https://github.com/BradBalderson/Cytocipher) 获取)。

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2023-螺旋水平聚合共变检测保守 RNA 结构

RNA covariation at helix-level resolution for the identification of evolutionarily conserved RNA structure. PLoS Comput Biol

  • 许多生物学上重要的 RNA 折叠成通过进化而保守的特定 3D 结构。知道 RNA 序列何时包含可能导致新生物学的保守 RNA 结构并非易事,并且取决于以共变和变异形式存在的保守性留下的线索。为此,创建了 R-scape 统计检验,以从 RNA 序列的比对中识别出显着高于系统发育预期的共变的碱基对。 R-scape 将碱基对视为独立单元。然而,RNA 碱基对并不是孤立存在的。 Watson-Crick (WC) 碱基对堆叠在一起形成螺旋,构成支架,促进非 WC 碱基对的形成,并最终形成完整的 3D 结构。形成螺旋的 WC 碱基对携带 RNA 结构中的大部分共变信号。
  • 在这里,我通过聚合在碱基对水平分辨率下计算的共变显着性和共变功效,引入了一种新的螺旋水平统计显着性共变测量方法。性能基准表明,螺旋水平聚合共变提高了进化保守 RNA 结构检测的灵敏度,且不牺牲特异性。这种额外的螺旋水平敏感性揭示了一个伪影,该伪影是由于使用共变来构建假设结构的对齐,然后测试该对齐以确定其共变是否显着支持该结构而产生的。对一系列长非编码 RNA (lncRNA) 的进化证据进行螺旋水平再分析,强化了反对这些 lncRNA 具有保守二级结构的证据。

2023-基于图像的单细胞多组学数据库

iSMOD: an integrative browser for image-based single-cell multi-omics data. Nucleic Acids Res

清华大学自动化系

  • 分别以 DNA 和 RNA 荧光原位杂交 (FISH) 为代表的基因组和转录组图像数据,以及蛋白质组数据,特别是与核蛋白相关的数据,可以帮助阐明与染色质、信使 RNA 的空间位置相关的基因调控和关键蛋白质。然而,缺乏基于图像的多组学数据收集和分析方法
  • 为此,我们的目标是开发第一个名为 iSMOD(image-based Single-cell Multi-omics Database, 基于图像的单细胞多组学数据库)的集成浏览器,用于根据标题、摘要和相关实验图收集和浏览全面的 FISH 和细胞核蛋白质组学数据,该浏览器集成了多组学研究重点关注细胞核中的关键参与者,已发表论文超过 20,000 篇(仍在增长)。
  • 我们还提供了几个示例演示来展示 iSMOD 的广泛应用——分析多组学研究以揭示疾病的分子靶标;利用多组学相互作用探索生物现象背后的工作机制,并将3D多组学数据集成到虚拟细胞核中。
  • iSMOD 是描绘相关研究的全球视野的基石,能够整合分散的数据,从而提供有关分子途径机制缺失成分的新见解,并促进改进和高效的科学研究。

2023-SEESAW:检测异构体水平的等位基因不平衡

SEESAW: detecting isoform-level allelic imbalance accounting for inferential uncertainty. Genome Biol

  • 检测同种型水平的等位基因不平衡需要考虑由 RNA-seq 读数的多重映射引起的推断不确定性。
  • 我们提出的方法 SEESAW 使用 Salmon 和 Swish 提供各种分辨率水平的分析,包括基因、亚型以及按转录起始位点将亚型聚合到组中。聚合策略增强了具有高度不确定性的转录本的信号。当存在同种型水平等位基因不平衡时,SEESAW 方法套件比其他等位基因不平衡方法具有更高的功效。
  • 我们还引入了一种新的测试来检测协变量(例如时间)之间变化的不平衡。

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2023-绘制人体组织中无义介导的 mRNA 衰变调节的遗传变异

Mapping genetic variants for nonsense-mediated mRNA decay regulation across human tissues. Genome Biol

  • 无义介导的 mRNA 衰减 (NMD) 最初被认为是一种 mRNA 监视机制,以防止产生潜在有害的截短蛋白质。研究还表明,NMD 是一种重要的转录后基因调控机制,选择性地针对许多非异常 mRNA。然而,自然遗传变异如何影响 NMD 并调节基因表达仍不清楚
  • 在这里,我们通过遗传基因组学阐明了 NMD 对人体组织中单个基因的调控。通过独特且稳健的转录表达模型,基于 GTEx 数据来识别与 NMD 调控相对应的遗传变异。我们确定了影响 NMD 靶向转录本 (pNMD-QTL) 百分比的遗传变异,以及调节 NMD 靶向转录本 (dNMD-QTL) 衰减效率的遗传变异。传统的表达数量性状基因座 (eQTL) 定位中遗漏了许多此类变异。 NMD-QTL 显示出很强的组织特异性,尤其是在大脑中。它们更有可能与疾病单核苷酸多态性 (SNP) 重叠。与 eQTL 相比,NMD-QTL 更有可能位于基因体和外显子内,尤其是 3′ 端的倒数第二个外显子。此外,NMD-QTL 更有可能出现在 miRNA 和 RNA 结合蛋白的结合位点中。
  • 总之,我们揭示了与人体组织 NMD 调控相关的遗传变异的全基因组格局。我们的分析结果表明 NMD 在大脑中的重要作用。 NMD-QTL 的优先基因组位置表明了 NMD 调控的关键属性。此外,与疾病相关的 SNP 和转录后调控元件的重叠暗示了 NMD-QTL 在疾病表现中的调控作用及其与其他转录后调控因子的相互作用。

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2023-非规范DNA 基序的精确测序

Accurate sequencing of DNA motifs able to form alternative (non-B) structures. Genome Res

研究的切入点很好

  • 人类基因组中约 13% 的某些基序有可能形成非规范(非 B)DNA 结构(例如 G-四链体、十字形和 Z-DNA),这些结构调节许多细胞过程,但也会影响聚合酶的活性和解旋酶。由于测序技术使用这些酶,因此它们在非 B 结构上的错误可能会增加。
  • 为了评估这一点,我们分析了 Illumina、Pacific Biosciences (PacBio) HiFi 和 Oxford Nanopore Technologies (ONT) 测序在非 B 基序上的错误率、读取深度和碱基质量。所有技术都显示大多数非 B 基序类型的测序成功率发生了改变,尽管这可能是由于多种因素造成的,包括结构形成、GC 含量偏差和均聚物的存在。对于所有非 B 基序类型,HiFi 和 ONT 中单核苷酸错配错误的偏差较低,但在所有三种技术中,G-四链体和 Z-DNA 的单核苷酸错配错误均有所增加。Illumina 和 HiFi 中除 Z-DNA 之外的所有非 B 类型的删除错误均有所增加,ONT 中仅 G-四链体的删除错误也增加。 Illumina、HiFi 和 ONT 中非 B 基序的插入错误分别高度、中度和轻微升高。
  • 此外,我们开发了一种概率方法来根据样本大小和变异频率确定非 B 基序的假阳性数量,并将其应用于公开可用的数据集(1000 Genomes、Simons Genome Diversity Project 和 gnomAD)。我们的结论是,在低读深研究(单细胞、古 DNA 和混合样本群体测序)和对罕见变异进行评分时,应考虑非 B DNA 基序的测序错误升高。组合技术应在未来的非 B DNA 研究中最大限度地提高测序准确性。

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2023-亚细胞空间转录组学细胞分割

SCS: cell segmentation for high-resolution spatial transcriptomics. Nat Methods

  • 空间转录组学有望极大地提高我们对组织组织和细胞间相互作用的理解。虽然当前大多数空间转录组学平台仅提供多细胞分辨率,每个点 10-15 个细胞,但最新技术提供了更密集的点放置,从而实现了亚细胞分辨率。这些新方法的一个关键挑战是细胞分割和细胞点的分配。传统的基于图像的分割方法是有限的,并且没有充分利用空间转录组学描述的信息。
  • 在这里,我们提出了亚细胞空间转录组学细胞分割(subcellular spatial transcriptomics cell segmentation, SCS),它将成像数据与测序数据相结合,以提高细胞分割的准确性。 SCS 使用变压器神经网络自适应地学习每个点相对于其细胞中心的位置,从而将点分配给细胞。 SCS 在两种新的亚细胞空间转录组学技术上进行了测试,其性能优于传统的基于图像的分割方法。 SCS 实现了更高的准确性,识别了更多细胞并提供了更真实的细胞大小估计。使用 SCS 斑点分配对 RNA 进行亚细胞分析可提供有关 RNA 定位的信息,并进一步支持分割结果。

(~ ̄▽ ̄)~ 2023-单细胞 RNA 测序数据聚类的显著性分析

Significance analysis for clustering with single-cell RNA-sequencing data. Nat Methods. full pdf

有利于GSClassifier的开发

  • 单细胞 RNA 测序数据的无监督聚类能够识别不同的细胞群。然而,最广泛使用的聚类算法是启发式的,并没有正式考虑统计不确定性
  • 我们发现,不以统计上严格的方式解决已知的变异来源可能会导致对新细胞类型的发现过度自信。在这里,我们扩展了以前的方法,即层次聚类的重要性,提出了一种基于模型的假设检验方法,该方法将重要性分析纳入聚类算法,并允许将簇作为不同的细胞群体进行统计评估。我们还采用这种方法来允许对任何算法报告的集群进行统计评估。最后,我们扩展这些方法来考虑批处理结构。我们针对流行的集群工作流程对我们的方法进行了基准测试,证明了性能的提高。
  • 为了展示实用性,我们将我们的方法应用于人类肺细胞图谱和小鼠小脑皮层图谱,识别了几个过度聚类的案例并概括了经过实验验证的细胞类型定义。
  • R语言包托管在Github里: https://github.com/igrabski/sc-SHC

(~ ̄▽ ̄)~ 2023-CimpleG:寻找简单的 CpG 甲基化特征

CimpleG: finding simple CpG methylation signatures. Genome Biol

  • DNA 甲基化特征通常基于需要数百个位点进行预测的多变量方法。
  • 在这里,我们提出了一个名为 CimpleG 的计算框架,用于检测用于细胞类型分类和反卷积的小 CpG 甲基化特征
  • 我们证明,CimpleG 不仅省时,而且在血细胞和其他体细胞的细胞类型分类方面表现出色,同时其预测基于每种细胞类型的单个 DNA 甲基化位点。
  • 总而言之,CimpleG 为描绘 DNAm 特征和细胞反卷积提供了完整的计算框架。

综述类

2023-肿瘤相关巨噬细胞

Roles of macrophages in tumor development: a spatiotemporal perspective. Cell Mol Immunol

  • 巨噬细胞是组织稳态的关键调节因子,但在肿瘤微环境 (TME) 中也大量存在。在原发性肿瘤和转移瘤中,此类肿瘤相关巨噬细胞(TAM)似乎支持肿瘤的发展。虽然我们知道 TAM 是 TME 中的主要免疫细胞,但它们巨大的异质性和相关功能才刚刚被揭示。
  • 在这篇综述中,我们概述了迄今为止发现的各种已知的 TAM 群体,并描述了它们与癌症进展的主要阶段相关的特殊作用。我们讨论巨噬细胞如何启动转移前生态位以促进转移生长,以及随后的转移相关巨噬细胞如何支持继发性肿瘤生长。最后,我们推测 TAM 研究仍有待克服的挑战。

2023-利用人工智能对抗传染病

Leveraging artificial intelligence in the fight against infectious diseases. Science

  • 尽管过去几十年医学和基础研究取得了进步,但由细菌、真核生物和病毒等传染性病原体引起的传染病仍然给科学家和临床医生带来挑战。快速准确检测感染的局限性以及不断扩大的抗菌药物耐药性加剧了这些挑战(专栏 1)。基础研究旨在扩大我们的知识并提供解决方案,包括开发抗感染疗法、预防措施以及快速准确的诊断工具。
  • 特别是,系统和合成生物学方法带来了生物技术和医学创新——包括药物治疗和模式、疫苗和诊断——改善了我们应对传染病的方式。

science.adh1114-f1

2023-ctDNA指导临床用药

Circulating tumor DNA to drive treatment in metastatic colorectal cancer. Clin Cancer Res

  • 在转移性结直肠癌 (mCRC) 不断发展的分子治疗领域中,确定可药物改变对于为每位患者实现最佳治疗机会至关重要。由于可操作目标的数量不断增加,因此需要及时检测它们的存在或出现,以指导选择不同的可用治疗方案。液体活检通过分析循环肿瘤 DNA (ctDNA) 已被证明是一种安全有效的补充方法,可解决癌症演变问题,同时克服组织活检的局限性。尽管关于 ctDNA 引导治疗应用于靶向药物的潜力的数据不断积累,但在其应用于连续护理的不同领域方面仍然存在重大知识空白
  • 在这篇综述中,我们概述了如何利用 ctDNA 信息来推动 mCRC 患者的不同靶向治疗策略,通过解决肿瘤组织活检之外的肿瘤异质性,在治疗前完善分子选择;纵向监测早期肿瘤对靶向药物的反应和耐药机制,可能导致定制的、分子驱动的治疗选择;指导分子分类以采用抗 EGFR 药物进行再激发策略,建议再治疗的最佳时间;并通过旨在克服获得性耐药性的额外治疗或组合提供“增强再挑战”的机会。此外,我们还讨论了有关 ctDNA 在微调免疫肿瘤学等研究策略方面的潜在作用的未来观点。

流行病学类

2023-中国40岁健康生活方式和无重大慢性病预期寿命

Healthy lifestyle and life expectancy free of major chronic diseases at age 40 in China. Nat Hum Behav. full pdf & supplementary materials

中国嘉道理生物样本库协作组

  • 健康的生活方式是否有助于延长中国成年人的预期寿命(LE),避免罹患重大非传染性疾病,以及预期寿命占总预期寿命的比例仍不清楚。
  • 我们考虑了五个低风险生活方式因素:从不吸烟或因疾病以外的原因戒烟不过度饮酒保持身体活跃健康的饮食习惯健康的身体脂肪水平
  • 在这里,我们显示,对 451,233 名中国成年人进行中位随访 11.1 年后,具有所有五种低危因素的个体在 40 岁时无心血管疾病、癌症和慢性呼吸道疾病的 LE(95% 置信区间)为比具有0-1个低风险因素的人平均长6.3(5.1-7.5)年(男性)和4.2(3.6-5.4)年(女性)。
  • 相应地,男性无病LE占总LE的比例从73.1%增加到76.3%,女性从67.6%增加到68.4%。
  • 我们的研究结果表明,促进健康的生活方式可能与中国人群无病 LE 的增加有关。

2023-血清 25-羟基维生素 D 水平与结直肠癌风险:年龄分层分析

Serum 25-hydroxyvitamin D levels and risk of colorectal cancer: an age-stratified analysis. Gastroenterology

  • 循环 25-羟基维生素 D (25(OH)D) 在预防 50 岁以下年轻人早发性结直肠癌 (CRC) 中的作用尚不确定。我们在大量韩国成年人样本中评估了循环 25(OH)D 水平与 CRC 风险之间的年龄分层关联(<50 岁与≥50 岁)。
  • 方法:我们的队列研究包括 236,382 名参与者(平均 [标准差] 年龄,38.0 [9.0] 岁),他们接受了全面的健康检查,包括血清 25(OH)D 水平的测量。血清 25(OH)D 水平分类如下:<10、10-20 和 ≥20 ng/mL。 CRC 以及组织学亚型、部位和侵袭性是通过与国家癌症登记处联系确定的。 Cox 比例风险模型用于根据血清 25(OH)D 状态估计事件 CRC 的风险比(HR;95% 置信区间 [CI]),并调整潜在的混杂因素。
  • 结果:在 1,393,741 人年的随访期间(中位时间为 6.5 年;四分位数间距为 4.5-7.5 年),341 名参与者罹患 CRC(发病率为每 105 人年 19.2 人)。在年龄 <50 岁的年轻人中,血清 25(OH)D 水平与 CRC 发病风险呈负相关,相对于参考值 (<10 ng/mL),25(OH)D 的 HR (95% CI) 分别为 0.61 (10-19 ng/mL, 0.43-0.86) 和 0.41 (0.27-0.63, ≥20 ng/mL)。腺癌、结肠癌和浸润性癌症之间存在明显的显着相关性。对于年龄≥50 岁的人来说,关联性相似,但与年轻人相比略有减弱。
  • 结论:血清 25(OH)D 水平可能与早发和晚发疾病发生 CRC 的风险存在有益关联。

2023-mRNA疫苗可有效帮助癌症患者预防COVID-19

COVID-19 Severity and Waning Immunity After up to 4 mRNA Vaccine Doses in 73 608 Patients With Cancer and 621 475 Matched Controls in Singapore: A Nationwide Cohort Study. JAMA Oncol

  • 重要性:尽管癌症患者面临着因 COVID-19 而导致不良结果的风险,但关于该组疫苗功效的已发表研究很少,小型研究中描述的免疫原性欠佳和疫苗功效减弱令人担忧。
  • 目的:评估严重 COVID-19 疾病结果的发生率与接种疫苗剂量以及随时间推移保护作用减弱的关系。
  • 设计、设置和参与者:在两个时间段(2021年9月15日至2021年12月20日[delta波]和2022年1月20日至2022年11月11日[omicron波]进行了一项前瞻性多中心观察队列研究])分别以 SARS-CoV-2 delta 和 omicron 变体为主。总体而言,纳入了 73 608 名癌症患者(23 217 名积极治疗者,50 391 名癌症幸存者)和 621 475 名年龄、性别、种族和民族以及社会经济地位相匹配的对照者。暴露:接受的疫苗剂量,从零到 4 剂,以及自上次疫苗接种以来经过的时间。结果:采用竞争风险回归分析来解释癌症患者死亡的竞争风险。主要结局是 COVID-19 感染、住院和严重疾病(定义为需要补充氧气、重症监护或死亡)的发生率比 (IRR)。按最后一次疫苗接种的时间分层的 IRR 作为疫苗有效性随时间减弱的指标。
  • 结果:积极治疗的癌症患者、癌症幸存者和对照的平均 (SD) 年龄分别为 62.7 (14.7)、62.9 (12.6) 和 61.8 (14.7) 岁。在 73 608 名癌症患者中,27 170 名(36.9%)为男性; 60 100 人(81.6%)是华人,7432 人(10.1%)是马来人,4597 人(6.2%)是印度人,1479 人(2.0%)是其他种族和民族。在癌症和对照人群中,在 delta 波和 omicron 波期间,3 剂和 4 剂组与 2 剂组(参考)相比,COVID-19 住院和严重疾病的 IRR 均显着降低。积极治疗的 3 剂量组、癌症幸存者和对照的严重疾病 IRR 在 delta 波期间分别为 0.14、0.13 和 0.07,在 omicron 波期间分别为 0.29、0.19 和 0.21。 omicron 波期间 4 剂量组中严重疾病的 IRR 甚至更低,分别为 0.13、0.10 和 0.10。在第三次接种后 5 个月内,以及在第四次接种后 5 个月(本研究随访结束时)内,未发现疫苗对住院和严重疾病的有效性减弱。
  • 结论:这项队列研究提供了基于 mRNA 的疫苗对癌症患者的 COVID-19 临床有效性的证据。在积极治疗的癌症患者、癌症幸存者和匹配对照中,在第三次或第四次剂量后至少 5 个月观察到了预防严重 COVID-19 结局的免疫力的持久性。

2023-2022 年夏季欧洲与高温相关的死亡率

Heat-related mortality in Europe during the summer of 2022. Nat Med. full html

如何定义高温相关死亡?

  • 2003 年夏季,欧洲发生了超过 70,000 人的超额死亡。由此产生的社会意识导致了适应战略的设计和实施,以保护高危人群。我们的目标是量化 2022 年夏季(欧洲有记录以来最热的季节)期间与高温相关的死亡负担
  • 我们分析了欧盟统计局死亡率数据库,其中包括来自 35 个欧洲国家 823 个邻近地区的 45,184,044 条死亡数据,代表了超过 5.43 亿的总人口。我们估计,2022 年 5 月 30 日至 9 月 4 日期间,欧洲有 61,672 例(95% 置信区间 (CI) = 37,643-86,807)例与高温相关的死亡。意大利(18,010 例死亡;95% CI = 13,793-22,225)、西班牙(11,324 例;95%) CI = 7,908-14,880)和德国(8,173;95% CI = 5,374-11,018)夏季高温相关死亡率最高,而意大利(每百万人死亡 295 人,95% CI = 226-364)、希腊(280, 95% CI = 201-355)、西班牙(237,95% CI = 166-312)和葡萄牙(211,95% CI = 162-255)与高温相关的死亡率最高。相对于人口,我们估计女性因高温导致的死亡人数比男性高 56%,其中 0-64 岁 (+41%) 和 65-79 (+14%) 岁男性以及 80 岁以上女性的死亡率更高(+27%)。
  • 我们的结果要求重新评估和加强现有的高温监测平台、预防计划和长期适应策略。

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