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Developmental Cell | 成纖維細(xì)胞去分化是斷肢再生成功的決定因素

脊椎動物中只有兩棲動物能夠再生斷肢。有尾兩棲動物蠑螈在一生各階段都可以再生斷肢，而無尾兩棲動物爪蛙在變態(tài)后只有很有限的斷肢再生能力。爪蛙斷肢能夠形成再生芽基，但其再生僅限于形成棘狀軟骨，而且不分節(jié)，即沒有圖式建成。是什么因素導(dǎo)致爪蛙斷肢再生發(fā)生了缺陷？爪蛙斷肢芽基的細(xì)胞，與蠑螈芽基細(xì)胞究竟有什么不同？近期，奧地利維也納分子病理研究所的Elly Tanaka與其合作者報(bào)道了對這些問題，特別是針對芽基細(xì)胞異同的研究結(jié)果(2021年5月17日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.devcel.2021.04.016)。利用遺傳標(biāo)記結(jié)合單細(xì)胞測序技術(shù)及組織、細(xì)胞移植等手段，該研究詳細(xì)分析了爪蛙斷肢芽基與蠑螈斷肢芽基細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平上的異同。與蠑螈相同，成體爪蛙的芽基細(xì)胞亦來自于結(jié)締組織，但真皮來源的細(xì)胞極少能參與到斷肢的再生軟骨中，提示爪蛙的結(jié)締組織來源細(xì)胞可能并沒有像蠑螈一樣發(fā)生完全的去分化。單細(xì)胞測序分析結(jié)果也直接表明爪蛙的芽基細(xì)胞僅發(fā)生了部分去分化，不具有胚胎肢芽的特征，而蠑螈斷肢芽基細(xì)胞的去分化程度達(dá)到了100%胚胎肢芽的程度。通過一系列芽基細(xì)胞移植(如斷肢芽基移植到早期發(fā)育中的肢芽)功能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明這些未完全去分化的爪蛙斷肢芽細(xì)胞本身，而不是系統(tǒng)性或斷肢局部的微環(huán)境造成了爪蛙斷肢再生的失敗。經(jīng)過變態(tài)過程的爪蛙斷肢芽基細(xì)胞去分化重新形成軟骨的過程可能被“重編程”了?？傊?，該研究說明成纖維細(xì)胞的去分化程度決定了斷肢能否完全再生。盡管該研究也存在一定的不足，如未實(shí)現(xiàn)蠑螈與爪蛙斷肢芽基的異種移植，不能排除蠑螈存在某種特殊因子誘導(dǎo)蠑螈芽基細(xì)胞發(fā)生完全去分化，但此研究對哺乳動物器官再生研究仍有很好的啟示?！鐾扑]人：林古法

Science Advances | 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄活性圖譜

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma, GBM)是一種惡性腦部原發(fā)性腫瘤。通常情況下，它的發(fā)病更常見于成年患者?；诨虮磉_(dá)、DNA甲基化和基因組變異的分子圖譜結(jié)果，對GBM的研究起到重要的推進(jìn)作用，有助于GBM的臨床診斷和治療。然而腫瘤的異質(zhì)性對腫瘤的臨床治療是個挑戰(zhàn)，調(diào)控腫瘤內(nèi)在轉(zhuǎn)錄多樣性和亞型身份的增強(qiáng)子結(jié)構(gòu)(enhancer architectures)和核心調(diào)控環(huán)路(core regulatory circui-tries, CRC)仍然未被闡述。新加坡國立大學(xué)H. Phillip KOEFFLER課題組徐良和陳燁博士通過繪制H3K27ac圖譜，分析了95個GBM活檢組織樣本、12個正常腦組織樣本和38個對應(yīng)的細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性景觀。聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組結(jié)果，對比分析了正常腦組織和GBM間特異性增強(qiáng)子結(jié)構(gòu)和CRC，定義了新的腫瘤異質(zhì)性結(jié)果。將GBM根據(jù)分子亞型分為4種，包括AC1-mesenchymal、AC1-classical、AC2-proneural 和AC3-proneural (2021年4月30日在線發(fā)表，doi: 10.1126/sciadv.abd4676)。此外，該研究揭示了在GBM中依賴于超級增強(qiáng)子驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄因子、長鏈非編碼RNA (long non-coding RNAs, lncRNAs)和若干重要藥物靶標(biāo)蛋白驅(qū)動了腫瘤的發(fā)生發(fā)展。該研究結(jié)果提供了GBM的分子分型、發(fā)病機(jī)制和治療干預(yù)的新思路和新見解，將為推動該疾病研究領(lǐng)域的發(fā)展提供重要的資源和數(shù)據(jù)支持，也可為其他遺傳性疾病的研究提供有益參考?！鐾扑]人：徐瓔

Nature | Archives of Toxicology | 精準(zhǔn)檢測低頻突變新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

目前的DNA測序方法存在一定的測序錯誤，對DNA突變的檢出率有不同程度的限制，影響了測序在腫瘤、遺傳病和衰老等疾病研究以及在環(huán)境誘變劑評估檢測方面的應(yīng)用。發(fā)展精準(zhǔn)的低頻突變檢測的測序技術(shù)具有重要的意義。為了提高測序的準(zhǔn)確性，人們已經(jīng)開發(fā)了一些一致性測序的方法，例如對DNA的單個分子進(jìn)行條形碼編碼，并對每個分子進(jìn)行多次測序，從而減少單分子測序的錯誤率。2021年4月28日,雜志在線發(fā)表了英國Wellcome 桑格研究院的Robert J. Osborne和I?igo Martin-corena作為通訊作者的“單分子分辨率下的體細(xì)胞突變”論文，報(bào)道了他們最近開發(fā)的nanorate測序(NanoSeq)技術(shù)及其在體細(xì)胞突變檢測中應(yīng)用(doi: 10.1038/s41586-021-03477-4)。這是一種雙重獨(dú)立校正測序技術(shù)，DNA測序錯誤低于5×10?9，比典型的體細(xì)胞突變負(fù)荷低兩個數(shù)量級，可以研究任何組織中的體細(xì)胞突變。他們利用這種測序技術(shù)精準(zhǔn)研究了幾種組織中分裂和非分裂細(xì)胞的體細(xì)胞突變情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論有沒有細(xì)胞分裂，細(xì)胞在整個生命過程中以恒定的速率積累體細(xì)胞突變。這表明，獨(dú)立于細(xì)胞分裂的突變過程是體細(xì)胞突變的重要因素。

與上述精準(zhǔn)檢測測序技術(shù)類似的是日本國家健康科學(xué)研究所Takayoshi Suzuki和上海交通大學(xué)欒洋教授聯(lián)合開發(fā)了一種無PCR的縮短雙鏈獨(dú)立一致性測序方法PECC-Seq，可以將測序錯誤頻率降低到10?7以下，具有全基因組超罕見突變檢測的潛力(2020年7月31日在在線發(fā)表，doi: 10.1101/2019.12.22.886440)。環(huán)境誘變劑誘變率低，過去只能通過轉(zhuǎn)基因動物報(bào)告基因方法進(jìn)行檢測，不僅昂貴、繁瑣復(fù)雜，而且局限性較大，該一致性低頻突變檢測技術(shù)則表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景?！鐾扑]人：盧大儒

Science | 具有表觀遺傳修飾的核苷可作為BRCA突變耐藥腫瘤治療的增效劑

參與同源重組修復(fù)DNA雙鏈斷裂的抑癌基因和突變會導(dǎo)致細(xì)胞積累突變的DNA，表現(xiàn)出與乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌或前列腺癌等密切的相關(guān)性。靶向DNA損傷備用修復(fù)蛋白—多腺苷二磷酸核糖聚合酶(poly(ADP-ribose) polymerase, PARP)的抑制劑可以導(dǎo)致細(xì)胞進(jìn)一步積累DNA變異，殺死癌細(xì)胞。但是，腫瘤很快產(chǎn)生耐藥性。為尋找PARP抑制劑增效靶標(biāo)，英國、德國的研究人員采用全基因組CRISPR-Cas9技術(shù)和不能解離重組中間產(chǎn)物的同源重組缺陷(HR-deficient)細(xì)胞—eHAP MUS81?/?細(xì)胞進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果抑制負(fù)責(zé)阻止羥甲基脫氧尿苷單磷酸摻入DNA的清除因子DNPH1，則可以增強(qiáng)或者恢復(fù)突變的癌細(xì)胞對PARP抑制劑的敏感性(2021年4月9日在線發(fā)表，doi:10.1126/science.abb4542)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，單鏈單功能尿嘧啶DNA糖苷酶SMUG1和hmdU具有聯(lián)合增效作用，PARP阻滯、DNA復(fù)制叉破壞、DNA雙鏈斷裂和凋亡都與其最終增效有關(guān)。該研究表明，羥甲基脫氧尿苷、DNPH1抑制劑和PARP抑制劑“三管齊下”可能是未來解決突變腫瘤耐藥的新途徑?！鐾扑]人：謝建平

Nature Genetics | 國際小鼠表型分析聯(lián)盟提供5061個基因敲除小鼠系資源

在體研究對于多器官系統(tǒng)的功能解剖和整個生物體的生理至關(guān)重要，而實(shí)驗(yàn)小鼠仍然是研究哺乳動物(尤其是人類)病理生物學(xué)的典型動物模型。國際小鼠表型分析聯(lián)盟報(bào)道了在C57BL/6N遺傳背景上，通過靶向小鼠胚胎干細(xì)胞重組方法，已經(jīng)產(chǎn)生了5000多個基因突變的小鼠模型。迄今為止，這些小鼠品系進(jìn)行了從出生到4月齡的系統(tǒng)性、無偏見表型分析，其中包含了400多個生理參數(shù)。數(shù)據(jù)表明，總共有72%的品系顯示至少出現(xiàn)一種指標(biāo)異常，其中35.8%的品系出現(xiàn)部分或完全致死。所有表型數(shù)據(jù)通過嚴(yán)格的質(zhì)控，并且均可通過https://www.mousephenotype.org/從EMBL-EBI托管的IMPC數(shù)據(jù)庫免費(fèi)獲得(2021年4月8日發(fā)表，doi: 10.1038/s41588-021-00825-y)。南京大學(xué)模式動物研究所和蘇州大學(xué)劍橋–蘇大基因組資源中心也參與了該項(xiàng)目的研究，研究得到了科技部發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)重點(diǎn)專項(xiàng)的支持(2018YFA0801100)。■推薦人：徐瓔

Nature Genetics | SYK基因功能獲得性突變導(dǎo)致人類及小鼠免疫失調(diào)

脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase, SYK)是非受體酪氨酸激酶Src家族的一員，在免疫細(xì)胞中廣泛表達(dá)，直接與免疫細(xì)胞受體(如B細(xì)胞體、Fcγ受體等)結(jié)合，參與多種信號通路的激活。在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、過敏性哮喘和鼻炎等多種自身免疫相關(guān)疾病中發(fā)揮著重要的作用，但臨床上一直沒有發(fā)現(xiàn)的致病性突變。近期，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院黃瑛課題組、華東師范大學(xué)李大力課題組以及加拿大多倫多兒童醫(yī)院Aleixo M. Muise課題組合作發(fā)現(xiàn)基因的功能獲得性突變(gain-of-function)會導(dǎo)致人及小鼠免疫失調(diào)和全身性炎癥(2021年3月29日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41588- 021-00803-4)。研究者通過對一例極早發(fā)型多器官炎癥患兒全外顯子測序，發(fā)現(xiàn)其攜帶有基因1649位C>A的雜合突變，引起550位氨基酸由絲氨酸(Ser)變?yōu)槔野彼?Tyr) (c.1649C>A，p.S550Y)，該突變導(dǎo)致磷酸化SYK蛋白水平顯著增加，相應(yīng)下游信號通路廣泛被激活。研究者隨后在全球各地還發(fā)現(xiàn)了5例類似的激活型致病突變。為了確證該突變是導(dǎo)致人類免疫失調(diào)的功能獲得性突變，研究者利用CRISPR/Cas9技術(shù)快速構(gòu)建了模擬患者S550Y點(diǎn)突變(小鼠中為S544Y)小鼠模型。突變小鼠在5周齡時開始出現(xiàn)自發(fā)關(guān)節(jié)炎癥狀，并在免疫細(xì)胞的成熟分化方面也與患者有著類似的缺陷，有力地證明點(diǎn)突變是導(dǎo)致病人免疫失調(diào)的原因。更重要的是，利用SYK抑制劑對發(fā)病小鼠進(jìn)行藥物干預(yù)及移植野生型小鼠的骨髓細(xì)胞均能顯著改善點(diǎn)突變小鼠的關(guān)節(jié)炎表型，為疾病的治療提供了潛在的治療策略?？傮w而言，本研究工作首次確定了的功能獲得性突變可以導(dǎo)致人類免疫失調(diào)相關(guān)疾病的產(chǎn)生；同時還獲得了自發(fā)關(guān)節(jié)炎的小鼠模型，這可能是第一例報(bào)道的模擬人類突變導(dǎo)致自發(fā)關(guān)節(jié)炎的模型，將為關(guān)節(jié)炎發(fā)生機(jī)制研究、藥物效果評價以及精準(zhǔn)基因治療等提供可靠的實(shí)驗(yàn)動物模型。■推薦人：李大力

Nature | 巨噬細(xì)胞分泌NAMPT促進(jìn)肌肉再生

巨噬細(xì)胞在機(jī)體發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持、組織修復(fù)和再生過程中，除了發(fā)揮它的免疫功能，還會發(fā)揮非免疫功能。澳大利亞莫納什大學(xué)Peter D. Currie實(shí)驗(yàn)室和荷蘭烏特勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Jeroen Bakkers實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用模式動物斑馬魚活體成像的優(yōu)勢，觀察到巨噬細(xì)胞在肌肉再生過程中為肌肉干細(xì)胞提供暫時的、利于增殖的微環(huán)境(2021年2月10日在線發(fā)表，doi.org/10.1038/s41586-021-03199-7)。他們利用標(biāo)記巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)基因魚，發(fā)現(xiàn)肌肉損傷后，巨噬細(xì)胞會快速到達(dá)傷口處，根據(jù)駐留時間和形態(tài)可大致分為兩類：暫時(transient)和長期(dwelling)的巨噬細(xì)胞。而且，他們利用單細(xì)胞測序和特異性細(xì)胞清除等方法，鑒定出一群高表達(dá)的dwelling巨噬細(xì)胞，這群細(xì)胞通過與肌肉干細(xì)胞的緊密互作，觸發(fā)肌肉干細(xì)胞增殖。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞分泌的NAMPT與肌肉干細(xì)胞上的膜受體CCR5結(jié)合，促進(jìn)肌肉干細(xì)胞增殖。同時，他們也在哺乳動物小鼠體內(nèi)證明NAMPT也有利于肌肉再生。這項(xiàng)研究提出巨噬細(xì)胞通過提供有絲分裂刺激，特別是通過NAMPT配體和CCR5受體結(jié)合，直接調(diào)節(jié)肌肉干細(xì)胞增殖，為骨骼肌損傷和疾病提供了一種治療思路和方式。■推薦人：劉峰

Science | 顱神經(jīng)嵴細(xì)胞跨胚層分化潛能與多能因子Oct4重新激活密切相關(guān)

Waddington表觀遺傳景觀圖展示了細(xì)胞的分化潛力隨著胚胎發(fā)育的進(jìn)程越來越小。然而，脊椎動物胚胎中存在一群過渡態(tài)細(xì)胞群體–顱神經(jīng)嵴細(xì)胞(cranial neural crest cells, CNCCs)，其分化模式卻挑戰(zhàn)了這一認(rèn)知。CNCC起源于外胚層且分化為典型的外胚層細(xì)胞類型，但CNCC同時也可以分化產(chǎn)生中胚層相關(guān)的間充質(zhì)細(xì)胞。但是，關(guān)于CNCC如何跨胚層分化一直無法解釋。2021年2月5日，在線發(fā)表了美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院Joanna Wysocka團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新性成果(doi:10.1126/science.abb4776)。他們發(fā)現(xiàn)CNCC跨胚層分化潛能的獲得與多能性轉(zhuǎn)錄因子Oct4重新激活有關(guān)。應(yīng)用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序及分析，研究人員鑒定了一群處于哺乳動物CNCC發(fā)育早期階段的前體細(xì)胞，這一細(xì)胞群體表達(dá)典型的多能性轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)合譜系追蹤以及功能缺失等實(shí)驗(yàn)，他們進(jìn)一步確認(rèn)這群前體細(xì)胞能產(chǎn)生CNCC并參與顱面結(jié)構(gòu)形成。表觀基因組分析發(fā)現(xiàn)，表達(dá)Oct4的CNCC前體細(xì)胞的染色質(zhì)可及性圖譜與多能性上胚層干細(xì)胞(epiblast stem cell)的染色質(zhì)圖譜大致相似。以上分析及實(shí)驗(yàn)證明了CNCC前體細(xì)胞通過短暫地重新激活多能性因子(Oct4)轉(zhuǎn)分化生成中胚層間充質(zhì)細(xì)胞，經(jīng)歷了一個自然的體內(nèi)重編程事件。然而，多能性轉(zhuǎn)錄因子重新激活這一機(jī)制是否僅適用于CNCC，以及細(xì)胞命運(yùn)的可塑性是否能夠應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)，仍是今后值得探討的科學(xué)問題。■推薦人：夏均，劉峰