单细胞转录组测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术的出现，为研究细胞发育和分化过程中的基因表达动态提供了前所未有的分辨率。然而，由于生物过程的复杂性，不同条件下的细胞发育轨迹往往是不对称的，这给数据的整合和比较带来了挑战。现有的方法通常依赖于将不同条件下的样本整合后再进行聚类分析或推断共享轨迹，但这些方法在处理不对称轨迹时往往效果不佳，可能会掩盖关键的差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）。 为了解决这一问题，研究人员开发了一种新的方法——Trajectory Alignment of Gene Expression Dynamics (Tragedy)。Tragedy方法能够在不进行数据集整合...

单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术能够以单细胞分辨率进行高通量转录组分析，极大地推动了细胞生物学的研究。然而，scRNA-seq技术的一个显著局限性是，它需要将组织解离，导致细胞在组织中的原始空间位置信息丢失。空间转录组学（Spatial Transcriptomics, ST）技术能够提供精确的空间基因表达图谱，但其在基因检测数量、成本以及细胞类型注释的精细度方面存在限制。因此，如何在scRNA-seq数据中恢复空间信息，成为了当前研究的一个重要挑战。 为了解决这一问题，研究人员提出了通过细胞对应学习（cell correspondence learning）在scRNA-seq和ST数据之间传递知识的方法，从而恢复scRNA-seq数据中的空间信息。然而，现有的方法在建模局部和全...

阿尔茨海默病中CRTC1的S-亚硝基化对CREB依赖性基因表达的破坏 学术背景 阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，其特征是记忆和认知功能的逐渐丧失。AD的病理机制复杂，涉及到多种分子和细胞过程，其中蛋白质的异常修饰被认为是疾病进展的关键因素之一。S-亚硝基化（S-nitrosylation）是一种由一氧化氮（NO）介导的蛋白质翻译后修饰，已被证明在多种神经退行性疾病中发挥重要作用。然而，S-亚硝基化在AD中的具体作用机制尚未完全阐明。 本研究聚焦于cAMP反应元件结合蛋白（CREB）的转录共激活因子CRTC1（CREB-regulated transcription coactivator 1）的S-亚硝基化在AD中的作用。在正常大脑中...

单细胞分析揭示脑脊液中神经炎症的共同特征 神经炎症（neuroinflammation）是神经系统疾病中一个核心病理特征，涉及到脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）和外周免疫系统之间复杂的相互作用。尽管过往研究揭示了多发性硬化（Multiple Sclerosis, MS）和其他神经炎症疾病中CSF中淋巴细胞克隆性扩展的现象，但关于这些免疫细胞特性、动态变化机制及其在健康和疾病中的区别，仍然存在许多未解的科学问题。为了解析CSF免疫微环境的构建特点，并阐明其在疾病状态中传递的生物学意义，Benjamin M. Jacobs等人展开了一项详细的研究。 这篇文章由来自英国剑桥大学（University of Cambridge）、伦敦玛丽女王大学（Queen Mary Un...

揭示颞叶癫痫中突触密度网络功能紊乱的基因表达模式 背景 颞叶癫痫（Temporal Lobe Epilepsy, TLE）是最为常见的局灶性癫痫类型，其病理特征和发病机制长期以来吸引了神经科学领域的广泛关注。这种疾病不仅涉及单一脑区（如癫痫灶），而且被认为是一种影响广泛脑网络功能的疾病。颞叶癫痫的核心病理机制主要涵盖兴奋性和抑制性突触传递的不平衡，突触损失被认为是关键因素之一。这种突触网络的宏观变化可能进一步导致脑功能网络的功能紊乱，而基因层面的失调可能是这些突触改建的潜在推动因素。然而，目前对TLE患者体内全脑范围内突触密度网络（Synaptic Density Similarity Network, SDSN）以及其相关的基因表达机制尚缺乏深入研究。 考虑到上述问题，本文作者采用了多模态...

基因级别单细胞轨迹比对：基于动态编程的新方法 单细胞RNA测序（Single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术的出现，极大推动了生物学的研究进程，使科学家能够观察到时间或空间中单细胞水平上的动态变化。然而，如何跨样本或条件（如对照与药物处理、体外与体内实验、健康与疾病等）比较这些动态变化，依然是一个巨大的挑战。本次研究通过开发一种称为“genes2genes”的新工具，试图解决单细胞轨迹比对中的关键问题，特别是在基因级别上实现精确的动态变化匹配。 本文由来自 Wellcome Sanger Institute、University of Cambridge、Columbia University 等机构的研究人员合作完成，通讯作者为 Sarah A. Tei...

人类大脑成熟中的基因表达动态研究：全新的时间性大脑细胞图谱 学术背景 人类大脑的发育和成熟是神经科学中的一个重要研究领域，但至今仍存在许多未解之谜。发育中的人类大脑在出生后经历了漫长而复杂的成熟过程，这一过程受到基因表达动态变化的引导。尽管先前基于体块组织(bulk tissue)进行的大规模转录组学研究揭示了基因表达的显著变化，尤其是在胎儿后期到婴儿早期的过渡阶段，以及童年和青春期大脑结构和功能的剧烈变化，但这些研究的局限性在于未能指明细胞类型特异性的基因表达动态。因此，每种不同细胞类型在童年至成年大脑成熟过程中究竟发生了怎样的基因表达变化仍是一个未解的科学问题。 此外，全球范围内目前建立的人类大脑细胞图谱以成人为主，缺乏对儿童阶段的涵盖。而非洲作为全球基因多样性最高的地区，其加速增长的儿...

利用大格式微阵列实现可扩展空间转录组学的新方法：Array-Seq技术的诞生 背景与研究起源 近年来，空间分子分析（spatiomolecular analyses）成为生物医学研究和临床病理学的重要工具，因为它能够研究组织中的细胞和分子空间位置如何影响其功能及其在健康和疾病中的异常变化。但现有的空间转录组学（spatial transcriptomics，ST）技术在多个层面面临制约：设备昂贵、操作复杂、表面积小、不支持大批量样本处理以及与常规组织学染色（如H&E染色）不兼容。这些缺点限制了技术的普及，也增大了其用于基础研究和临床分析的成本和难度。 早期的空间转录组学技术（如Visium平台）通过将空间条形码（spatial barcode）连接到捕获poly-A尾的寡聚核苷酸探针上实现了...

基于大语言模型探索基因集合功能发现：GPT-4的表现优异 学术背景 在功能基因组学（functional genomics）领域，基因集合富集分析（gene set enrichment analysis）是理解基因功能及其相关生物学过程的重要方法。然而，当前的富集分析主要依赖于文献整理的基因功能数据库，例如Gene Ontology (GO)等，这些数据库存在一定的局限性：数据不完整且更新速度有限。这导致了许多基因集合无法通过传统工具有效解析，这些未曾被明确标注的基因集合正是潜在产生重要生物学新见解的源泉。 在这种背景下，近年来生成式人工智能（generative artificial intelligence），尤其是诸如GPT-4的“大语言模型”（large language mode...

C. difficile 对头孢菌素的耐药性研究 背景介绍 艰难梭菌感染（Clostridioides difficile infection, CDI） 是美国最常见的医院获得性感染之一，每年导致大量患者住院甚至死亡。CDI 不仅对患者健康构成威胁，还带来了巨大的经济负担。艰难梭菌的感染性部分归因于其对多种抗生素的固有耐药性，尤其是β-内酰胺类抗生素（如头孢菌素）。尽管头孢菌素是临床上最常用的抗生素之一，但它们的使用却可能增加患者感染艰难梭菌的风险。 β-内酰胺类抗生素通过抑制细菌细胞壁合成来发挥作用，主要靶点是青霉素结合蛋白（Penicillin-binding proteins, PBPs）。然而，细菌可以通过多种机制逃避β-内酰胺类抗生素的作用，例如产生β-内酰胺酶（β-lactam...