单细胞基因表达适应性进化揭示肿瘤亚克隆的非基因组贡献 学术背景 癌症是一种复杂的疾病，其进展是由细胞的进化驱动的，这些细胞通过获得生长优势的适应性而被选择。传统上，癌症进化的研究主要集中在基因突变上，认为突变是驱动肿瘤进化的主要因素。然而，越来越多的证据表明，非遗传因素，如表观遗传改变和基因表达的变化，也在癌症进化中起着重要作用。基因表达的适应性变化可能直接影响细胞功能，揭示这些变化有助于理解肿瘤进化中的选择性压力，并为设计更有效的治疗方案提供依据。然而，由于技术限制，尤其是基于批量测序的研究难以区分细胞水平的表达变化和细胞群体组成的变化，单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）为研究基因表达的进化提供了新的机会。 本文的研究团队通过构建...
多模态学习揭示基因型-表型动态关系 背景介绍 基因型与表型之间的复杂关系一直是生物学领域的核心问题之一。基因型（genotype）指生物体的遗传信息，而表型（phenotype）则是这些遗传信息在特定环境下的表现。尽管早在1909年，Wilhelm Johannsen就提出了这两个术语，并试图量化它们之间的关系，但一个多世纪以来，我们仍然无法精确地描述基因型如何通过复杂的基因表达模式塑造表型。近年来，单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）等技术的发展使得我们能够在细胞分辨率下观察基因表达的复杂动态，然而这些技术仍然无法全面映射基因型组合如何导致表型的产生。 当前的研究方法，如正向遗传学（forward genetics）和反向遗传学（r...
单细胞分辨率下的基因空间映射：基因信号模式分析（GSPA）研究 学术背景 单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术近年来在生物学研究中取得了重大进展，尤其是在揭示细胞状态空间（cellular state space）的组织结构方面。然而，尽管已有许多计算方法用于映射细胞状态空间，但关于基因空间（gene space）的映射或嵌入（embedding）的研究却相对较少。基因表达是高度组织的，基因之间通过复杂的生物过程和通路协同工作。然而，由于生物和技术噪声（如基因丢失“dropout”现象），准确量化基因间的相似性仍然具有挑战性。为此，本文提出了一种基于图信号处理（graph signal processing, GSP）的新方法——...
基于Genotype Representation Graph (GRG)的研究：提升生物数据分析效率的新框架 学术背景与研究动机 随着测序技术的迅速进步，大规模基因组数据的收集变得愈发普遍，尤其是在人类疾病关联研究领域，基因组数据的分析需求日益增长。2023年底，英国生物银行（UK Biobank）在其云计算平台上发布了约50万份全基因组数据，其中已有20万份完成相位（phased）处理。这类庞大的数据集为科研提供了前所未有的机会，但也带来了新的难题：如何高效地编码和分析如此巨大的基因组数据？传统的二维表格化数据结构（如VCF文件格式）在储存和计算效率方面面临瓶颈，难以应对不断增长的数据需求。 在这一背景下，科学家们提出了新的数据表示和处理方法以优化压缩率和计算性能。本研究的目标是开发一种...
双靶点外显子跳跃反义寡核苷酸药物在杜氏肌营养不良症中的新进展：Brogidirsen的I/II期临床试验 背景介绍 杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）是一种致命的遗传性疾病，主要影响骨骼肌和心肌功能，导致患者早期丧失行动能力，甚至器官衰竭。截至目前，DMD尚无根治方法。其病因是由X染色体短臂（Xp21.2）的DMD基因突变引起，导致编码的抗肌萎缩蛋白（Dystrophin）缺失或异常。抗肌萎缩蛋白是维持肌细胞膜结构稳定的关键蛋白，其缺失会引发肌纤维的逐渐退化，最终导致肌肉坏死和功能衰退。 目前的DMD治疗策略中，外显子跳跃疗法（Exon-Skipping Therapy）是一种极具潜力的分子治疗方法，通过短链反义寡核苷酸（Antisense ...
膳食异硫氰酸酯化合物在α1抗胰蛋白酶缺乏症中的潜在治疗作用 背景及研究意义 α1抗胰蛋白酶缺乏症（Alpha-1 Antitrypsin Deficiency，AATD）是一种先天性单基因疾病，其主要由肝脏中α1抗胰蛋白酶（AAT）错误折叠引起。这种错误折叠会导致两种病理效应：肝脏中AAT聚合蛋白的增多导致毒性积累，肺部中AAT单体分泌减少，从而减少对中性粒细胞弹性蛋白酶（Neutrophil Elastase，NE）的抑制作用。后者直接导致肺组织的破坏并最终导致慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）。目前的标准治疗方法多采用酶替代疗法（Enzyme Replacement Therapy），然而这种治疗方法效果有限，且未能解...
靶向CD70的iPSC衍生CAR-NK细胞治疗 背景与研究目的 过去十年，采用细胞治疗的癌症治疗方式以“活性药物”的形式彻底革命了传统治疗理念。尤其是嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）的设计大幅提高了免疫疗法的疗效，为治疗之前传统方式无法治愈的血液系统恶性肿瘤提供了潜在的治愈途径。然而，CAR-T疗法仍然面临一些限制，包括靶向范围有限、生产流程耗时且昂贵，以及自身制造失败的风险。这些限制使得这一疗法难以广泛应用于需要快速干预的癌症患者群体。 针对这些问题，CD70作为一种免疫检查分子，以其在广泛的血液系统和实体瘤中的高表达，成为近年来癌症免疫疗法的重要研究目标。CD70靶向药物（例如单克隆抗体、抗体偶联药物及CD70 CAR-T细胞）在急性髓系白血病、淋巴瘤及肾癌等癌症中的应用取得了积极的疗效...
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...