「拜谱聚焦」独家视角解析,一文了解10月各大期刊关于多组学研究相关进展

「拜谱聚焦」

10月多组学研究进展

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 导 读 

随着组学新技术的快速发展,疾病生物标志物的发现与应用、细胞类型与功能研究、个性化医学与精准医疗等成为了组学研究的重要方向,而整合多组学数据分析也成为了科学家们探索生命机制的新途径。作为一家具有超过15年多组学经验的领军企业,拜谱生物致力于聚焦行业、聚焦领域和聚焦热点,为大家带来每月一期的拜谱聚焦栏目!在此,小编整理了10月多组学研究部分重要进展。(欢迎补充)




本期文章目录


01

Naure  | 三篇连发,最新血浆蛋白质组学图谱

02

Nat Methods | 空间单细胞质谱法定义肝细胞蛋白质组的分区

03

Cell | 蛋白质组学结合人工智能预测眼睛年龄的“时钟”

04

Cell Metab | 微生物群-肠-脑轴驱动暴饮暴食行为

05

Cell Metab | 多组学揭秘高果糖饮食促进肝癌进展的机制

06

Nature | 天然IgM抗体介导利什曼原虫的遗传交换

07

Nat Metab | 挨冻经历让脂肪生成棕色脂肪细胞亚群驱动生热记忆

08

Nature | 单细胞转录组破解灵长类脊髓衰老驱动力

09

Science | 利用单细胞转录组绘制猕猴新皮层区域特化的发育图谱

10

Nature | 通过全球宏基因组学挖掘隐藏的功能性“暗物质”


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01

Naure  | 三篇连发,最新血浆蛋白质组学图谱

2023年10月4日,Nature杂志上发布了三篇重磅文章集中报道了全球最大血浆蛋白质组项目(UK Biobank Pharma Proteomics Project, UKB-PPP)的首批成果,揭开了大规模血浆蛋白质组在精准医学领域广泛应用的新篇章。第一篇报道了关于常见遗传变异对血液中循环蛋白质的影响,揭示了对流行疾病的生物学见解,并为科学界提供了一个可开放获取的大人群蛋白质组学资源。第二篇研究团队通过分析49,736名UKB参与者的外显子组测序数据和2,923种蛋白质的血浆水平,评估了罕见变异在血浆蛋白丰度中的潜在作用。第三篇研究结果表明,Olink和SomaScan两个平台检测到的蛋白质数量相差不大,且大部分蛋白质都有cis pQTL存在。通过全基因组测序数据,研究人员发现了与罕见变异相关的蛋白质水平在两个平台上的差异,这表现在两个平台对蛋白改变变异(PAV)引起的表位效应同样敏感。三项研究梳理了影响血液中蛋白质特征的常见和罕见遗传变异,同时探索了血浆蛋白质组、遗传学和疾病之间的相互作用

文献1:Benjamin BS, Joshua C, Matthew T, et al. Plasma proteomic associations with genetics and health in the UK Biobank. Nature. doi.org/10.1038/s41586-023-06592-6.

文献2 Ryan SD, Oliver SB, Benjamin BS, et al. Rare variant associations with plasma protein levels in the UK Biobank. Nature. doi.org/10.1038/s41586-023-06547-x.

文献3Grimur HE, Egil F, Sigrun HL, et al. Large-scale plasma proteomics comparisons through genetics and disease associations. Nature. doi.org/ 10.1038/s41586-023-06563-x.



02

Nat Methods | 空间单细胞质谱法定义肝细胞蛋白质组的分区

 2023年10月2日,丹麦哥本哈根大学Matthias Mann团队在Nature Methods杂志发表了题为“Spatial single-cell mass spectrometry defines zonation of the hepatocyte proteome”的论文。研究团队通过结合单细胞质谱分析、高分辨率成像和激光显微切割等技术开发出一种全新的空间分辨的单细胞蛋白质组学方法(scDVP),scDVP解析小鼠肝细胞切片中深度为1700个蛋白质的相关空间蛋白质组。一半的蛋白质组以空间方式受到差异调节,蛋白质水平在中央静脉附近发生显著变化。研究团队进一步将机器学习应用于蛋白质组类别和图像,随后从成像数据推断空间蛋白质组。该研究适用于健康和患病组织,并补充其他空间蛋白质组学和空间组学技术

文献:Florian AR, Marvin T, Maximilian TS, et al. Spatial single-cell mass spectrometry defines zonation of the hepatocyte proteome. Nat Methods. doi.org/ 10.1038/s41592-023-02007-6.



03

Cell | 蛋白质组学结合人工智能预测眼睛年龄的“时钟”

 2023年10月19日,斯坦福大学Vinit Mahajan教授团队在Cell杂志上发表了名为“Liquid-biopsy proteomics combined with AI identifies cellular drivers of eye aging and disease in vivo”的文章。研究团队通过分析手术期间常规去除的微小眼液滴开发了一种新型检测方法—TEMPO。该方法将微量液体活检蛋白质组学、单细胞转录组学和AI相结合,生成了一个“蛋白质组学时钟”,从而根据眼睛的蛋白质谱来预测人的年龄和疾病。该时钟显示,糖尿病视网膜病变和葡萄膜炎等疾病会导致特定细胞类型加速衰老。研究团队对患者的房水(AH)或玻璃体(VH)的120份液体活检中的蛋白质进行了表征,一共鉴定出5953种蛋白质,由此绘制了眼睛内不同类型细胞的蛋白质生成图谱。令人惊讶的是,研究团队还在眼液中检测到了与帕金森病有关的蛋白,这可能为更早诊断帕金森病提供了一条途径

文献:Julian W, Ditte KR, Young JS, et al. Liquid-biopsy proteomics combined with AI identifies cellular drivers of eye aging and disease in vivo. Cell. doi.org/10.1016/j.cell.2023.09.012.



04

Cell Metab | 微生物群-肠-脑轴驱动暴饮暴食行为

  2023年10月3日,中国科学技术大学生命科学与医学部熊伟教授团队在Cell Metabolism杂志上发表了题为“Microbiota-gut-brain axis drives overeating disorders”的文章。研究人员通过代谢组学分析发现在过度进食障碍(ODs)小鼠的肠道众多代谢物中,犬尿酸(KYNA)水平显著降低。补充肠道KYNA可以抑制Vagus-NTS-PVT 环路的过度激活,从而缓解ODs小鼠过度进食症状。进一步研究发现,过度活跃的PVT谷氨酸能神经元驱动ODs的暴食行为,微生物-肠道-迷走神经-NTS-PVT通路轴控制食物偏好。综上所述,该研究通过对微生物检测、外周-中枢神经环路鉴定及肠道代谢物分析的多方位探究,阐明了介导过度进食障碍的微生物-肠-脑轴机制,提示肠道微生物与中枢神经乃至行为之间相辅相成的重要关系,并为过度进食障碍相关疾病提供了潜在的治疗方向与策略。 

文献:Fan SJ, Guo WW, Xiao D, et al. Microbiota-gut-brain axis drives overeating disorders. Cell Metab. doi.org/10.1016/j.cmet.2023.09.005.



05

Cell Metab | 多组学揭秘高果糖饮食促进肝癌进展的机制

 2023年10月4日,重庆医科大学黄爱龙教授团队在Cell Metabolism期刊发表了题为“High dietary fructose promotes hepatocellular carcinoma progression by enhancing O-GlcNAcylation via microbiota-derived acetate”的文章。研究人员通过代谢组学分析发现,高果糖诱导小鼠肝癌组织中O-GlcNAc修饰的供体底物—尿苷二磷酸-N-乙酰基葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)水平显著升高。体内实验证实,O-GlcNAc修饰在高果糖介导的肝癌进展中发挥促进作用。进一步解析高果糖饮食促进O-GlcNAc修饰的机制,该团队发现肠道果糖的衍生物乙酸盐上调肝癌细胞内谷氨酰胺合成代谢和UTP水平,增强肝癌细胞和小鼠肝癌组织的O-GlcNAc糖基化。最后,通过定量的O-GlcNAcylomic修饰组学发现高果糖摄入诱导eEF1A1蛋白T279位、CAPNS1蛋白S88位的O-GlcNAc修饰并促进了肝癌细胞增殖。该团队证实高果糖在小鼠模型中能促进肝癌进展,为合理使用添加糖、防治代谢性疾病发生发展提供了重要的理论依据和新思路

文献:Peng Z, Chang WY, Gong DA, et al. High dietary fructose promotes hepatocellular carcinoma progression by enhancing O-GlcNAcylation via microbiota-derived acetate. Cell Metab. doi.org/10.1016/j.cmet.2023.09.009.



06

Nature | 天然IgM抗体介导利什曼原虫的遗传交换

2023年10月25日,美国国立卫生研究院Jesus G. Valenzuela等研究人员在Nature上发表题为“Leishmania genetic exchange is mediated by IgM natural antibodies”的文章。研究人员证明了天然IgM(IgMn)抗体通过诱导瞬时形成球形寄生虫团块,促进寄生虫融合和杂交形成,从而介导寄生虫基因交换。通过转录组和蛋白组等多组学分析,研究人员证实来自无利什曼病动物的IgMn与利什曼寄生虫表面结合,诱导寄生虫转录本和蛋白质的表达发生显著变化。体外和体内IgM诱导的利什曼原虫杂交都产生了全基因组杂交种,这些杂交种显示出相同的双亲贡献模式。体外和体内IgM诱导的利什曼原虫杂交都产生了全基因组杂交种,这些杂交种显示出相同的双亲贡献模式

文献:Tiago DS, Eva I, Ana BF, et al. Leishmania genetic exchange is mediated by IgM natural antibodies. Nature. doi.org /10.1038/s41586-023-06655-8.




07

Nat Metab | 挨冻经历让脂肪生成棕色脂肪细胞亚群驱动生热记忆

 2023年10月2日,美国宾夕法尼亚大学的Christoph A. Thaiss团队在Nature Metabolism杂志发表了题为“A subpopulation of lipogenic brown adipocytes drives thermogenic memory“的文章。研究人员通过单细胞转录组、空间组学和非靶向脂质组学等多组学分析方法,发现短暂的寒冷暴露可导致棕色脂肪组织持续转录和代谢适应,初次产热反应即使在寒冷停止后仍会触发脂质生物合成程序的延迟诱导,进而增强二次冷暴露时的二次产热反应,脂质代谢物在恢复热中性后的几天到几周时间内急剧升高,其中,长链酰基肉碱在数天内持续上调,并在恢复热中性后32天回到基线水平,研究人员证实棕色脂肪具有储存产热记忆的功能,并且棕色脂肪的产热记忆最少可以储存16天。在机制上,研究人员发现初次产热反应带来的代谢效益由A5成脂细胞亚群驱动,这种成脂程序与酰基肉碱的产生有关,补充酰基肉碱能够增强二次产热反应

文献:Patrick L, Prateek VS, Lenka D, et al. A subpopulation of lipogenic brown adipocytes drives thermogenic memory. Nat Metab. doi.org/ 10.1038/s42255-023-00893-w.



08

Nature | 单细胞转录组破解灵长类脊髓衰老驱动力

2023年10月31日,中国科学院刘光慧,张维绮和曲静课题组合作在Nature杂志上发表了一篇题为“CHIT1-positive microglia drive motor neuron aging in the primate spinal cord“的研究论文。该研究历时7年,通过综合运用单细胞核转录组、神经组织学、神经电生理等技术手段,发现一群全新的在年老的灵长类动物的脊髓中特异存在的CHIT1阳性小胶质细胞亚型,并将其命名为AIMoN-CPM,这类细胞可以通过旁分泌CHIT1蛋白激活运动神经元中的SMAD信号,进而驱动运动神经元衰老,而补充维生素C可抑制脊髓运动神经元的衰老和退行。AIMoN-CPM和CHIT1的发现,为理解脊髓衰老及老年群体多种慢病共存开辟了新的科学疆域,以AIMoN-CPM和CHIT1为靶标,或可为延缓人类脊髓衰老、实现老年共病的积极防控带来新的希望

文献:Sun SH, Li JM, Wang S, et al. CHIT1-positive microglia drive motor neuron aging in the primate spinal cord. Nature. doi.org/10.1038/s41586-023-06783-1.




09

Science | 利用单细胞转录组绘制猕猴新皮层区域特化的发育图谱

2023年10月13日,美国耶鲁大学医学院的Nenad Sestan团队在Science杂志发表了题为“Molecular programs of regional specification and neural stem cell fate progression in macaque telencephalon”的文章。研究者应用了单细胞转录组分析了超过76万个来自恒河猴多个端脑脑区的细胞(前额叶、运动和感觉皮层、颞叶、视觉皮层以及神经节隆起等),横跨了胚胎发育早期区域模式形成(patterning)到神经发生和胶质细胞发生的阶段(从胚胎期第37天到110天)。研究人员鉴定了端脑发育的多个PC,以及神经干细胞、Cajal Retzius细胞,兴奋性和抑制性神经元、胶质细胞等的发育轨迹等,提供了一个十分详尽的猕猴端脑发育和区域特化的细胞分子图谱,对于研究人类大脑发育、进化和疾病提供了非常宝贵的资源

文献:Nicola M, Ma SJ, Li MF, et al. Molecular programs of regional specification and neural stem cell fate progression in macaque telencephalon. Science. doi.org/ 10.1126/science.adf3786.




10

Nature | 通过全球宏基因组学挖掘隐藏的功能性“暗物质”

2023年10月11日,美国能源部联合基因组研究所的Georgios A. Pavlopoulos等人在Nature杂志发表了一篇题为“Unraveling the functional dark matter through global metagenomics”的论文。研究人员提出了一种可扩展的计算方法,用于识别和表征在宏基因组中发现的功能暗物质。首先,该研究从宏基因组数据集中识别了新蛋白空间,去除了与IMG数据库中超过10万个参考基因组或Pfam的所有基因匹配的基因,识别出11.7亿个长度超过35个氨基酸的蛋白质序列。研究人员利用基于大规模并行图的聚类方法,进一步将这些蛋白质归入了106,198个成员超过100个的新序列群,使已知的蛋白家族数量翻倍。研究人员根据这些蛋白质家族的分类学、栖息地、地理分布和基因邻近分布对其进行了注释,并在有足够序列多样性的情况下预测了蛋白质的三维模型,揭示了新的结构。总之,该研究揭示了一个极其多样化的功能空间,突出了进一步探索微生物功能暗物质的重要性

文献:Georgios AP, Fotis AB, Liu SR, et al. Unraveling the functional dark matter through global metagenomics. Nature. doi.org/ 10.1038/s41586-023-06583-7.


拜谱小结

作为一个热点普及类栏目,我们将始终关注多组学研究领域的重要进展,让大家时刻了解最新的科学动态。在这个栏目中,我们将分享最前沿的研究成果和技术突破,助力广大读者了解和应用多组学技术,共同推动生命科学的发展。让我们一起探索多组学的潜力,揭开生命的奥秘!



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