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00 高通量測序技術助力解讀新型冠狀病毒
武漢新型冠狀病毒感染的肺炎病例仍在蔓延……
2020年1月10日，中國科學院上海巴斯德研究所郝沛研究員、軍事醫學研究院國家應急防控藥物工程技術研究中心鍾武研究員和中科院分子植物卓越中心合成生物學重點實驗室李軒研究員合作，在《中國科學：生命科學》英文版（SCIENCE CHINA Life Sciences）發表論文，首次揭示新型冠狀病毒進化來源，以及其傳播依賴的可能蛋白。
藉助高通量測序技術，這項最新研究顯示，目前已知的6個新型冠狀病毒基因組序列幾乎完全一致，並且從基因序列同源性上來說，新型冠狀病毒更接近SARS- CoV，而不是MERS- CoV（中東呼吸綜合徵）。新型冠狀病毒目前可以歸到Beta型冠狀病毒屬中，該種屬在演化樹上來說，與SARS-CoV和MERS-CoV接近，但不完全一樣。
新型冠狀病毒、SARS-CoV的病毒外類群都為蝙蝠中的冠狀病毒HKU9-1，而許多與冠狀病毒有聯繫的人類感染冠狀病毒都和蝙蝠有關，許多冠狀病毒的天然宿主都是蝙蝠。該研究指出蝙蝠很有可能就是武漢新型冠狀病毒的原生宿主，經過演化變異，完成了蝙蝠-人的傳播。不過，從蝙蝠到人可能還存在更多的中間宿主。
2020年1月12日，世界衛生組織正式將造成武漢肺炎疫情的新型冠狀病毒命名為2019 新型冠狀病毒( 2019-nCoV )，並於同日發布了針對疑似新型冠狀病毒感染造成嚴重急性呼吸道感染的臨床管理臨時指導意見。
截至1月21日24時，國家衛健委收到國內13個省（區、市）累計報告新型冠狀病毒感染的肺炎確診病例440例。報告死亡病例累計9例，新增3例，全部為湖北病例。報告新增冠狀病毒感染的肺炎確診病例149例，收到日本通報確診病例1例，泰國通報確診病例3例，韓國通報確診病例1例。目前，追蹤到的密切接觸者2197人，已解除醫學觀察765人，尚有1394人正在接受醫學觀察。
01 空前規模全外顯子組測序揭秘2型糖尿病遺傳學細節
Jason Flannick,et al.Exome sequencing of 20,791 cases of type 2 diabetes and 24,440 controls.Nature (2019) .
2型糖尿病（T2DM）是以進行性胰島β細胞功能障礙和胰島素抵抗為特徵，由遺傳和環境因素共同引發的疾病，其中遺傳因素在T2DM發病中起重要作用。尋找疾病易感基因一直是糖尿病分子遺傳學領域的研究熱點，但相應遺傳變異的具體分布和功能至今撲朔迷離。
Nature發表的一篇文章中，全球百餘名遺傳學研究人員對約4.5萬例T2DM-正常人群體進行了全外顯子組測序分析，結合全基因組關聯分析（GWAS），大數據顯示大量可影響疾病風險的外顯子遺傳變異，從而成功將DNA改變與T2DM聯繫了起來。
研究人員收集並分析了來自5個不同種族（西班牙裔、歐裔、非裔美國、東亞及南亞人群）的20791例T2DM患者和24440例對照組的外顯子測序數據，完成了史上最大型的T2DM全外顯子組測序。他們發現有7個基因上的15個位點達到了全外顯子組差異效應的閾值，其中包括兩個未被過往GWAS發現報導的T2DM的關聯變異
:SFI1(rs145181683,Arg724Trp)和MC4R (rs79783591, Ile269Asn)。基因變異的集中關聯分析結果顯示，MC4R、PAM、SLC30A8和UBE2NL與T2DM顯著相關，其中UBE2NL為新發現的T2DM相關基因。
同時，研究人員通過測序結果與文獻的對比分析，發現全外顯子組測序還可以預測基因失活與T2DM風險的關係。
研究人員將全外顯子組測序結果進一步與相同研究對象的GWAS結果對比，發現全外顯子組測序結果中有8個具有顯著意義的非同義突變位點同時也出現在GWAS分析結果中。而T2DM遺傳度解析發現，由全外顯子測序發現的T2D罕見變異信號可解釋25%的T2DM的遺傳度，遠超GWAS的1.96%解析度。
全外顯子測序對2型糖尿病基因突變的檢測分析具有重要意義，是較為簡便、高效的篩選複雜疾病易感基因的方法，可與GWAS互補，對2型糖尿病的遺傳診斷和治療具有重要意義。
02 RNA測序助力發現罕見基因變異
Genetic regulatory variation in populations informs transcriptome analysis in rare disease
2019年10月，來自紐約基因組中心、哥倫比亞大學等機構的研究團隊在Science發表了RNA測序應用的最新研究成果，發現RNA測序數據有助於發現罕見的基因變異，同時，研究團隊開發了一種新的方法，能夠通過分析兩個等位基因的表達失衡來診斷罕見疾病。
該研究團隊展示了將新方法應用於70位孟德爾肌肉疾病患者的RNA-seq數據，不僅幫助確定了病例中確切的致病基因變異，並確診了數個潛在的新病例。
研究團隊對攜帶多種特定罕見基因變異的群體都進行了分析檢測，觀察親本拷貝之間有多少基因變異是基因組可以承受的。基於ANEVA在基因型組織表達（GTEX）數據中的應用結果，該方法具有較強的魯棒性，且與基因的選擇性約束相關。利用從GTEx數據中得到的參考數據，表明ANEVA-DOT可以被納入罕見疾病診斷策略中，以更有效地使用RNA-測序數據。
同時，該研究方法也存在一定局限性，仍需要改進。目前該方法僅被證明適用於肌肉疾病，肌肉恰好是GTEx採取的樣本組織，這種方法能否用於非GTEx的採樣組織還不確定，在其他疾病類型的適用性也是個未知數。此外，這種方法只適用於高表達基因的子集，其中大約一半的基因在特定的細胞中表達。
03 全球最大三陰性乳腺癌多組學精細圖譜
Yi-Zhou Jiang, Ding Ma, Chen Suo, ..., Leming Shi, Wei Huang, Zhi-Ming Shao. Genomic and Transcriptomic Landscape of Triple-Negative Breast Cancers: Subtypes and Treatment Strategies
由復旦大學附屬腫瘤醫院等四支專家團隊歷時五年聯合攻關，繪製出全球最大的三陰性乳腺癌隊列多組學圖譜，並提出「三陰性乳腺癌分子分型基礎上的精準治療策略」。該研究發表在Cancer Cell雜誌上。
三陰性乳腺癌之所以稱為『三陰』，正是因為這種乳腺癌的亞型雌激素受體、孕激素受體和HER-2三個主要治療靶點均為陰性。此前的研究發現，基底樣型TNBC高表達細胞周期和DNA損失相關基因，對順鉑敏感；間葉細胞型和間充質幹細胞型的TNBC上皮間質轉化（EMT）活躍，表現出對PI3K/mTOR通路抑制劑和達沙替尼（dasatinib）敏感；雄激素受體型的TNBC存在雄激素受體（AR）信號通路和PI3K通路的活化，表現出對AR抑制劑和PIK3CA抑制劑敏感；免疫調節型大多存在腫瘤相關淋巴細胞浸潤（TIL）和免疫相關分子的表達，可能對免疫治療，如PD-1/PD-L1抑制劑、腫瘤疫苗等表現出更為敏感的特性。
進一步探索發現，預後差的三陰性乳腺癌，可以採用靶向治療聯合化療的策略，以改善治療效果。
基於這一研究思路，藉助測序技術，研究團隊對465例三陰性乳腺癌標本展開研究，通過大量數據的比對分析，根據這些亞型表面蛋白的不同特徵，他們將三陰性乳腺癌分類，並命名為4個不同的亞型：免疫調節型、腔面雄激素受體型、基底樣免疫抑制型、間質型。並繪製出三陰性乳腺癌的基因圖譜。這是國際上首次基於多維組學大數據系統提出的三陰性乳腺癌分類標準。
04 基因組學揭秘高危白血病治療新方案
Genomic subtyping and therapeutic targeting of acute erythroleukemia
在過去十年間，關於急性髓性細胞白血病（AML）的診斷治療已經有了長足的發展，許多與其相關的關鍵標誌物被鑑定出來，然而包括急性紅白血病（AEL）在內的幾種AML亞型的相關研究依舊進展遲緩。3月29日，Nature genitics上發表的文章中，來自美國聖猶達兒童研究醫院的研究人員通過基因組分析，為AEL的診斷與靶向治療帶來了新機遇。
AEL是一種高風險的白血病亞型，主要表現為紅白兩系細胞的惡性增生，多發於成人且生存率僅為10%，但是目前關於AEL的遺傳基礎了解尚淺，圍繞其的診斷方式也一直存在爭議。
本研究完成了迄今為止關於AEL最為全面的基因組分析，並將其分成了6個與年齡相關的亞組，這些亞組具有不同的基因突變及表達模式並且針對不同的亞組，治療方案的結果也各不相同。
基因組分析結果顯示，45%的AEL患者存在驅動細胞失控生長有關的信號通路突變，包括與各類酪氨酸激酶信號分子有關的突變。除此之外，研究人員還開發了一種NTRK1和TP53突變的高滲透性紅細胞白血病小鼠模型，其對Latrrectinib（口服選擇性NTRK1抑制劑）高度敏感，這證實了開發與這些信號通路相關的選擇性抑制劑，將會是治療相對於亞型的AEL的有效手段。
05微量測序+低成本高效檢測侵襲性腫瘤的新技術
Xiaolu Zhang, Silvano Garnerone, et al. CUTseq is a versatile method for preparing multiplexed DNA sequencing libraries from low-input samples. Nature Communications volume 10, Article number: 4732 (2019)
近十年來，隨著二代測序(NGS)技術在檢測診斷和實驗室研究中的廣泛應用，文庫製備方法不斷被優化，單樣本測序成本也隨之下降。然而，同時對多個樣本進行高通量測序的成本依舊較高。尤其在腫瘤檢測中，需對同一病人的活體採樣進行多區域多位點的並行檢測，高成本低效率則成為當前對癌症患者進行測序檢測的一大難題。
對此，瑞典卡羅林斯卡研究所 (Karolinska Institutet)的研究人員在Nature Communications上發表了最新研究成果，他們開發出一種新型的廉價檢測腫瘤技術，該技術可以基於微量組織樣本進行檢測，並且能夠識別出具有高度異質性和較強侵襲性的腫瘤樣本。
這將有助於癌症患者儘早發現腫瘤，並接受積極準備的治療診斷，這項基於高效微量的基因檢測技術將對癌症診斷等多個領域也具有劃時代意義。
06全新脂質組學構象圖譜助力脂質組學研究
James N. Dodds,John A. McLean .Ion mobility conformational lipid atlas for high confidence lipidomics
基因組學通常是在核酸水平去了解核酸遺傳信息與正常生理活動和疾病的關係，而根據中心法則，生命活動的主要承擔者是蛋白質，在生化反應過程中，還存在蛋白質的翻譯後修飾等一系列無法通過簡單核酸測序解決的問題，因此延伸出了蛋白質組學。
通過蛋白質組學，研究人員發現，還有許多小分子物質參與整個生命活動的調控，進而又延伸出了代謝組學。Nature communications發表的一項研究中，來自Vanderbilt大學的研究者們利用高精度離子淌度-質譜法（IM/MS）編譯彙編了鞘脂和甘油磷脂的456個質量分辨碰撞截面（CCS）結構資料庫。
該研究中分析的CCS值和先前未映射的定量結構將有助於在未來的脂質組學研究中預測新的CCS和協助脂質分子的鑑別。這一構象脂質圖譜代表了迄今為止最精確和最全面的脂質結構分析。
07基於八大基因組學資料庫，構建迄今最完整的癌症eRNA圖譜
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12543-5
美國德克薩斯大學休斯敦健康研究中心的韓冷教授研究團隊聯合李文博教授研究團隊在Nature Communications發表了迄今最完整的癌症eRNA圖譜，並揭示了eRNA在癌症治療中的潛在臨床應用，證明許多eRNAs具有強烈的癌症類型特異性表達模式，eRNAs或可作為癌症治療中強有力的診斷或預後標誌物。
研究團隊整合了來自TCGA和CCLE的癌症病人和癌細胞系的組學數據，跨越31種癌症類型，成功構建了迄今最全面的癌症eRNA圖譜，描述了eRNA的癌症特異性表達和癌症種系特異性表達特徵，揭示了eRNA在不同癌症類型臨床治療中的應用前景。
分析發現，eRNA數量與測序深度無關，並且eRNAs的組織特異性模式是穩健的。同時，研究團隊還整合了來自ENCODE、FANTOM、表觀基因組學路線圖項目和4D細胞核組學項目的多組學數據。
綜合分析表明，eRNA的特異性表達與轉錄因子特異性調控密切相關，至少在一種癌症類型中，典型癌信號通路中80%以上的基因與特定的eRNAs高度相關。
eRNA可對其靶基因（包括臨床可操作基因和免疫檢查點）進行初步調控，參與多種癌症信號通路，揭示了eRNA在調控致癌信號通路的重要作用，以及在癌症臨床治療基因調控中的關鍵作用。
08新型單細胞測序方法可有效追蹤癌症免疫細胞
High-throughput targeted long-read single cell sequencing reveals the clonal and transcriptional landscape of lymphocytes.
7月16日，發表在Nature Communications上的一篇文章中，澳大利亞加文醫學研究所的科學家開發了一種新的單細胞測序方法RAGE-Seq（Repertoire and Gene Expression by Sequencing），該方法兼備高通量、靶向、長讀長和單細胞測序特徵，能夠高準確度和靈敏度的識別全長抗原受體序列，追蹤與癌症免疫反應相關的免疫細胞。
加文醫學研究所的科學家將來自Oxford Nanopore Technologies、10X Genomics、Illumina和CaptureSeq的靶向捕獲富集、長讀長測序、短讀長轉錄組分析和單細胞測序等技術結合，開發出RAGE-Seq方法。
該方法能追蹤大量淋巴細胞克隆進化的有效方法，適用於免疫、自身免疫和癌症研究。研究團隊開發的通用實驗工作流程和計算流程，可以將單細胞基因表達與全長mRNA轉錄組的靶向表征相結合。
研究結果顯示，RAGE-Seq在Illumina和Nanopore測序平台上的檢測能力非常強，並且對永生化（immortalized）和原代人B細胞和T細胞全長BCR和TCR序列具有高度敏感性和準確性。與其他免疫分析方法相比，RANG-Seq具有更高的通量和更低的成本。
09 新型單細胞測序技術高效實現mRNA與染色質可及性並行分析
https://doi.org/10.1038/s41587-019-0290-0
目前的單細胞測序技術，基本上都是在不同細胞中分開進行RNA測序或是染色質可及性測序，並通過統計學方法進行計算整合，進而實現對以上組學信息的整合分析。
而這種分析方法牽涉到一系列假設，準確性難以保證，在實際應用中仍然困難重重。為了對同一細胞內mRNA和染色質可及性兩層組學信息進行聯合分析，使轉錄調控與其產物的信息直接匹配，從而更精確、更全面地描述單細胞的類型以及分子狀態，10月14日，由美國加州大學聖地亞哥分校張鵾教授領導的研究團隊利用微液滴平台，突破性地開發了一種名為「SNARE-seq」的新型單細胞測序技術，可以對單個細胞或細胞核中的轉錄組和染色質可及性進行聯合測序。這一突破性成果發表在Nature Biotechnology 上。
SNARE-seq是繼sci-CAR以後第二個高通量單細胞二維測序方法。SNARE-seq產生的數據質量更高，可通過對轉錄調節單位的輸入和輸出進行分析來揭示組織表征的複雜性，具有高靈敏度、高特異性、高解析度、提高測定通量、易於推廣等全面、獨特的測序優勢，這對於創建人體各個器官的單細胞圖譜和開展臨床疾病研究意義非凡。
10 RNA+DNA同時測序，檢測癌症組織中的基因融合和鹼基突變！
http://clinchem.aaccjnls.org/content/early/2019/11/14/clinchem.2019.308833.long
靶向二代測序是一種能夠綜合鑑定癌症生物標誌的方法，根據不同的變化情況，起始的檢測材料可為DNA或 RNA，但分別進行兩次檢測會增加工作負擔且常常不可實現，進而延誤或完全沒有檢測到關鍵變異事件，特別是那些有效的可靶向治療的融合事件。故單次檢測中通過精簡的程序即可同時分析兩種模板（DNA和RNA）是實際工作中的迫切需求。
前不久，由浙江省腫瘤醫院牽頭，恆特基因等國內多家單位共同合作完成的一項研究發表在醫學實驗技術領域核心期刊Clinical Chemistry上，題目為「Simultaneous Detection of Gene Fusions and Base Mutations in Cancer Tissue Biopsies by Sequencing Dual Nucleic Acid Templates in Unified Reaction」。作者們報導了一種整合的NGS檢測方法，能夠檢測報告出從組織樣本中提取的總核酸（TNA）中的多種變異類型，並極大地簡化了變異檢測流程。
該研究代表了一種努力方向，即開發一種具有廣泛包容性的檢測方法，可同時測定核心的可治療靶點及罕見但有效的融合變異事件，並能夠對很大一部分肺癌（及其他）患者的治療產生潛在影響。這一方法不僅有益於大部分的攜帶核心可治療靶標的患者，也給那些攜帶有罕見變異的患者帶來獲益。未來，研究人員將進一步擴展這一分析方法，使其能夠檢測靶基因的RNA表達和DNA拷貝數特徵如PD-L1，為免疫檢查點抑制劑的治療提供額外的生物標誌物信息。