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轉錄組學，即在整體水平上研究細胞中基因轉錄的情況及轉錄調控規律的學科，近年來，科學家們在轉錄組學研究領域取得了多項研究成果，本文中，小編對相關重要研究進行整理，分享給大家！
【1】Cell：基于高通量單細胞轉錄組測序小鼠全細胞圖譜發表
doi：10.1016/j.cell.2018.02.001
在國家自然科學基金項目等資助下，近日，浙江大學醫學院干細胞與再生醫學中心郭國驥教授團隊在單細胞組學技術及哺乳動物全細胞表達譜系分析研究中取得突破性進展。相關成果以“Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-seq”（利用微孔板測序技術繪制小鼠細胞圖譜）為題，于2018年2月23日在生命科學*期刊Cell（《細胞》）雜志在線發表。
長久以來，生命科學的研究主要針對群體細胞樣品進行處理、分析和統計進而獲得均值水平的實驗結果。直到近幾年單細胞組學技術的出現，才使我們能夠從單細胞的水平更加地解析每個細胞究竟在表達哪些基因，在機體分化、再生、衰老以及病變過程中這些基因的表達又發生哪些變化以及變化的幅度有多大等問題。因此，單細胞組學分析技術不僅在方法學上是繼傳統的細胞檢測、分類和鑒定技術的一次突破，而且其結果也將會對經典的細胞發生、組織分化、器官發育及功能穩態維持的分子細胞機制帶來新的理解和認識。
【2】Diabetologia：突破！科學家鑒別出2型糖尿病患者胰島組織的新型轉錄組學特性
doi：10.1007/s00125-017-4500-3
2型糖尿病在影響著超過5億人的健康，其致病原因是由于機體中胰島中的β細胞無法產生足夠的胰島素來維持機體的血糖水平。近日，一項發表在雜志Diabetologia上的研究報告中，來自德累斯頓技術大學等機構的研究人員通過研究在2型糖尿病患者的胰腺胰島中鑒別出了一類新型的失調基因簇，相關研究發現或為后期研究人員開發有效治療2型糖尿病的新型療法提供新的希望。
研究人員希望能夠通過研究尋找能夠促進胰腺β細胞再生、維護和保護的通路，并以此作為一種新方法來加速糖尿病新型療法和預防性手段的開發。首先研究人員想通過研究發現糖尿病患者機體β細胞中發生異常表達的基因，這些基因表達的改變或會引發糖尿病患者機體β細胞的能力匱乏；本文研究中，研究人員基于比較基因組表達方法，從非糖尿病和糖尿病器官捐獻者及接受胰腺外科手術患者的機體中收集到了胰島組織并且對其進行了深度分析。
【3】Nature：重大突破！利用單細胞轉錄組分析揭示成纖維細胞轉化為心肌細胞機制
doi：10.1038/nature24454
在心臟病發作后，通過逆轉瘢痕組織產生健康的心肌組織將會引發心臟學和再生醫學領域的變革。在實驗室中，科學家們已證實將心臟成纖維細胞（瘢痕組織細胞）轉化為心肌細胞是可行的，但是梳理出這是如何發生的細節并不是件容易的事情，而且將這種方法用于臨床實踐或甚至其他的基礎研究項目中一直都是難以實現的。
如今，在一項新的研究中，來自美國北卡羅來納大學的研究人員將微流體單細胞RNA測序與數學建模、遺傳方法和化學方法結合在一起，描述了從成纖維細胞到心肌細胞的細胞命運轉化期間逐步發生的分子變化。在北卡羅來納大學醫學院病理學與實驗室醫學助理教授Li Qian博士的領導下，這些研究人員不僅成功地重建了單個成纖維細胞在這個過程中選擇的路徑，而且還鑒定出在成纖維細胞轉化為心肌細胞期間發揮著重要作用的分子通路和關鍵性調節物。相關研究結果于2017年10月25日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Single-cell transcriptomics reconstructs fate conversion from fibroblast to cardiomyocyte”。
Qian實驗室開創直接心臟重編程（direct cardiac reprogramming）方法，并且在過去幾年對這種方法進行優化。作為心臟再生和疾病建模的一種有前景的方法，它涉及將心臟中的非心肌細胞直接轉化為非常類似于內源性心肌細胞的誘導性心肌細胞（induced cardiomyocytes， iCM）。就像任何重編程過程那樣，接受重編程的很多細胞并不會同時發生重編程。這意味著這是一種“異步（asynchronous）”過程。轉化在不同的時間發生。因此，在這個過程的任何階段，細胞群體總是含有未轉化的細胞、部分重編程細胞和*重編程細胞。換言之，細胞重編程是“異質的（heterogeneous）”，這就使得很難利用傳統方法開展分析。
【4】Science：新突破！在單細胞轉錄組分辨率下重建虛擬果蠅胚胎
doi：10.1126/science.aan3235
在經過13次快速的細胞分裂之后，一個受精的果蠅卵子產生大約6000個細胞。它們在顯微鏡下看起來都一樣。然而，在那時，果蠅胚胎中的每個細胞已知道它是變成神經元還是肌肉細胞，或者變成腸道、頭部或尾部的一部分。
如今，在一項新的研究中，來自德國馬克斯-德爾布呂克分子醫學中心（Max Delbrück Center for Molecular Medicine， MDC）柏林醫學系統生物學研究所（Berlin Institute of Medical Systems Biology， BIMSB）的Nikolaus Rajewsky團隊和Robert Zinzen團隊分析了上千個果蠅細胞的*基因表達譜，并且利用一種新的空間映射算法，基于這些數據，重新組裝出果蠅胚胎。結果就是獲得一種虛擬的果蠅胚胎，該胚胎能夠地展現出哪些基因在哪個時間點上是有活性的。BIMSB神經組織分化系統生物學實驗室主任Robert Zinzen說，“這基本上是早期胚胎的轉錄組藍圖。”
【5】Nature：RNA 修飾研究有助表觀轉錄組學進一步發展
doi：10.1038/542503a
2004 年，以色列特拉維夫大學（ Aviv University in Israel）的腫瘤學家 Gideon Rechavi 等人將當時能夠找到的所有人類基因組 DNA 序列與對應的 mRNA 進行了比對。他們希望找到 mRNA 序列里的腺嘌呤（adenosine， A）轉換成次黃嘌呤（inosine， I）的信號。這種 A 到 I 的轉換會改變蛋白質的編碼序列，對于我們人類而言，這是保證天然免疫系統正常功能的關鍵因素。據 Rechavi 回憶，這項工作聽起來簡單，但實際上非常復雜。好多個研究小組都曾作出嘗試，但結果都以失敗告終。這主要是因為當時的測序技術還不太發達，會產生很多錯誤的測序結果，比如單堿基突變結果，進而帶來了很大的數據噪聲。但是 Rechavi 等人使用了新的生物信息學工具，所以成功地在轉錄組中發現了數千個 A—I 轉換位點，而一個細胞，或者物種的所有 mRNA 其實也就這么多。后續的研究又陸續將這些 A—I 轉換位點的數量增加到了數百萬個。
發現次黃嘌呤轉換算得上是一種特例，因為科研人員只需將 DNA 序列與 RNA 序列進行比對，就能夠輕易地發現這些位點。但是在 mRNA 的序列里，至少有 1/4 的核酸（A、C、G、U）是攜帶有化學修飾物的（我們將 DNA 序列里的這種修飾稱作表觀遺傳學修飾），只不過現有的測序手段無法發現這些修飾物。科研人員也不知道這些修飾物會給 RNA 帶來怎樣的改變，因此他們正在努力解決這個問題。
【6】掀開空間轉錄組學技術的面紗：可視化觀察組織中的基因表達
在一項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所和*理工學院等機構的研究人員開發出一種新的被稱作空間轉錄組學（spatial transcriptomics）的高分辨率方法研究一種組織中哪些基因是有活性的。這種方法能夠被用于所有類型的組織中，而且在臨床前研究和癌癥診斷中是有價值的。相關研究結果發表在Science期刊上，論文標題為“Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics”。
疾病改變組織中RNA分子和蛋白表達。為了獲得關于疾病的更多知識和優化診斷方法，對組織樣品進行顯微研究經常在實驗室和醫院中開展，但是迄今為止，科學家們只能夠同時確定少量RNA分子的位置。
在這項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授團隊與來自瑞典*理工學院的Joakim Lundeberg教授團隊合作開發出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數量，并且利用顯微鏡提供它們的空間信息。
【7】Nat Commun：基因組和轉錄組分析為對抗致命感染找到新希望
doi：10.1038/ncomms12218
zui近一項發表在學術期刊Nature Communication上的文章為毛霉目真菌的進化過程提出了新的見解。毛霉目真菌這是一類能夠引起致命感染的真菌，這種感染在部分病人群體中越來越多，該研究發現的一些分子途徑或可在將來開發為潛在的治療和診斷靶點。
當人類的免疫系統功能減弱，毛霉目真菌就容易侵入人類細胞，引起致命感染——毛霉菌病。馬里蘭大學醫學院等機構的研究人員經過研究發現了病人發生毛霉菌病的過程中所需要的一些關鍵分子途徑。
研究人員首先對30種毛霉目真菌的基因組進行了測序，對真菌入侵過程中人類呼吸道上皮細胞以及引起毛霉菌病的三種zui常見真菌進行了轉錄組分析，揭示了宿主和真菌中促進發病的關鍵因素，從中找到了毛霉菌病發病機制種一些必須的信號途徑。
【8】Science：利用空間轉錄組學技術可視化觀察組織中的基因表達
doi：10.1126/science.aaf2403
在一項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所和*理工學院等機構的研究人員開發出一種新的被稱作空間轉錄組學（spatial transcriptomics）的高分辨率方法研究一種組織中哪些基因是有活性的。這種方法能夠被用于所有類型的組織中，而且在臨床前研究和癌癥診斷中是有價值的。相關研究結果發表在2016年7月1日那期Science期刊上，論文標題為“Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics”。
疾病改變組織中RNA分子和蛋白表達。為了獲得關于疾病的更多知識和優化診斷方法，對組織樣品進行顯微研究經常在實驗室和醫院中開展，但是迄今為止，科學家們只能夠同時確定少量RNA分子的位置。
在這項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授團隊與來自瑞典*理工學院的Joakim Lundeberg教授團隊合作開發出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數量，并且利用顯微鏡提供它們的空間信息。
【9】Science：開發出TT-Seq技術繪制人類瞬時轉錄組圖譜
doi：10.1126/science.aad9841
基因之間的序列長期以來被視為“垃圾DNA”，我們如今知道它們也發揮著至關重要的功能。這些DNA區域發生的突變能夠嚴重地對人類發育造成損害，而且可能在生命后期導致嚴重疾病。然而，在此之前，調節性DNA序列一直很難發現。如今，在一項新的研究中，德國慕尼黑理工大學計算生物學教授Julien Gagneur團隊和德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所教授Patrick Cramer團隊如今開發出一種方法可以用于發現活躍的可控制基因活性的調節性DNA序列。相關研究結果發表在2016年6月3日那期Science期刊上，論文標題為“TT-seq maps the human transient transcriptome”。
我們DNA中的基因含有詳細的用于蛋白表達的組裝指令，而蛋白執行和控制著我們細胞中的幾乎所有過程。為了確保每個蛋白在我們體內合適的地點合適的時間上完成它的任務，相對應的基因活性就必需受到嚴格地控制。這種嚴格控制功能是由基因之間的調節性DNA信息所承擔。
論文共同通信作者、馬克斯普朗克生物物理化學研究所分子生物學系主任Patrick Cramer教授解釋道，“調節性DNA區域是人類發育、組織保存和免疫反應等*的。再者，它們在多種疾病中發揮著重要作用。比如，患有癌癥或心血管疾病的病人正是在這些調節性DNA區域中發生很多突變。”
【10】Cancer Research：轉錄組分析發現可診斷多種癌癥的泛標記物
doi：10.1158/0008-5472.CAN-15-0484
在癌癥的發生過程中，許多基因都會發生突變并出現功能紊亂，而越來越多的研究也發現這些發生突變的基因或可作為癌癥的診斷標記或靶向治療得到進一步開發，幫助癌癥的臨床診斷和治療。
近日，來自日本、丹麥和澳大利亞的科學家在學術期刊Cancer Research上發表了一項研究進展，他們利用轉錄組分析的方法對多種癌癥類型中反復出現的一些基因突變進行了揭示，而這些新發現的基因突變或可作為潛在生物標記在癌癥的臨床診斷和靶向治療過程中發揮重要作用。（生物谷）
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