2015年度最佳技术文章 TOP10(CRISPR、高通量测序、DNA标记等)

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继1月Cell、Cell Reports先后推出“Best of 2015”合集后,近日Molecular Cell杂志也推出了年度最佳合集,回顾了去年的一些突出技术进展。该合集包括了4篇Review &Perspectivey,以及6篇技术论文。

Review & Perspectivey

Cryo-EM: A Unique Tool For The Visualization Of Macromolecular Complexity

3D低温电子显微镜(cryo-electron microscopy ,cryo-EM)是一种结构生物学技术,近期取得了飞跃的发展。由于所需样品量少,不需要结晶,且可在电脑中成像分类,该技术在分析混合物的组成和构象方面有很大的潜能。这一综述主要介绍了cryo-EM的发展历史、Single-Particle EM Reconstruction原则以及近期技术突破等内容。

High-Throughput Sequencing Technologies

人类基因组测序已经深刻地改变了我们对生物学、人类多样性和疾病的理解。过去的十年里,DNA测序技术取得了非凡的进展,基因组医学时代也逐渐成为可能。

这一综述盘点了可选择的商业化高通量测序(HTS)平台,来源公司包括Illumina、Life Technologies/ThermoFisher/Ion Torrent、Pacific Biosciences以及Oxford Nanopore Technologies;总结了HTS的用途,包括绘制基因组的3D结构、表征转录组、微生物测序、罕见病测序和癌症基因组测序等;此外,文章还分析了HTS技术目前的限制性以及在个体化医学时代中的角色。

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Imaging Live-Cell Dynamics and Structure at the Single-Molecule Level

过去十年里,荧光显微镜、荧光关联谱和荧光标记技术的快速发展使得我们能够在高分辨率下观察活细胞中不同分子的Robustness和Stochasticity。这篇综述介绍了光学显微镜观察分子结构细节的困难之处(衍射极限)、单分子的定位和追踪、荧光关联谱、Noninvasive单细胞成像原则、单分子成像方式、标记和染色的发展,以及相关技术未来发展的方向和挑战等内容。

Expanding the Biologist’s Toolkit with CRISPR-Cas9

关于CRISPR技术已经不用做太多的背景介绍,这篇Perspective的作者之一是加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna,文章介绍了CRISPR/Cas9的发现过程、基因编辑机制、高通量筛选功能、脱靶效应以及未来发展方向等内容。

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Technology Articles

Monitoring Mitochondrial Pyruvate Carrier Activity in Real Time Using a BRET-Based Biosensor: Investigation of the Warburg Effect

将丙酮酸运送到线粒体中需要一种特定的载体,即线粒体丙酮酸载体(mitochondrial pyruvate carrier,MPC)。MPC代表了碳代谢的中心节点,它的活性在生物能学中可能发挥着关键的作用。为了确定MPC在恶性细胞中是否仍起作用,领导该研究的科学家小组开发出了一种生物传感器来测量它的实时活性。结果表明,癌细胞中的MPC活性较低;当增加细胞溶质中丙酮酸的浓度时,这种低活性状态可以被逆转。这一生物传感器有望成为研究多种类型细胞中碳代谢和生物能学的独特工具。

Tracking Distinct RNA Populations Using Efficient and Reversible Covalent Chemistry

这篇文章描述了一种标记和纯化4-thiouridine(s4U)-containing RNA的化学方法。研究证明,与常用的HPDP-biotin相比,methanethiosulfonate试剂与s4U形成二硫键更有效。这一改进有望用于基于追踪不同的RNA的研究方法,如标记4-thiouridine研究组织特异性转录。

SpDamID: Marking DNA Bound by Protein Complexes Identifies Notch-Dimer Responsive Enhancers

这项研究中,科学家们开发出一种Split DamID(SpDamID)技术,能够精确地标记“称为转录因子的调控蛋白”是在活细胞细胞核中的哪个部位与DNA相互作用。作者报道称,SpDamID可标记活细胞中的DNA,并且仅在两个标记的蛋白在相同的DNA链上彼此接近相互作用的情况下。

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A Regression-Based Analysis of Ribosome-Profiling Data Reveals a Conserved Complexity to Mammalian Translation

基因组学的一个基本目标是鉴定表达蛋白的完整集合。在这项研究中,科学家们展示了一个基于核糖体分析和线性回归的实验和分析框架,用于翻译过程的系统识别和量化。在lipopolysaccharide刺激的小鼠树突状细胞和HCMV感染的人成纤维细胞中使用这一方法鉴定出了许多新型蛋白质编码序列,包括micropeptides和已知蛋白的突变体。这一研究揭示了哺乳动物翻译过程意想不到的复杂性。

Measuring In Vivo Mitophagy

线粒体自噬(mitophagy)的变化与衰老及其相关疾病的关系越来越紧密。然而,现在依然没有一种很便捷的方法可用于分析体内的mitophagy过程。在这项研究中,科学家们描述了一种转基因小鼠模型,这一模型表达了荧光标记Keima的线粒体靶向形式(mitochondrial-targeted form of the fluorescent reporter Keima,mt-Keima)。广泛比较mt-Keima小鼠的原代细胞和组织揭示了mitophagy过程中的许多重要差异。此外,研究人员还通过mt-Keima小鼠分析了mitophagy如何随条件变化。

Massively Systematic Transcript End Readout, ‘‘MASTER’’: Transcription Start Site Selection, Transcriptional Slippage, and Transcript Yields

这项研究中,科学家们开发了一种基于下一代测序的技术,称作MASTER。利用这一技术,研究人员确定了大肠杆菌RNA聚合酶在体外和体内的共同核心启动子全部转录起始位点;定义了决定TSS选择、反复启动和转录量的TSS区域的DNA序列;明确了DNA拓扑学和三磷酸核苷(NTP)浓度的影响。这种快速的测序方法,结合先进的生物化学及化学方法有望帮助揭示转录过程中DNA解链的关键机制。

文:生物探索

备注:文中所有文章均可点击“Best of Molecular Cell 2015”全文阅读

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