九九电影院理论片,久久久久精品免费影视,亚洲精品456在线播放

<em id="ivfsl"></em>
<rp id="ivfsl"><acronym id="ivfsl"></acronym></rp>

    <dd id="ivfsl"></dd>
    <li id="ivfsl"><acronym id="ivfsl"></acronym></li>

    <rp id="ivfsl"><object id="ivfsl"><input id="ivfsl"></input></object></rp>
    <button id="ivfsl"><object id="ivfsl"></object></button>
    <em id="ivfsl"></em>
    華大海洋
    BGI·Marine
    EN
    九九电影院理论片,久久久久精品免费影视,亚洲精品456在线播放
    首頁 / 科研優勢 / 水生生物大數據

    芋螺毒素數據庫

    1.芋螺簡介

    芋螺(Conus spp., cone snails)是一類海洋肉食性軟體動物,全世界大約有700種,主要分布在熱帶和亞熱帶海域[1](圖 1)。根據食性的不同,可將芋螺分為3類,即食蟲芋螺(vermivorous)、食螺芋螺(molluscivorous)和食魚芋螺(piscivorous)。其中食蟲芋螺的數量最多,占全部芋螺種類的70%左右,但食魚芋螺的毒性最大。


    圖1. 芋螺的全球地理分布圖 

    圖1. 芋螺的全球地理分布圖


    2. 芋螺毒素的分類

    芋螺通過分泌毒液來捕食獵物和防御天敵。每種芋螺的毒液中含有約2000種不同的小肽,稱為芋螺毒素(conopeptide或conotoxin,圖2)。芋螺毒素是迄今為止發現的分子量最小的一類多肽毒素,通常由10~40個氨基酸殘基組成,具有分子量小、半胱氨酸豐富、序列多變、靶點專一等特點。芋螺毒素能特異地作用于電壓門控或配體門控離子通道,因此有望成為神經科學研究的新型工具和治療相關疾病的新型藥物。

    目前已鑒定出的芋螺毒素有1,700多種。隨著基因組、轉錄組和蛋白質組等技術的快速發展,越來越多的芋螺毒素不斷地被預測和鑒定出來。目前,芋螺毒素主要有以下三種分類方式[2]:

    (1)基因超家族(Gene superfamilies):按照信號肽序列分類,可以分成30個超家族,包括A、O、M、P、I、T等等。

    (2)半胱氨酸模式(Cysteine frameworks):按照半胱氨酸(或二硫鍵)模式,可以分成32類,包括Ⅵ、Ⅶ、Ⅺ等等。

    (3)藥理學活性(Pharmacological families):按照藥理學活性,可分為12類,包括α、ι、κ等等。 

    圖2. 芋螺及芋螺毒素的多樣性。

    圖2. 芋螺及芋螺毒素的多樣性。

    3.芋螺毒素的作用靶點

    經過長期的分析研究,人們對芋螺毒素的生理特性和功能已經有了較為清晰的認識。不同種類的芋螺毒素可以作用于不同的靶點,有些芋螺毒素還能區分同一靶點的不同亞型。目前,芋螺毒素作用的靶點主要包括三大類[3]:

    (1)配體門控離子通道:諸如乙酰膽堿受體(圖3A-D)、N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體、5-羥色胺受體;

    (2)G蛋白偶聯結合受體(圖3E);

    (3)電壓門控離子通道:包括鈉、鉀、鈣等離子通道(圖3F)。

    研究發現,這些受體或通道與某些重大疾病密切相關,如疼痛、帕金森綜合征、精神性疾病、乳腺癌等。因此,開發針對此類靶點的相關藥物,是治療這些疾病的關鍵。


    圖3. 芋螺毒素作用靶點。(A-D)神經型乙酰膽堿受體;(E)G蛋白偶聯受體;(F)電壓門控鈣離子通道結構 

     

    3. 芋螺毒素作用靶點。A-D)神經型乙酰膽堿受體;EG蛋白偶聯受體;(F)電壓門控鈣離子通道結構

    4.芋螺毒素多組學研究進展

    4.1基因組

    十多年前,有團隊嘗試解析紅棗芋螺(C. bullatus)基因組[6]。但由于諸多限制,這項研究只獲得大量的碎片化DNA序列,因而只能描述一些簡單的基因組學特性,例如GC 含量、基因組大小。五年后,愛貓芋螺(C. tribblei)的部分基因組測序數據被公布[7]。2018年,科學家利用靶向測序技術,成功解析了 32 種芋螺基因組中芋螺毒素基因的結構和外顯子序列[8]。目前,NCBI數據庫中還有聳肩芋螺(C. consors)的基因組數據(GCA_004193615.1) ,可供大家獲取,以用于比較分析。

    2021年2月,華大海洋在Nature子刊Cell Discovery上發表了全球首個芋螺(桶形芋螺,C. betulinus)的全基因組序列圖譜[9]。該研究同時采用Illumina二代短片段、 PacBio三代長片段和Hi-C測序策略,并整合轉錄組和多肽組數據,首次揭示了芋螺毒素表達的代表性中心法則,即總基因:轉錄本:蛋白質:翻譯后修飾毒素肽的序列條數比值約為1:1:1:10s。當然,這一比例可能是這種蟲食性芋螺所特有的,不同種芋螺在芋螺毒素基因、轉錄本和多肽數量方面存在著很大的差異。

    2021年5月,地中海芋螺(C. ventricosus)的基因組圖譜發布[10],其大小為3.59 Gb,與桶形芋螺3.43 Gb的基因組大小相近。但是,這兩個基因組均只有部分序列(低于50%)裝配到了35條片段化的染色體上(圖4)。


    圖4. 地中海芋螺部分染色體圖譜及毒素在基因組上的分布[10] 

    圖4. 地中海芋螺部分染色體圖譜及毒素在基因組上的分布[10]

    測序技術的革新和分析軟件的優化讓基因組組裝變得更加容易,但芋螺基因組研究的難點還在于如何提取到高質量的DNA以用于構建長片段的測序文庫,這也是很多軟體動物基因組研究正在面臨的難題。

    4.2 轉錄組

    2011年,第一個芋螺(紅棗芋螺)轉錄組被發表[6],這項開創性研究雖然只發現30條新型芋螺毒素序列,但首次揭示了芋螺毒素主要在毒管中表達,且提供了高效預測芋螺毒素的詳細分析流程。

    近些年來,芋螺轉錄組研究呈爆發式增長,研究團隊主要來自美國、澳大利亞和中國。研究數據顯示,不同樣本中芋螺毒素轉錄本總數從幾十到幾百不等,采用樣本有的是單個個體,有的是多個個體的混合;有的來自于單個組織,有的則是多個組織的混合樣。因而,芋螺樣本的不同組織來源和不同發育階段成為很多研究的關注點。

    例如,華大海洋科研團隊從桶形芋螺的多個轉錄組中,共鑒定到215條芋螺毒素轉錄本序列,但不同樣本中所鑒定到的毒素肽數量差異很大[11]。其中,通過表達序列標簽(EST)文庫篩選到46條,毒管混樣中鑒定到123條,大、中、小個體的毒管中分別有95、94、98條,而中體型個體的毒囊中只有39條。芋螺的毒管是主要的芋螺毒素合成器官,所以很好理解毒囊中的芋螺毒素肽數量(39)不到毒管(94)的一半;其中,28條毒素序列為兩種組織共有, 66條為毒管所特有,11條為毒囊特有。此外,不同發育階段個體中的毒素種類和數量也存在差異,當然發育階段的差異也可能包括個體差異。該研究發現,大、中、小不同體型個體僅有36條相同的芋螺毒素序列,兩兩之間(小+中、中+大、大+?。┯屑s50條為共有,遠小于單個個體鑒定到的芋螺毒素數量(圖5)。


    圖5. 桶形芋螺不同樣本中芋螺毒素種類和數量存在差異[12] 

    圖5. 桶形芋螺不同樣本中芋螺毒素種類和數量存在差異[12]

    目前已有的芋螺轉錄組數據依然十分有限。芋螺毒素的種類、數量、表達特性等在不同的芋螺種類、個體、發育階段、組織等中存在眾多方面的差異,仍需更多的數據支撐和深入驗證。

    4.3 蛋白組

    蛋白質譜很早就被應用到對芋螺毒液的分析研究中,但因耗時長、通量低等缺點,一直難以規?;茝V應用[12]。近年來,隨著質譜系統的改進和生物信息分析技術的發展,實驗所需的毒液總量大大減少,蛋白組已成為一種高效的新型毒素鑒定方法,并被廣泛應用于蛇、蜘蛛、蝎子、芋螺等有毒動物的毒素蛋白或多肽序列分析[12]。該技術可提供蛋白質的翻譯后修飾信息,而這些恰恰是其它組學方法所無法提供的,因而成為對基因組和轉錄組數據的很好補充手段。

    傳統的蛋白組測序需經過前期對芋螺毒液樣本的預處理,以避免二硫鍵丟失對結果造成影響。處理方法包括還原、烴化、酶解等,該過程可能還是會丟失部分多肽信息,主要適用于分析成分復雜的毒液。相反,新型蛋白組測序可保留完整的二硫鍵,更適用于分析成分簡單的多肽(如經過分離純化后的毒液)。將這兩種方法進行有機結合,可以找到更多的芋螺毒素成熟肽的酶切位點[13]。

    與轉錄組結果類似,蛋白組數據也顯示不同種類(特別是不同食性)芋螺所含有的芋螺毒素種類和序列數量有很大差異,因為食性偏好是影響芋螺毒素進化的重要因素之一[14]。此外,采用不同的蛋白組檢測手段也會影響到最終的芋螺毒素鑒定結果。例如,桶形芋螺毒液的蛋白組研究顯示,TripleTOF 5600只能檢測到773條多肽,而相同樣本用 QExactive HF系統卻可檢測到1522條 [9]。大理石芋螺(C. marmoreus)的毒液蛋白組研究結果顯示,MALDI-TOF能檢測出2710種多肽,搭配電噴霧的ESI-Q-TOF可以檢測到3172種多肽,而搭配離子源的ESI-Q-TOF檢測出的多肽數量高達6254種 [15]。綜上可見,芋螺毒液蛋白組的結果很大程度上依賴于樣本處理方法和質譜儀器的靈敏度。

    5. 華大海洋在芋螺研究領域獲得的科技成果匯總

    5.1 發表全球首個芋螺基因組圖譜

    2021年2月,華大海洋聯合海南醫學院和解放軍軍事科學院防化研究院,成功破譯了全球首個芋螺(桶形芋螺)的全基因組序列,揭示了芋螺毒素表達的中心法則,相關成果發表于Nature子刊Cell Discovery(圖6)。

    該研究首次闡明了“芋螺毒素基因→毒素轉錄本→毒素蛋白→翻譯后修飾毒素肽”的最重要、最基本的生物學規律,在探索芋螺毒素的本質及普遍規律方面發揮重要的指導作用,奠定了芋螺毒素研究的理論基石,是芋螺及芋螺毒素研究領域里的重要突破性進展(www.julianamanara.com/news/detail/180)。


    undefined 

    圖6. 華大海洋發表全球首個芋螺基因組[9]

    5.2 獲批設立院士(專家)工作站

    2018年,深圳市科協系統工作會議暨首批院士(專家)工作站授牌儀式在深圳科學館舉行。深圳華大海洋科技有限公司作為獲批設立首批深圳市院士(專家)工作站的企業代表參加授牌儀式。

    該工作站(圖7)由深圳華大海洋科技有限公司和中國工程院陳冀勝院士團隊在深圳市聯合組建。雙方強強聯手,開展“新型海洋功能多肽的高通量挖掘與活性研究”和“海洋藥物及保健食品研發”。工作站以隸屬華大海洋的深圳市華大海洋研究院為依托,促進華大海洋與陳冀勝院士及其創新團隊實現資源共享、優勢互補(www.julianamanara.com/news/detail/37)。


    undefined 

    圖7. 華大海洋成立深圳市院士(專家)工作站

    5.3  出版專著《海洋芋螺資源圖鑒》

    2018年,華大海洋石瓊教授與海南醫學院高炳淼副教授牽頭編著《海洋芋螺資源圖鑒》(圖8)。該書是國家基因庫系列叢書中的一部,由中山大學出版社出版,成為深圳市華大基因學院和中國科學院大學華大教育中心海洋藥物研發領域的研究生教材。

    本書對海洋芋螺資源進行了系統總結。詳細介紹芋螺的形態與分類,并提供大量翔實的全球芋螺高清圖片;同時,對芋螺毒素及其應用研究做了概括性綜述。本書的第三部分(芋螺名錄與索引),提供了芋螺種類拉丁文與中文對照信息,為芋螺分類研究提供指導。


    undefined 

    圖8. 華大海洋出版專著《海洋芋螺資源圖鑒》[3]

    5.4 申請和獲批系列專利

    截止目前,華大海洋已申請芋螺毒素相關發明專利20件,其中16件已獲得授權,包括歐洲授權專利6件、美國授權專利5件、中國授權專利5件。

    1.[發明專利] Conotoxin polypeptide Κ-CPTX-BT101 and method for preparation thereof and application thereof,美國,2018,US10087216B2。

    2.[發明專利] Conotoxin polypeptide KAPPA-CPTX-BT102 and method for preparation thereof and application thereof,歐洲,2019,EP3202776B1。

    3.[發明專利] Conotoxin polypeptide KAPPA-CPTX-BT103 and method for preparation thereof and application thereof,歐洲,2019,EP3202782B1。

    4.[發明專利] Conotoxin polypeptide KAPPA-CPTX-BT104 and method for preparation thereof and application thereof,歐洲,2019,EP3202775B1。

    5.[發明專利] Conotoxin polypeptide KAPPA-CPTX-BT105 and method for preparation thereof and application thereof,歐洲,2019,EP3202778B1。

    6.[發明專利] Conotoxin peptide Κ-CPTX-BTL01 preparation method thereof and uses thereof,美國,2019,US10501498B2。

    7.[發明專利] Conotoxin peptide Κ-CPTX-BTL02 preparation method thereof and uses thereof ,美國,2019,US10246490B2。

    8.[發明專利] Conotoxin peptide KAPPA-CPTX-BTL03 preparation method thereof and uses thereo,歐洲,2019,EP3252071B1。

    9.[發明專利] Conotoxin peptide KAPPA-CPTX-BTL04 preparation method thereof and uses thereof,歐洲,2019,EP3239166B1。

    10.[發明專利] Conotoxin peptide Κ-CPTX-BTL04 preparation method thereof and uses thereof,美國,2019,US10179802B2。

    11.[發明專利] Conotoxin peptide Κ-CPTX-BTL03 preparation method thereof and uses thereof,美國,2020,US10556927B2。

    12.[發明專利] 芋螺毒素肽κ-CPTx-btl01及其制備方法及應用,中國,2021,2014800839490。

    13.[發明專利] 芋螺毒素肽κ-CPTx-btl02及其制備方法及應用,中國,2021,2014800839503。

    14.[發明專利] 芋螺毒素肽κ-CPTx-btl04及其制備方法及應用,中國,2021,2014800839537。

    15.[發明專利] 芋螺毒素肽κ-CPTx-btl03及其制備方法及應用,中國,2021,2014800839541。

    16.[發明專利] 芋螺毒素肽κ-CPTx-btl05及其制備方法及應用,中國,2021,2014800839556。

    5.5 獲批政府經費支持

    華大海洋共獲批芋螺相關的政府專項5項。

    1.海洋863“海洋生物功能蛋白高效發掘與產品開發”(2014AA093501)子課題:經費140萬元,由國家科技部資助,2014.1-2016.12。

    2.深圳市大鵬新區產業發展專項“轉錄組測序技術支撐的新型芋螺毒素研發” (KY20150207):經費50萬元,由大鵬新區經服局資助,2016.1- 2017.12。

    3.深圳市科技計劃國際合作研究項目“基因組學和生物信息學支撐的新型海洋藥物研發” (GJHZ20160229173052805):經費40萬元,由深圳市科創委資助,2016.8- 2018.8。

    4.深圳市院士工作站—基因組學支撐的新型海洋藥物研發(SZYSGZZ-2018001):經費50萬元,由深圳市科協資助,2017.12-2020.12。

    5.大鵬新區產業發展專項“芋螺毒素來源的戒毒制品研發”(KJYF202001-17):經費30萬元,由大鵬新區經服局資助,2020.1-2021.12。

    5.6 發表相關論文

    截止目前,華大海洋已經發表相關SCI論文8 篇,不僅涉及基因組、轉錄組、多肽組等多組學理論研究,還涉及芋螺毒素的結構預測、活性篩選、功能驗證等應用基礎研究,為全面解析芋螺及芋螺毒素提供支撐,也為芋螺毒素相關藥物研發提供指導。



    1. Peng C., Huang Y., Bian C., Li J., Liu J., Zhang K., You X., Lin Z., He Y., Chen J., Lv Y., Ruan Z., Zhang X., Yi Y., Li Y., Lin X., Gu R., Xu J., Yang J., Fan C., Yao G., Chen J.-S., Jiang H., Gao B., Shi Q. The first Conus genome assembly reveals a primary genetic central dogma of conopeptides in C. betulinus. Cell Discovery, 2021, 7(1):11. 

    download

    2.Yao G., Peng C., Zhu Y., Fan C., Jiang H., Chen J., Cao Y., Shi Q. High-throughput identification and analysis of novel conotoxins from three vermivorous cone snails by transcriptome sequencing. Marine Drugs, 2019, 17(3):193.

    download

    3.Gao B., Peng C., Chen Q., Zhang J., Shi Q. Mitochondrial genome sequencing of a vermivorous cone snail Conus quercinus supports the correlative analysis between phylogenetic relationships and dietary types of Conus species.  PLoS One, 2018, 13(7):e0193053.

    download

    4. Gao B., Peng C., Zhu Y. Sun Y., Zhao T., Huang Y., Shi Q. High throughput identification of novel conotoxins from vermivorous Oak cone snail (Conus quercinus) by transcriptome sequencing. International Journal of Molecular Sciences, 2018, 19(12):3901.

    download

    5. Gao B., Peng C., Lin B., Chen Q., Zhang J., Shi Q. Screening and validation of high-efficient insecticidal conotoxins from a transcriptome-based dataset in Chinese tubular cone snail.  Toxins, 2017, 9(7):214.

    download

    6.Gao B., Peng C., Yang J., Yi Y., Zhang J., Shi Q. Cone snails: a big store of conotoxins for novel drug discovery. Toxins, 2017, 9(12):397.

    download

    7.Huang Y., Peng C., Yi Y., Gao B., Shi Q. A transcriptomic survey of ion-channel based conotoxins in Chinese tubular cone snail (Conus betulins). Marine Drugs, 2017, 15(7):228.

    download

    8.Peng C., Yao G., Gao B., Fan C., Wang J., Cao Y., Wen B., Zhu Y., Ruan Z., You X., Bian C., Li J., Lin Z., Zou S., Zhang X., Qiu Y., Chen J., Coon S.L., Yang J., Chen J.-S., Shi Q. High-throughput identification of novel conotoxins from the Chinese tubular cone snail (Conus betulinus) by multi-transcriptome sequencing. GigaScience, 2016, 5:17.

    download

    參考文獻:

    [1] Gao B., et al. Cone snails: a big store of conotoxins for novel drug discovery[J]. Toxins. 2017, 9(12):397.

    [2] Gao B., et al. High-throughput prediction and design of novel conopeptides for biomedical research and development[J]. BioDesign Res. 2022.

    [3] 石瓊, 等. 海洋芋螺資源圖鑒[M], 廣東:中山大學出版社, 2018.

    [4] Hendrickson LM., et al. Neuronal nicotinic acetylcholine receptors: common molecular substrates of nicotine and alcohol dependence[J]. Front. Psychiatry. 2013, 4:29.

    [5] Gurkoff G., et al. Voltage-gated calcium channel antagonists and traumatic brain injury[J]. Pharmaceuticals. 2013, 6(7):788-812.

    [6] Hu H., et al. Characterization of the Conus bullatus genome and its venom-duct transcriptome. BMC Genomics. 2011, 12(60):714.

    [7] Barghi N., et al. Structural features of conopeptide genes inferred from partial sequences of the Conus tribblei genome. Mol. Genet. Genomics 2016, 291(1): 411–422.

    [8] Phuong M.A., et al. Targeted sequencing of venom genes from cone snail genomes improves understanding of conotoxin molecular evolution. Mol. Biol. Evol. 2018, 35(5): 1210–1224.

    [9] Peng C., et al. The first Conus genome assembly reveals a primary genetic central dogma of conopeptides in C. betulinus. Cell Discovery. 2021, 7(1): 11.

    [10] Pardos B., et al. The genome of the venomous snail Lautoconus ventricosus sheds light on the origin of conotoxin diversity[J]. Gigascience 2021, 10(5): 1–15.

    [11] Peng C., et al. High-throughput identification of novel conotoxins from the Chinese tubular cone snail (Conus betulinus) by multi-transcriptome sequencing[J], GigaScience. 2016, 5:17.

    [12] Gao B., et al. High throughput identification of novel conotoxins from the vermivorous oak cone snail (Conus quercinus) by transcriptome sequencing. Int. J. Mol. Sci. 2018, 19(12): 3901.

    [13] Lu A., et al. Various conotoxin diversifications revealed by a venomic study of Conus flavidus. Mol. Cell. Proteom. 2014, 13(1):105–118.

    [14] Phuong M.A., et al. Dietary breadth is positively correlated with venom complexity in cone snails. BMC Genom. 2016, 17: 401.

    [15] Dutertre S., et al. Deep venomics reveals the mechanism for expanded peptide diversity in cone snail venom. Mol. Cell. Proteom. 2013, 12(2): 312–329.