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Translatomer:深度学习在基因翻译调控研究中的新突破

找药助理
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关键词: #健康资讯

  最近,浙江大学良渚实验室及附属第二医院的熊旭深课题组在《Nature Machine Intelligence》期刊上发表了一项引人注目的研究,题为《Deep learning prediction of ribosome profiling with Translatomer reveals translational regulation and interprets disease variants》。该研究开发了名为Translatomer的多模态深度学习模型,基于Transformer架构,旨在填补mRNA表达与蛋白质水平之间的差距,并解析复杂疾病的遗传变异对基因翻译的调控作用,为机制尚不明确的疾病相关遗传变异提供全新的分子机制见解。

  Translatomer模型将基因序列和RNA-seq数据作为多模态输入,以核糖体印记(ribosome profiling)信号作为模型输出,专注于预测细胞特异性的翻译过程。模型的构建由输入层、Transformer主干层和输出层组成。具体而言,每个基因的RNA-seq数据和one-hot编码表示的基因序列被编码为512维的token,以便进行信号合并,作为Translatomer的输入。

  在模型的运作中,输入数据首先通过一维卷积层进行编码,随后经过包含12层自注意力机制的Transformer主干模块,以提取RNA-seq和基因序列之间的交互特征。最终,输出层将提取的信号解码为核糖体印记信号。研究者利用来自33种不同组织或细胞系的基因序列和mRNA表达数据,成功实现了从头预测翻译信号的能力,准确度达到了0.72-0.80,明显优于其他同类模型。同时,Translatomer模型充分利用RNA-seq数据的信息,具备了细胞类型特异性的预测能力。

  为了增强模型的可解释性,研究者发展了两种模型解释算法和工具。第一种算法通过计算梯度加权输入分数,定量评估了基因序列和RNA-seq输入信息对翻译预测的贡献。结果显示,RNA-seq对翻译预测的贡献普遍高于基因序列,符合翻译主要由mRNA水平决定的生物学事实。研究发现,编码区对翻译的贡献最大,而内含子的贡献最小。此外,5'UTR(转录起始区域)对翻译调控的影响显著高于3'UTR,说明翻译起始过程在调节基因翻译强度中起着至关重要的作用。

  第二种解释性算法依赖Translatomer模型开发了计算模拟突变(in silico mutation)工具,能够准确预测剪接突变对基因翻译效率的影响。研究者利用Kozak元件和荧光报告系统验证了该算法的准确性。通过这一工具,团队发现与翻译调控相关的遗传变异在物种进化中受到了选择压力。

  在建立了Translatomer模型及可解释性工具后,研究者进一步识别了3041个影响翻译效率的复杂疾病遗传位点。这些遗传位点包括同义突变和位于非翻译区的变异。尽管这些变异不直接改变蛋白质序列,但通过影响翻译过程,对多种复杂疾病的发生产生了重要影响。通过与基因表达数量遗传性状(eQTL)进行整合分析,研究发现这些遗传位点对mRNA水平没有显著影响,揭示了它们通过特异性影响翻译过程而调控疾病的发生和发展。此外,这些遗传位点对翻译的影响表现出组织/细胞类型特异性,例如,阿尔茨海默病和自闭症相关位点对大脑组织的翻译调控特异,而心肌病和心衰相关位点则在心脏中产生特定的翻译调控。

  综上所述,Translatomer深度学习模型为基因翻译调控研究提供了一种新工具,也为解释复杂疾病中的遗传变异提供了新的机制基础。通过分析不同细胞类型中的特异性翻译调控,研究为未来的疾病诊断和个性化治疗开辟了新的研究方向和靶点。这项研究不仅展示了深度学习在生物医学领域的应用潜力,也为深入理解遗传变异与疾病之间的关系提供了重要的见解。

  该研究的共同第一作者为浙江大学的科研助理何佳临和麻省理工学院的熊磊(现为斯坦福大学博士后),共同通讯作者为熊旭深研究员和熊磊博士。此外,浙江大学的李静云研究员、胡新央教授、毛圆辉研究员,以及麻省理工学院的Manolis Kellis教授和Carles A. Boix博士等研究团队成员也对这项工作做出了重要贡献。

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女性重度雄性化体征的心理影响
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2026-08-27

大肠癌的有关因素可能有以下几种
大肠癌的有关因素可能有以下几种
大肠癌是一种常见的恶性肿瘤,其发病率逐年上升。虽然大肠癌的确切原因尚不完全清楚,但研究表明,有许多因素可能与其发生有关。以下是可能导致大肠癌的几种因素: 1. 饮食习惯:饮食习惯是大肠癌发生的重要因素之一。高脂肪、低纤维的饮食习惯被认为增加了大肠癌的风险。摄入过多的红肉、加工肉制品以及缺乏新鲜水果和蔬菜的饮食习惯可能会对肠道健康产生不利影响。 2. 生活方式:缺乏运动和肥胖是大肠癌的风险因素之一。长期久坐和缺乏运动会降低肠道的蠕动,增加癌症发生的可能性。肥胖还会导致慢性低级别的炎症,从而促进肿瘤的发展。 3. 家族史和遗传因素:有家族史的人群更容易患上大肠癌。如果家族中有人患有结肠息肉症、家族性腺瘤性息肉病(FAP)或遗传性非息肉病性结直肠癌(HNPCC),那么个人患上大肠癌的风险将会增加。 4. 年龄:年龄是大肠癌的主要风险因素之一。随着年龄的增长,患大肠癌的风险也会增加。因此,建议年龄较大的人群进行定期的结肠镜检查,以早期发现潜在的问题。 5. 炎症性肠病:患有溃疡性结肠炎或克罗恩病等炎症性肠病的人群患大肠癌的风险较高。长期的肠道炎症会增加肠道内癌变的可能性。 6. 吸烟和酗酒:吸烟和酗酒不仅增加了多种癌症的风险,还与大肠癌的发生有关。烟草中的有害物质以及酒精对肠道组织的损害可能会促进肿瘤的形成。 7. 糖尿病和肥胖:糖尿病和肥胖不仅与心血管疾病相关,还被发现与大肠癌的风险增加相关。研究表明,高血糖和胰岛素抵抗可能会影响细胞的生长和修复,从而促进癌症的发展。 综上所述,大肠癌的发生受到多种因素的影响,包括饮食习惯、生活方式、遗传因素、年龄、炎症性肠病、吸烟和酗酒、以及糖尿病和肥胖等。因此,通过改变不良的生活习惯,保持健康的饮食和运动习惯,以及定期接受体检和筛查,可以有效降低患大肠癌的风险。

#病因

2026-08-27

新冠感染者如何处理隔离物品
新冠感染者如何处理隔离物品
随着新冠病毒在全球范围内的蔓延,很多人不得不与感染病毒的现实作出直接的接触。在被诊断为新冠感染者后,除了遵守医疗专家的指导和隔离要求外,正确处理隔离物品也是至关重要的。处理隔离物品不当可能导致病毒传播给他人或再次感染自己,因此需要特别谨慎和负责。 首先,一旦您被确诊为新冠感染者,您的个人物品和日常用品都需要进行杀菌处理。个人物品如手机、钥匙、眼镜等,可以使用含酒精的湿巾进行擦拭。日常用品如衣物、床上用品等需要进行清洗和消毒,最好使用热水和含氯漂白剂进行清洗。记住,使用过的口罩也是潜在的感染源,一定要正确处理或丢弃。 其次,隔离期间产生的垃圾和废弃物也需要得到妥善处理。将用过的纸巾、口罩和其他可能被病毒污染的物品放入密封袋内,确保其不被其他人接触。在处理垃圾时,戴上手套并尽量避免直接接触垃圾。 此外,在隔离期间尽量减少与他人的接触,避免共用物品。如果必须与他人接触,请务必佩戴口罩,并保持社交距离。同时,定期通风并对居住空间进行清洁和消毒也是非常重要的。 最后,隔离结束后,应当对所用过的物品和居住环境进行全面的消毒和清洁。确保自己和他人不受到感染的威胁是我们每个人的责任。 在这个特殊的时期,每个人都有责任保护自己和他人的健康。正确处理隔离物品是阻止病毒传播的重要一环。只有每个人共同努力,我们才能战胜这场疫情,重返正常生活。让我们以负责的态度面对疫情,共同努力,共同守护健康。

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2026-08-27

什么是上气道咳嗽综合征
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上气道咳嗽综合征,也称为“伴有咳嗽的上呼吸道感染”,是一种常见的疾病,主要表现为咳嗽、喉咙痛和鼻塞等症状。这种疾病通常由病毒感染引起,是上呼吸道感染的一种形式。 上气道咳嗽综合征的症状通常包括喉咙痛、干咳、鼻塞、流涕和轻微的发热。咳嗽可能是最突出的症状,而且常常持续数天至数周。在一些情况下,咳嗽可能会持续更长的时间,给患者带来不适和烦恼。 这种疾病主要通过空气中的飞沫传播,特别是当感染者咳嗽或打喷嚏时。此外,与感染者密切接触或触摸被感染表面后触摸口、鼻或眼睛也可能导致传播。因此,保持良好的个人卫生习惯,如勤洗手、避免与生病的人密切接触以及避免触摸口鼻眼等部位,是预防该疾病传播的重要措施。 对于大多数患者来说,上气道咳嗽综合征是一种轻微的疾病,通常会在一到两周内自行缓解。治疗的重点通常是缓解症状,如通过服用非处方药物来减轻咳嗽和喉咙痛。此外,多喝水、休息和避免疲劳也有助于促进康复。 在一些情况下,特别是对于存在基础健康问题或免疫系统较弱的人群,上气道咳嗽综合征可能会导致并发症,如中耳炎、支气管炎或肺炎。因此,对于这些人群,及时就医并接受医生的指导和治疗是至关重要的。 总的来说,上气道咳嗽综合征是一种常见的疾病,通常是由病毒感染引起的。大多数情况下,它是一种轻微的疾病,可以通过休息和适当的自我护理来缓解。在一些情况下,特别是对于存在基础健康问题的人群,可能需要更加密切的监测和治疗。因此,对于感染症状持续时间较长或症状严重的患者,最好及时就医寻求专业建议。

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2026-08-27

慢性阻塞性肺疾病与吸烟的关系
慢性阻塞性肺疾病与吸烟的关系
慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种以气道阻塞为特征的慢性肺部疾病,主要表现为呼吸困难、咳嗽和痰液分泌增加。根据世界卫生组织(WHO)的数据,COPD已成为全球第三大死亡原因。吸烟被公认为COPD的重要危险因素之一,这篇文章将探讨吸烟与慢性阻塞性肺疾病之间的关系。 吸烟对呼吸系统的影响 吸烟是一种复杂的行为,其烟雾中含有多种有害物质,包括尼古丁、焦油、一氧化碳和其他刺激性化学物质。这些物质对呼吸系统造成多方面的损害: 1. 气道炎症:吸烟会引起气道内的慢性炎症,导致气道壁增厚和结构变化。 2. 气道重塑:长期吸烟可导致气道的重塑,改变气道的弹性和顺应性,使得气道更易于阻塞。 3. 纤毛功能损伤:吸烟破坏纤毛的正常功能,降低了清除肺部异物和分泌物的能力,增加了感染的风险。 这些变化共同作用,最终导致了慢性阻塞性肺疾病的形成。 吸烟与COPD的流行病学研究 大量流行病学研究表明,吸烟是COPD的主要致病因素之一: 1. 吸烟率与COPD发病率的关联:研究显示,吸烟者比非吸烟者更容易发展为COPD。吸烟越多,患病风险越高。 2. 被动吸烟:不仅是主动吸烟,接触二手烟的人群(如家庭成员吸烟者)也呈现出较高的COPD发病率,这进一步表明烟草的危害是普遍而广泛的。 吸烟 cessation和COPD管理 戒烟被认为是预防和管理COPD的关键措施之一。研究表明,停止吸烟能够显著减缓肺功能的下降,并降低COPD患者的死亡率。戒烟的益处包括: 改善肺功能:尽管部分肺功能下降是不可逆的,但戒烟有助于减少进一步的损害。 降低症状:戒烟后,许多COPD患者注意到呼吸困难和咳嗽症状有所改善。 降低合并症风险:戒烟还可以降低心血管疾病、肺癌等与吸烟相关的其他疾病风险。 结论 慢性阻塞性肺疾病与吸烟之间的关系是显著而明确的。吸烟不仅是COPD的重要诱因,而且对肺部健康造成长期和不可逆转的损害。为了预防和控制这一严重的公共卫生问题,提高公众对吸烟危害的认识,并积极推广戒烟支持服务是至关重要的。通过教育、宣传和有效的政策干预,我们可以减少吸烟率,从而降低COPD的发病率,提高人们的生活质量。

#症状

2026-08-27

健康问答

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