精準基因組醫學重點實驗室
一、實驗室成立情況
為適應人類基因組特別是重大疾病基因組研究發展需求，中科院北京基因組研究所于2010年醞釀形成“重大疾病基因組和個體化醫療”所級重點實驗室。實驗室從基因組變異，特別是腫瘤基因組的突變譜系研究入手，結合高通量基因組序列和數據分析，推動開展從基因組到表觀組學的系統研究，為實現個體化醫療奠定基礎。
隨著基因組技術發展和臨床研究要求，特別是高通量測序的廣泛使用，個體化醫療（醫學）的概念已經演化為基于多組學數據和多層次知識網絡的“精準醫學”。實驗室進一步開展基于大數據分析的人群研究，并將基因組變異與表觀遺傳修飾的研究方向相結合，發展為瞄準精準醫學的研究團隊。“中國科學院精準基因組醫學重點實驗室”通過院評審，于2014年8月21日獲準正式部署成立。
二、定位
針對我院人口健康和普惠健康體系建設的重大科研方向，立足腫瘤基因組和重大疾病的基因組學研究，以腫瘤細胞突變的群體基因組學創新研究思路為主要切入點，發揮在表觀基因組學方面的研究優勢，創新基因組分析技術和高通量基因組數據計算方法，在腫瘤等重大疾病基因組相關的重大科學問題研究中不斷取得創新突破。
三、研究方向
1. 腫瘤異質性特征及診治新方法
在前期用群體遺傳和進化理論進行腫瘤突變分析獲得癌癥突變譜系特征和方法學的多種突破的基礎上，探討腫瘤的體細胞突變規律和對于腫瘤基因表達的影響，發掘新的腫瘤檢測與干預措施。學術帶頭人王前飛。
2. 復雜性狀和疾病的基因組與表觀基因組解析
在前期DNA甲基化、RNA甲基化、非編碼RNA及組蛋白修飾的表觀基因組、表觀轉錄組和表觀蛋白組的系統研究基礎上，開展縱深的疾病表觀組學研究，發現疾病的表觀組學標記物，研發相應表觀組學技術和疾病的體液無創檢測。學術帶頭人楊運桂。
3. 大數據挖掘和精準醫學范式建立
依托院所軟硬件優勢，針對前瞻性隊列和臨床樣本的基因組和表型數據進行大規模解析和多層次數據整合，建立基因組健康檔案和開展多方面健康相關預警研究，形成整合已有知識和研究成果的精準醫學知識庫，通過院地合作建立精準醫學基地和推廣研究范式。學術帶頭人曾長青、陳華。
四、機構組成
實驗室實行研究所領導、學術委員會指導下的主任責任制：
實驗室主任：王前飛研究員
實驗室副主任：楊運桂研究員 慈維敏研究員
學術委員會：
主任：沈巖院士，中國醫學科學院基礎醫學研究所
副主任：曾益新院士，中國醫學科學院北京協和醫學院
委員（按姓氏拼音排序）：
陳潤生院士，中國科學院生物物理研究所
杜 杰教授，首都醫科大學附屬安貞醫院
顧東風院士，中國醫學科學院阜外心血管病醫院
季加孚教授，北京大學臨床腫瘤學院
李 林院士，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所
林東昕院士，中國醫學科學院腫瘤醫院
彭小忠教授，中國醫學科學院基礎醫學研究所
時玉舫研究員，中國科學院上海生命科學研究院/上海交通大學醫學院健康科學研究所
王前飛研究員，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）
王小寧教授，中國人民解放軍總醫院
王曉民教授，首都醫科大學
王擁軍教授，首都醫科大學附屬天壇醫院
吳 虹教授，北京大學
吳仲義研究員，中國科學院北京基因組研究所
徐國良院士，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所
徐濤院士，中國科學院生物物理研究所
楊運桂研究員，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）
曾長青研究員，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）
張學敏院士，軍事醫學科學院毒物藥物研究所
周 琪院士，中國科學院動物研究所
朱 冰研究員，中國科學院生物物理研究所
五、年度主要科研進展
1. 腫瘤異質性特征及診治新方法
發現罕見遺傳性血液病HLH的新致病基因NBAS，可用于篩查預后不良患兒。對更新兒童HLH診治指南具有重要影響，對改善成人HLH治療有重要借鑒意義（Journal of Hematology & Oncology, 2022）。China Daily點評其為“中國深入開展疑難罕見病基因研究，挽救數百萬病人的重要舉措”。發現EB病毒相關淋巴增殖性疾病中具有潛在預后分層價值的遺傳特征（Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2022）。揭示了lncRNA來源的小肽通過調控DNA損傷應答通路影響癌癥進展和耐藥的機制（Molecular Cell, 2022）。
證實維生素C是腎內穩態所必需的物質，可將補充維生素C作為腎損傷高危患者的表觀遺傳學預防和治療方法（Journal of the American Society of Nephrology, 2022）。發現組織駐留型CD8+T細胞可作為潛在腎癌免疫治療標記物，為進展期腎癌治療和縮減癌栓的新輔助治療提供了潛在治療通路及靶點 (Genome Biology, 2022)。利用單細胞轉錄組測序技術對14例未經治療的晚期前列腺癌患者的腫瘤異質性進行了描述，發現不同的腫瘤亞克隆具有各自主導性的轉錄亞型，進一步發現腫瘤細胞轉錄態和腫瘤生態系統多樣性都與腫瘤預后相關（Advanced Science, 2022）。發現上尿路上皮癌和膀胱癌具有潛在相似的DNA甲基化機制，這為臨床研究提供了預后風險分層的分子分型策略，同時為臨床上使用DNA甲基轉移酶抑制劑SGI-110藥物治療尿路上皮癌患者提供了理論基礎（BMC Medicine, 2022）。在UTUC和UCB中發現了相似的預后相關亞型，解析了其腫瘤微環境差異，并利用模擬免疫逃逸的計算方法預測了IMvigor210免疫治療隊列患者治療反應，進一步為UC患者的免疫治療提供潛在的治療靶點（Theranostics, 2022）。發現兩個關鍵的衰老相關基因：HDAC2、EEF1E1，在促進腫瘤侵襲及轉移中的關鍵作用（Front Immunology, 2022）。
2. 復雜性狀和疾病的基因組與表觀基因組解析
總結了scDART-seq技術特點和在單細胞層面的發現及應用，以及對未來RNA表觀遺傳領域單細胞測序技術的展望 (Molecular Cell, 2022)。開發了基于光促反應的f5C RNA修飾標記與測序技術，為細胞中RNA修飾進行原位標記并實現單堿基分辨率測定提供了一種簡便的方法（Angewandte Chemie International Edition in English, 2022）。
揭示了斑馬魚早期胚胎發育過程中RNA解旋酶Ddx3xb通過相分離調控母源mRNA翻譯的新機制(Cell Research, 2022)。發現RNA結構動態變化通過ELAVL1依賴性的機制來調控YRDC翻譯，進而調控非小細胞肺癌的EGFR-TKIs耐藥調控新機制(Genomics Proteomics & Bioinformatics, 2022)。闡釋了m6A閱讀蛋白YTHDF3促進其靶標轉錄本CTNNB1的翻譯，通過m6A甲基化促進眼部黑色素瘤的增殖和遷移 (Oncogene, 2022)。揭示了METTL3通過EGFR mRNA的m6A依賴性穩定減輕內皮動脈粥樣硬化的進展，突出了RNA轉錄組學在動脈粥樣硬化調節中的重要作用(Elife, 2022)。發現衣藻mRNAs中m6A修飾的分布和功能，并為其他植物生物有性生殖過程中m6A的修飾提供了新的進化見解(Genomics Proteomics & Bioinformatics, 2022)。繪制了胎兒器官發生過程中的DNA 5hmC和RNA m5C表觀圖譜，而且揭示了DNA修飾和RNA甲基化之間的潛在互作關系，從而確保胎兒的正常發育(Genomics Proteomics & Bioinformatics, 2022)。
通過構建年老小鼠和年輕小鼠的異體共生模型，繪制了系統水平的單細胞轉錄組圖譜，研究發現暴露于年輕血液可有效改善老年個體不同器官的組織微環境，并恢復多種成體干細胞的活力。該研究為發展衰老預警和干預的關鍵標志物和新型策略提供了豐富的數據資源以及重要線索和思路，也為從系統生物學角度發現機體“年輕化因子”提供了新的研究范式（Cell Stem Cell, 2022）。發現染色質的“熵增”和胎盤相關基因的異常表達是細胞衰老的關鍵驅動力和新型分子標志物（Developmental Cell, 2022）。進一步發現小分子代謝物尿苷（Uridine）可以明顯提升衰老人間充質干細胞的自我更新能力（Cell Discovery, 2022）。總結了渦蟲不同組織再生控制的重要遺傳和分子機制的最新進展 (Cell Proliferation, 2022)。為探索在高海拔的生殖發育方面的適應機制，通過比較藏族、平原漢族人和漢族高原移民的胎盤轉錄組，發現藏族胎盤對物質和能量的高效利用（Molecular Biology And Evolution, 2022）。
3. 大數據挖掘和精準醫學范式建立
開發了ASCancer Atlas (https://ngdc.cncb.ac.cn/ascancer)，這是首個人類癌癥中可變剪接功能紊亂的知識庫，是研究癌癥中的剪接失調的重要資源（Nucleic Acids Research, 2022）。構建了腦相關表型數據庫Brain Catalog，這是當前最大、最全面的腦相關表型資源數據庫，旨在從遺傳位點、基因和風險因素等方面提供一站式的綜合分析。鑒定的因果位點、因果基因及風險因素等促進疾病發生機理的理解，有望成為基因功能研究及未來藥物開發的靶標（Nucleic Acids Research, 2022）。開發了scCapsNet-mask，不僅簡化了模型解釋的任務，還可用于推斷細胞的偽時序及預測細胞類型的空間分布（BMC Bioinformatics, 2022）。開發出一套具有完全自主知識產權的混合STR圖譜分析系統SMART，大幅提高了混合STR圖譜結果的利用率（Forensic Science and Technology, 2022）。
4. 新型冠狀病毒相關研發
繪制SARS-CoV-2感染恒河猴早期多器官差異轉錄圖譜，解析了大腦皮層組織中NRP1受體的特異性表達升高和組織之間密切的信號傳遞，以及增強的炎癥和天然免疫反應可能導致病毒性腦炎的潛在機制 (Protein & Cell, 2022）。結合適當的文庫制備方法和去污染算法，建立從低于1 ng的微量DNA樣本中獲得高質量宏基因組數據的方法（BMC Biology, 2022）。
六、年度獲獎及榮譽
王前飛，獲得2021年度江蘇省科學技術獎二等獎
慈維敏，獲得2021年度北京市自然科學獎二等獎
楊 瑩，入選2022年度中國科學院青年創新促進會優秀會員
陳宇晟，入選2022年度中國科學院青年創新促進會會員
趙石磊，獲地奧獎學金二等獎
周佳熠、吳盈，獲得國家獎學金
