Обзор научной периодики за 27 июля — 2 августа (без коронавируса)

Мобильные элементы

1. История изучения мобильных элементов насчитывает более 70 лет, однако многие механизмы, ассоциированные с мобильным компонентом генома, остаются непонятными. LINE элементы, которые составляют более 20% генома человека, являются единственными в нашем геноме полнофункциональными транспозонами, теоретически способными к перемещению. Очевидно, что способность LINE к перемещению у современных млекопитающих заблокирована, в противном случае эволюция генома млекопитающих носила бы совсем иной, и, скорее всего, трагический характер. Механизм супрессии транспозонов, однако, оставался неизученным. Исследователи, опубликовавшие работу в PNAS, обнаружили, что противовирусный белок TRIM5α, который рассматривается как компонент врождённого иммунитета и ингибирует, например, инфекцию ВИЧ у макак, связывается с нуклеопротеиновыми частицами, продуцируемыми LINE-элементами, и блокирует их активность. Более того, связывание инициирует сигнальный каскад, который приводит к активации известных транскрипционных факторов AP-1 и NF-κB. Активированные транскрипционные комплексы репрессируют промотор LINE-1. По мнению авторов, обнаруженный двойной механизм супрессии является важным компонентом врождённого иммунитета млекопитающих, который позволяет защитить геном от катастрофического влияния неконтролируемой транспозиции LINE-элементов.

Микробиология

2. Исследование генеза болезни Альцгеймера развивается во многих, часто неожиданных направлениях. Авторы работы, опубликованной в Science Advances, обнаружили связь между развитием заболевания и изменениями в кишечной микробиоте. У модельных мышей, несущих 3 ( 3xTg) или 5 ( 5XFAD) мутаций, провоцирующих развитие болезни, наблюдалась значительная корреляция между развитием болезни, возрастом, и изменениями в кишечной микробиоте. В частности, у мышей 5XFAD, возрастное развитие кишечного дисбиоза сопровождалось активацией пути C/EBPβ/AEP, вызывающего, в конечном итоге, расщепление предшественника бета-амилоида и тау-белка и накопление амилоидных фибрилл в нервной ткани. Микробиота старых мышей 3xTg ускоряла развитие заболевания у молодых мышей такого же генотипа, что сопровождалось активацией C/EBPβ/AEP в мозге животных. Антибиотикотерапия и профилактика пребиотиками ингибировала этот путь, накопление амилоидных агрегатов в кишечнике, и способствовала восстановлению когнитивных функций. По мнению авторов, гиперактивация сигнального пути C/EBPβ/AEP при дисбиозе, является причиной амилоидогенеза в кишечнике.

Канцерогенез и терапия опухолей

3. Многофакторность механизмов злокачественной трансформации и поддержания жизнедеятельности раковых клеток является одной из основных трудностей борьбы с опухолями. Авторы работы, опубликованной в Science Signaling, обнаружили ещё один механизм, повышающий пластичность опухолевых клеток. Они показали, что белок FUNDC1 играет важную роль в переключении фенотипа опухоли: раковые клетки из различных тканей переключались между метастатическим инвазивным фенотипом и пролиферативным, но малоинвазивным фенотипом, в зависимости от продукции FUNDC1. В модельных мышах ксенографтные опухоли, сформированные из клеток, дефицитных по FUNDC1, развивались в меньшие по объёму новообразования, которые, однако, демонстрировали существенно большую тенденцию к метастазированию, чем FUNDC1-положительные опухоли. Детальное исследование показало, что FUNDC1 обеспечивает ускорение пролиферации клеток, блокируя деление митохондрий и релокализуя их в передний конец мигрирующей опухолевой клетки. При этом происходит супрессия продукции кислородных радикалов и усиление метаболизма продуктов окисления. Ранее было показано, что FUNDC1 вовлечён в процесс митофагии, однако независимо от этого, белок стабилизирует митохондриальную протеазу LonP1. Стабилизация протеазы приводит к сохранению активности комплекса V (АТФ-синтетазы) и уменьшает формирование кислородных радикалов. Суммарно, эти процессы являются необходимыми для переключения от инвазивного к пролиферативному типу опухолевой клетки и способствуют пластичности новообразований при изменении условиях их существования в организме.

4. Весьма необычную работу по диагностике опубликовали в Nature Biomedical Engineering. Авторы описали метод детекции отдельных молекул, присутствующих в исчезающе малой популяции циркулирующих опухолевых клеток. Исследователи метили интактные и пермеабилизованные (для анализа внутриклеточных мишеней) клетки антителами, нагруженными магнитными частицами. Помеченные клетки отделяли при помощи микрофлюидного сортера и магнитной сепарации. Анализу подвергали как клетки опухоли простаты модельных животных, так и реальные образцы, полученные от пациентов с аналогичными опухолями. По мнению авторов, разработанная методика позволяет напрямую детектировать мутантные опухолевые белки в единичных циркулирующих в кровяном русле раковых клетках и следить за тем, как опухоль отвечает на терапию с использованием мышиных ксенографтов. (Подробнее — на PCR.news.)

5. Создание результативной иммунотерапии опухолей является одним из главных прорывов второго десятилетия XXI века в медицине. Неудивительно, что в печати появляются публикации о всевозможных модификациях иммунотерапевтических подходов к лечению злокачественных новообразований. Авторы публикации в PNAS нашли подход к повышению эффективности иммунотерапии тройного негативного рака молочных желёз (РМЖ), который является иммунологически гетерогенным и одним из наиболее устойчивых к всевозможным методикам лечения опухолей. Исследователи использовали капсулы, сформированные из « сферической ДНК» и содержащие лизат опухолевых клеток. Внешняя ДНК в составе капсул содержала иммуностимулирующие олигонуклеотиды CpG-1826. Такая структура была значительно более иммуногенной по сравнению с линейными CpG олигонуклеотидами. Однако наиболее интересным оказался тот факт, что окисление лизата опухолевых клеток перед инкапсулированием значительно повышало иммуногенность препарата и эффективность супрессии опухоли в экспериментах на модельных мышах, генетически предрасположенных к развитию РМЖ. «Окисленные» капсулы значительно повышали выживаемость животных и устойчивость к повторному онкогенезу по сравнению со стандартным препаратом. По мнению исследователей, окисление антигенного содержимого иммунотерапевтических препаратов может быть использовано для повышения эффективности терапии различных опухолей.

Иммунитет

6. Инвариантные натуральные киллерные Т-клетки (iNKT) и Т-клетки, ассоциированные со слизистыми оболочками, — достаточно недавно обнаруженные гетерогенные популяции Т-лимфоцитов, программируемые во время дифференциации в тимусе. Эти клетки являются отдельной ветвью Т-клеточного иммунитета, отличной от хорошо известных хелперов и киллеров. Механизм индукции и созревания этих компонентов иммунной системы, остаётся неизвестным. В работе, опубликованной в Nature Immunology, продемонстрировано, что для развития как iNKT, так и MAIT клеток необходим транскрипционный фактор BCL-6. В его отсутствие созревание обоих типов клеток нарушалось, а в iNKT-клетках регистрировалась пониженная экспрессия генов, характерных для T-клеточного фенотипа, в частности гена Zbtb16 и генов, экспрессию которых этот фактор индуцирует в норме. Согласно приведённым авторами данным, ими обнаружен один из ключевых факторов, контролирующих дифференцировку клеток iNKT, и MAIT.

7. Интересное наблюдение сделали авторы опубликованного в Cell Reports исследования в области фундаментальной иммунологии. Гипотеза «отсутствия своего» (missing self) говорит о том, что природные киллерные клетки (NK-клетки) атакуют собственные клетки организма при условии, что последние не экспрессируют на поверхности молекулы MHC I. Исследования мышей, у которых рецепторы Ly-49 распознают молекулы MHC I и блокируют цитотоксическую активность NK-клеток, показали, что антивирусное действие NK-клеток соответствует концепции «missing self». Мыши, дефицитные по Ly-49, неспособны элиминировать клетки, заражённые цитомегаловирусом мышей и имеющие подавленную, в силу этого, продукцию MHC I. Для элиминации этих клеток необходима продукция Ly-49A/G. При этом инфицированные клетки, у которых уровень экспрессии MHC I остаётся высоким, не распознаются NK-клетками дикого типа, однако уничтожаются классическими Т-киллерами, распознающими пептиды вируса в контексте MHC I. Таким образом, по мнению авторов, получено экспериментальное подтверждение концепции «missing self».

8. Известно, что возрастные изменения в иммунной системе приводят к снижению её эффективности, в том числе и в ответ на вакцинацию. Однако механизм снижения эффективности иммунитета остаётся далёким от полной расшифровки. В механизме ослабления действия вакцин разбирались исследователи из США и Германии. В работе, опубликованной в Science Advances, они показали, что ранее описанный феномен хронического аутоиммунного воспаления, ассоциированный со старением и продукцией цитокина IL-6, индуцирует у экспериментальных мышей продукцию IL-10. Таким образом, при старении дефектный воспалительный ответ вызывает столь же абнормальный выброс противовоспалительного цитокина. Исследователи обнаружили супрессорные фолликулярные Т-клетки, продуцирующие IL-10, причём оказалось, что эти клетки, в отличие от «классических» регуляторных Т-лимфоцитов, не продуцируют FoxP3. Клетки получили обозначение Tfh10. Заметное увеличение числа Tfh10 у модельных мышей ассоциировано с вакцинацией, при этом блокировка сигнала, передаваемого через рецептор IL-10, приводит к повышению эффективности иммунизации. В то же время, удаление регуляторных FoxP3+, CD4+ T-клеток, такого влияния не оказывает. По мнению авторов, обнаружен новый путь абнормальной супрессии иммунного ответа при старении, модуляция которого может повысить эффективность вакцинации и парировать общее снижение эффективности иммунного ответа при старении.

Клеточная биология

9. Клетки кишечного эпителия относятся к быстро делящимся и обновляющимся. Эта их особенность приводит к тому, что при радиоактивном облучении эти клетки повреждаются значительно больше, чем большинство других клеток и тканей. При радиотерапии или других случаях радиоактивного поражения организма, восстановление функций эпителия кишечника является одним из важнейших параметров. Поэтому процессы, способные ускорить регенерацию таких клеток, являются объектом пристального внимания исследователей. В частности, известно, что в эпителии кишечника имеются радиорезистентные стволовые клетки, однако их фенотип и локализация до конца не изучены. Авторы исследования, опубликованного в Cell Reports, показали, что радиорезистентностью обладают клетки, несущие маркер Msi1. Msi1+ популяция оказалась достаточно гетерогенной, однако большую часть таких клеток составляли всё-таки кишечные стволовые клетки. При этом радиорезистентность проявляли клетки, имеющие низкий уровень экспрессии гена Lgr5, характерного для радиочувствительных стволовых клеток, находящихся в основании кишечных крипт — складок на поверхности кишечного эпителия. Оказалось, что именно благодаря пролиферации радиорезистентных Msi1+ клеток проходят первичные стадии восстановления кишечного эпителия и формирование новых клеток Панета. Радиочувствительные стволовые клетки Lgr5^high вступают в «игру» существенно позднее. По мнению авторов, полученные данные будут играть важную роль в создании методов ускоренной регенерации эпителия кишечника при радиационном поражении.

Вирусология

10. Упаковка вирусного генома в инфекционную частицу является одной из критических точек жизненного цикла вируса, на которую потенциально можно воздействовать с терапевтическими целями. Кроме того, информация о механизме упаковки может быть использована при создании векторов для генотерапии. Авторы исследования, опубликованного в PNAS, изучали взаимодействие упаковочного сигнала в составе РНК ВИЧ с белком NC и малыми молекулами. Известно, что этот упаковочный сигнал связывает около двух дюжин молекул вирусного белка NC с переменной аффинностью — от 40 nM до 1.4 µM. Было обнаружено, что связывание первой молекулы NC является эндотермической реакцией, сопряжённой c локальным плавлением РНК в близлежащей области неканонического дуплекса [UUUU]:[GGAG]. Мутации, стабилизирующие вторичную структуру РНК в этом участке, ингибируют связывание с NC и упаковку РНК. Анализ, проведённый методом ЯМР, показал, что недавно описанный низкомолекулярный ингибитор упаковки вириона также связывается с дуплексом [UUUU]:[GGAG] и стабилизирует его. По мнению авторов, исследование обнаруживает «ахиллесову пяту» вируса, воздействие на которую приведёт к созданию эффективной противовирусной терапии.

11. Моноклональные антитела становятся одним из столпов противовирусной терапии и даже профилактики. В New England Journal of Medicine опубликованы результаты клинических испытаний антитела нирсевимаб, обладающего увеличенной продолжительностью жизни в организме. Антитело разработано для предотвращения инфекции младенцев респираторным синцитиальным вирусом (RSV). Неспособность младенцев эффективно избавляться от мокроты делает инфекцию RSV особенно тяжёлой и требующей госпитализации. Авторы исследования ожидали, что однократная внутримышечная инъекция антитела защитит новорожденных в течение всего сезона заболеваемости RSV. Проведённые испытания показали значительное снижение заболеваемости и госпитализаций у пассивно иммунизированных младенцев по сравнению с тему, кому вводили плацебо. Таким образом, испытание продемонстрировало эффективность однократной инъекции антительного препарата пролонгированного действия в качестве средства профилактики инфекции RSV у младенцев.

Паразитология

12. Малярийный паразит формирует внутри поражённого эритроцита специфическую органеллу, паразитофорную вакуоль (PV). Механизм взаимодействия мембраны вакуоли с мембраной клетки самого паразита остаётся в значительной степени непонятным. Авторы исследования, опубликованного в Nature Communications, обнаружили участки, в которых мембрана вакуоли очень близко соседствует с мембраной паразита. В этих участках локализуется транспортер PfNCR1, обеспечивающий перенос гидрофобных молекул, в первую очередь, липидов. В то же время, транспортер EXP2, переносящий водорастворимые питательные вещества и белки, в этих участках не обнаруживается. Исследователи предполагают, что интерфейс между мембраной вакуоли и паразита структурирован с целью сегрегации транспорта гидрофобных и гидрофильных молекул.

Наследственные заболевания

13. Сразу две работы, опубликованные в Journal of Experimenta Medicine описывают механизм иммунной дерегуляции, вызванной мутациями в гене COPA. Этот ген кодирует белок, вовлечённый в формирование мультисубъединичного комплекса (COPI), «переваливающего» белки из аппарата Гольджи в эндоплазматический ретикулум. Патогенные мутации COPA вызывают наследственное заболевание. Отсутствие домена WD40 в белке COPA, которое, как правило, вызывают данные мутации, нарушает сортинг белков между Гольджи и ретикулумом. Тем не менее, механизм индукции иммунодефицита при мутациях в COPA оставался непонятным. Авторы исследований показали, что причиной пертурбаций в иммунной системе при данном заболевании является некорректный сортинг белка STING. Активация этого белка, происходящая ввиду миссортинга, приводит к воспалению, поддерживаемому продукцией интерферонов I типа. По мнению авторов исследований, в норме COPA поддерживает иммунный гомеостаз, регулируя транспорт STING. Авторы считают, что STING может являться мишенью для терапии синдрома COPA.

Антибиотики

14. Тему антибиотикорезистентности возбудителя туберкулёза можно отнести к вечным. Неудивительно, что исследователи в поисках новых веществ для терапии используют новейшие концепции в создании противомикробных препаратов, в частности, концепцию нарушения фитнеса мишени при индукции лекарственно-устойчивых мутантов. Авторы исследования, опубликованного в Journal of Antimicrobial Chemotherapy, изучали новые ингибиторы ДНК-гиразы на примере их взаимодействия с гиразами микобактерий. Кристаллографический анализ АТФ-азного субдомена гиразы в комплексе с ингибиторами гиразы показал, что новые молекулы связываются с мишенью по-иному, чем известный антибиотик, новобиоцин. Мутации, обуславливавшие потерю связывания гиразы с веществом Redx03863, инактивировали фермент. По мнению исследователей, полученные данные говорят о перспективности новых ингибиторов гиразы как прототипов новых антибиотиков.

Генная терапия

15. Genetic Engineering News сообщает о лицензировании Новартисом технологии регуляции экспрессии генов, разработанной компанией Sangamo на основе «дизайнерских» цинковых пальцев, «подгоняемых» под связывание и регуляцию промоторных областей генов. Одно из важных преимуществ технологии, получившей название ZFP-TF, по словам участников сделки, состоит в том, что для создания корректирующего конструкта нет необходимости принимать во внимание размер контролируемого гена. При замене гена с использованием аденоассоциированных вирусов (AAV), на размер заменяемой части накладываются жёсткие ограничения, вызванные размером ДНК, помещающейся в AAV-частицы. Для доставки регуляторов ZFP-TF, также используются AAV, однако, размер конструкта ZFP-TF небольшой и практически фиксированный. По словам представителей Sangamo, для терапии с использованием ZFP-TF существуют сотни мишеней. Уместно отметить, что это не единственная сделка компании: ранее Sangamo заключила соглашение, с Biogen Idec которое оценивается в 2.7 млрд. долларов.