Коллаборация для разработки моделей заболеваний на основе стволовых клеток

Срок жизни ядерной ДНК нейронов может быть таким же, как у организма в целом, а РНК, как правило, недолговечны, однако из всякого правила есть исключение. Авторы новой статьи в Science обнаружили, что долгоживущие РНК (LL-RNA) в клетках мозга мыши сохраняются и остаются функциональными более двух лет, то есть практически всю жизнь животного.

Исследователи метили РНК мышат 5-этинилуридином, что позволяло отслеживать конкретные молекулы длительное время. «К нашему удивлению, уже первые изображения показали присутствие долгоживущих РНК в различных типах клеток мозга. Нам пришлось дополнительно проанализировать данные, чтобы идентифицировать те, которые находятся в нервных клетках», — рассказывает один из руководителей работы Мартин Хетцер.

Долгоживущие РНК представляли собой смесь мРНК и некодирующих РНК, колокализованных в области гетерохроматина. За два с половиной года жизни мышей их концентрации снизились, но даже к концу этого срока они не исчезли. Исследователи получили in vitro модель мозга из стволовых клеток — предшественников нейронов и ингибировали в них экспрессию долгоживущих РНК, чтобы определить их функцию. ДНК в модифицированных клетках стала нестабильной, нарушилась архитектура гетерохроматина. Долгоживущие РНК, вероятно, вместе с неопознанными белками образуют стабильную структуру, которая каким-то образом взаимодействует с гетерохроматином, и этот процесс может быть необходим для обеспечения рекордной продолжительности жизни нервных клеток.

Гидрогели находят широкое применение в биомедицине — от доставки терапевтических агентов до матриц для регенерации тканей. Тем не менее, быстрое и прочное прикрепление гидрогелевых конструкций друг к другу остается нерешенной задачей. Один из способов склеивания предложили авторы статьи в PNAS — они использовали тонкие хитозановые пленки.

Существующие подходы к адгезии гидрогелей основаны на диффузии склеивающих агентов в жидкости и образовании ковалентных связей, и это требует длительного времени. Напротив, «сухая» адгезия основана на быстром поглощении жидкостей на границе гидрогель—гидрогель и работает практически мгновенно. Для создания адгезии между двумя альгинат-полиакриламидными гелями ученые применили сухие пленки хитозана. Эти пленки обеспечивали быстрое (менее чем за секунду) и прочное скрепление гидрогелей за счет нековалентных взаимодействий.

Исследователи также продемонстрировали несколько возможных применений такого склеивания гидрогелей. Они показали, что гидрогели можно закреплять на поверхностях при помощи хитозана — например, использовать их в качестве самоклеящихся повязок на поврежденный палец. Также гидрогели, поверхность которых покрыта тонкими хитозановыми пленками, авторы обернули вокруг разных органов и тканей, не приклеивая гидрогель к самой ткани. Таким способом они закрепили гидрогели на кишечнике, сухожилиях и периферических нервах. Как пояснил доктор Бенджамин Фридман, первый автор статьи, это может пригодиться для того, чтобы «изолировать ткани друг от друга во время операций, поскольку в противном случае могут образовываться фиброзные спайки».

Трехмерные модели культур раковых клеток, такие как опухолевые сфероиды, лучше воспроизводят опухоли, чем обычные двумерные модели. Однако их получение требует трудоемких ручных манипуляций, которые ограничивают производительность таких подходов. Исследователи из США предложили альтернативу, требующую куда меньше затрат — они использовали для получения опухолевых сфероидов небольшой вибромотор, который можно найти в любом мобильном телефоне.

В статье опубликовано наглядное руководство по созданию такой установки. Вибромотор в ней служит для того, чтобы разбить струю альгинатного раствора на одинаковые по размеру сферы. Струя раствора альгинатов, содержащая опухолевые клетки, пропускается через тонкий стеклянный капилляр, на выходе из которого она разделяется на сферические капли за счет вибрации. Собранное учеными устройство позволяет с высокой производительностью генерировать опухолевые сфероиды — авторы работы сообщают, что с его помощью они получали 3970 сфероидов в минуту, причем по свойствам они воспроизводили раковые опухоли и использовались для исследования диффузии противораковых препаратов.

Авторы работы отмечают, что сконструировать такую установку нетрудно и ее сборка обойдется менее чем в семь долларов. Они надеются, что простота изготовления и эксплуатации, а также высокая скорость работы подобных конструкций будут способствовать стандартизации и демократизации исследований рака.

С увеличением доли пожилого населения растет также интерес к ранней диагностике гериатрических заболеваний. Одним из индикаторов может служить уровень глутамина в крови и клетках — ученые обнаружили, что его концентрация значительно изменяется при таких заболеваниях, как рак, диабет и деменция. Для измерения уровня глутамина в крови корейские исследователи создали белковый сенсор, который позволит быстро и недорого измерять концентрации этого соединения в различных образцах.

Точная оценка концентрации глутамина затруднена из-за ограничений традиционных методов. В качестве альтернативы ученые предлагают использовать сенсор, состоящий из отдельных доменов глутаминсвязывающего белка. Принцип работы такого сенсора, названного Q-SHINE, основан на индуцированной лигандом димеризации. Система также содержала флуоресцентный или биолюминесцентный репортер (mCherry или нанолюциферазу). Он был разделен на два домена — это обеспечивало его функциональность только в случае димеризации глутаминсвязывающего белка.

Флуоресцентный сенсор глутамина продемонстрировал высокую чувствительность в диапазоне концентраций от сотен мкМ до мМ, что свидетельствует о его пригодности для измерения физиологических уровней глутамина (они обычно составляют 200–1400 мкМ в крови или раковых клетках и 1–3 мМ в тканях мозга). Сенсор тестировали также на биологических образцах — плазме крови или клетках, где он подтвердил свою эффективность. Q-SHINE позволяет напрямую определять содержание глутамина в биологических жидкостях — его чувствительность сопоставима со стандартными методами, а специфичность выше. Основанный на люциферазе вариант, подчеркивают исследователи, пригоден для измерения кинетики глутамина в живых клетках в режиме реального времени. Авторы заключают, что разработанный ими сенсор будет способствовать дальнейшему изучению метаболизма глутамина, в том числе в контексте различных заболеваний.

Амилоидоз Аα-цепи фибриногена — редкое наследственное заболевание, при котором в почечных клубочках происходит отложение амилоидных фибрилл, индуцированное мутациями в гене соответствующего белка. У пациентов развивается болезнь почек, обычно прогрессирующая до терминальной стадии почечной недостаточности. До недавнего времени не было сообщений об этой патологии у других видов, кроме человека. Исследователи из Японии выполнили протеомный анализ образцов от 38 белок Sciurus lis, умерших в пяти зоопарках. Оказалось, что этот вид амилоидоза наблюдается у них удивительно часто (29 случаев из 38, или 76,3%). Среди особей старше 4 лет частота достигла 89%.

Масс-спектрометрия показала, что в амилоидогенезе у белок участвует С-концевая область Аα-цепи фибриногена, как и у людей. Однако у них, в отличие от людей, не было выявлено генных вариаций, отличающих амилоид-позитивные и амилоид-негативные белки; судя по всему, у японских белок это возрастное заболевание, присущее виду. Тем не менее они могут стать полезной моделью для поиска терапии этого заболевания, на данный момент неизлечимого.