Альтернативный сплайсинг в клетках глиобластомы и другие новости недели

Диагностика

1. Исследователи британской компании Cambridge Epigenetix, специализирующейся на технологиях секвенирования ДНК, с коллегами из США нашли способ повысить эффективность жидкостной биопсии при диагностике колоректального рака. Они предложили оценивать содержание 5-гидроксиметилцитозина во внеклеточной ДНК крови и разработали новый классификатор. Его протестировали на более чем 2 000 образцах крови пациентов с колоректальным раком и без.

Классификатор верно определял колоректальный рак, в том числе и на ранних этапах, в 55% случаев и отсутствие заболевания — в 95%, когда другие методы не позволяли выявить долю опухолевой ДНК в крови. Более того, исследователи повысили чувствительность классификатора до 63%, включив информацию о размере и распространенности внеклеточной ДНК по всему геному. Авторы работы надеются, что их разработка улучшит диагностику колоректального рака в начале развития заболевания.

2. Ученые из Университета Питтсбурга (США) и коллабораторы подтвердили клиническую значимость NGS-теста жидкости из кист поджелудочной железы. Система PancreaSeq основана на обнаружении 22 генов, связанных с развитием новообразований в железе. Точность ее работы проверили на более чем 1800 участниках с патологией и без. Авторы собрали образцы жидкости из кист поджелудочной железы и проанализировали молекулярные маркеры, а затем следили за изменением показателей в течение двух лет.

Оценивая мутации в генах Kras и Gnas, PancreaSeq точно диагностировал муцинозные кисты, т.е. способные переродиться в рак, в 90% случаев, при этом не давал ложноположительных результатов. Тест стал еще более точным после включения микроскопической оценки клеток на предмет онкологических изменений — он верно определял патологию в 93% случаев. PancreaSeq также справился с диагностикой немуцинозных кист и нейроэндокринных опухолей поджелудочной железы.

3. Исследователи из Японии предложили метод для анализа связывающих β-амилоид внеклеточных везикул, выделяемых нейронами, по образцам крови. Его протестировали в культуре клеток человека, а также на мышиной модели болезни Альцгеймера APP-N2a с характерным накоплением амилоидных бляшек. Авторы продемонстрировали, что метод детектировал прогрессию заболевания: число везикул в крови увеличивалось по мере возрастного накопления β-амилоида в мозге мышей.

Для количественной оценки связывающих амилоид везикул достаточно 100 мкл крови. Методика получила название idICA (immuno-digital invasive cleavage assay). Авторы отметили, что в настоящее время предложенная технология проходит клинические испытания с участием пациентов.

Технологии

4. Ученые из Университета Дюка вместе с коллегами из лаборатории в Колд-Спринг-Харбор разработали новый РНК-сенсор CellREADR (Cell access through RNA sensing by Endogenous ADAR) — инструмент редактирования РНК, который нацелен не на гены, а на определенные типы клеток.

Последовательность РНК-зонда содержит несколько участков. Первый участок комплементарен РНК, профиль которой уникален для каждого клеточного типа. Второй — «знак остановки», который удаляется ферментом ADAR, присутствующим в любой животной клетке. Третий участок включает кодирующую последовательность белка, которая начинает транслироваться клеткой после снятия «знака остановки». Исследователи продемонстрировали эффективность технологии на нейронах мозга грызунов, а также ex vivo на тканях мозга человека. Так, они успешно доставили в нейроны флуоресцентные метки для маркировки, светочувствительный «переключатель» для выборочной активации/инактивации экспрессии, а также фермент для выборочного разрушения клеток. Авторы работы считают, что предложенный инструмент позволит модифицировать даже очень специализированные клетки.

5. Американские ученые из Йельского университета отредактировали ген Cftr in vivo в мышиной модели муковисцидоза. По словам авторов работы, они стремились устранить полиорганную дисфункцию, вызванную делецией в данном гене.

Для редактирования исследователи использовали репарацию ДНК, индуцируемую связыванием пептидо-нуклеиновых кислот (PNA) с геномной ДНК. Когда PNА вводили с одноцепочечной ДНК, содержащей последовательность с желаемой модификацией, происходила сайт-специфическая модификация генома. Авторы показали, что PNA для коррекции мутации, вызывающей муковисцидоз, могли быть доставлены при помощи биосовместимых наночастиц. При этом они вызывали частичное восстановление функции Cftr в дыхательных путях, в тканях желудочно-кишечного тракта без побочных эффектов. Авторы считают, что проведенная работа закладывает основу для редактирования генов in vivo с целью коррекции муковисцидоза в разных органах.

Вирусология

6. Международный коллектив ученых разработал систему на основе вируса везикулярного стоматита (VSV) и с ее помощью изучил мутации SARS-CoV-2, обеспечивающие устойчивость к противовирусным препаратам. Сконструированный вирус экспрессировал полипротеин, состоящий из VSV-гликопротеина G, протеазы SARS-CoV-2 3CL^pro и VSV-полимеразы L. Его репликация зависела от автокатализа белка-предшественника протеазой и высвобождения вирусной полимеразы L. Исследователи применили нирматрелвир — ингибитор протеазы — для отбора мутаций, обеспечивающих устойчивость к препарату.

Оказалось, большинство мутаций уже были описаны для SARS-CoV-2 в других работах и содержались в базах данных NCBI и GISAID, что указывает на присутствие этих генетических изменений в циркулирующих штаммах. Некоторые мутации обеспечивали резистентность не только к нирматрелвиру, но и другим ингибиторам, в частности, к энситрелвиру. Другие мутации оказались более специфичными.

7. Группа, возглавляемая исследователями из Маунт-Синай, заинтересовалась основами различной реакции млекопитающих на вирус гриппа А (IAV). Чтобы определить консервативные и видоспецифичные молекулярные ответы, ученые сравнили транскриптомы эпителиальных клеток и клеток крови, а также тканей легких, собранных у инфицированных IAV людей, хорьков и мышей.

Одним из ключевых генов иммунной защиты от IAV у трех видов оказался Tdrd7. Его активность необходима для интерферонового ответа и передачи сигналов по пути JAK/STAT/IRF9. Ингибирование Tdrd7 в серии экспериментов приводило к усилению репликации вируса гриппа А. Наряду с общими, ученые обнаружили и уникальные для трех видов молекулярные процессы, например, связанные с процессированием антигена. Идентификация таких молекулярных сигнатур и регуляторов инфекции вируса гриппа А важна для разработки новой терапии вирусных инфекций, по мнению авторов работы.

Генетика поведения

8. Ученые из Национальных институтов естественных наук в Японии сообщили о двух самцах макак, которые хуже справлялись с задачами на обучение, включая социальное обучение, по сравнению с собратьями в лабораторном эксперименте. При этом мозг одного из приматов содержал меньшее число зеркальных нейронов, а также в нем сохранялся мю-ритм, который в норме подавляется при наблюдении за сородичами. В мозге второго самца была нарушена синхронизация между различными областями мозга.

Последующее секвенирование экзома показало, что две макаки были родственниками, скорее всего, двоюродными. Также авторы обнаружили общие для их геномов генетические варианты Mар2, Aрос1 и Htr2c. Каждый из этих генов связан с развитием нейропсихических расстройств у людей. По мнению ученых, данные, полученные на животных с патологическим фенотипом, могут дать важную информацию о взаимосвязи между генами, мозгом и когнитивными способностями, аналогичную отчетам о клинических случаях у людей. В том числе эти данные полезны для установления новых генов-кандидатов, ответственных за конкретные когнитивные фенотипы.

Физиология

9. Еще одна работа, проведенная под руководством исследователей из Медицинской школы Маунт-Синай, была посвящена роли активных форм кислорода (АФК) в поддержании функций стволовых клеток и защите от воспаления во время восстановления кишечника при повреждении. Ученые оценили содержание АФК и профиль экспрессии генов клеток эпителия кишечника у мышей in vivo и людей, больных язвенным колитом — разновидностью воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) — в экспериментах ex vivo на органоидах, сформированных из клеток кишечника.

Оказалось, что инактивация гена Nox1, связанного с образованием АФК, в сочетании с синтезом TNFα, вызывающего воспаление, провоцировало рост числа М-клеток. Эти клетки известны тем, что инициируют иммунный ответ. Обрабатывая колоноиды АФК, ученые смогли нейтрализовать патологию. Авторы отметили, что полученные результаты могут расширить понимание профилактики и терапии воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК).

10. Международный коллектив ученых связал гипогонадотропный гипогонадизм (ГГ) человека, при котором снижается выработка половых гормонов, с нарушением активности NO-синтетазы (NOS1) в нейронах гипоталамуса. Чтобы выявить редкие аллели Nos1, исследователи секвенировали экзом у 341 пациента с врожденным ГГ. Активность мутантных белков NOS1 оценили in vitro. Дополнительно провели эксперименты на мышиной модели с инактивированным Nos1.

Как у людей с ГГ, так и у мышей были зафиксированы нарушения полового созревания и когнитивных функций, потеря обоняния и слуха. У шести людей выявили пять гетерозиготных мутаций, которые привели к потере функции Nos1 и вызвали патологический фенотип. Вскоре после рождения у мышат с дефицитом NOS1 происходил скачок половых гормонов, что совпадало с данными, полученными у недоношенных детей. Введение оксида азота (II) NO мышатам в этот период обратило вспять патологические симптомы. Полученные результаты могут улучшить терапию людей с ГГ, а также уход за детьми, рожденными раньше срока.

Онкология

11. Крупное исследование с участием российских ученых из ИБХ РАН пролило свет на молекулярные механизмы, обуславливающие формирование разных популяций клеток глиобластомы. Оказалось, что клетки в ядре и на периферии опухоли различаются по строению рибосом из-за протекания альтернативного сплайсинга РНК.

В центральных клетках глиобластомы созревшая таким образом мРНК гена Rpl22l1 транслируется с образованием изоформы рибосомного белка RPL22L1b. Его накопление коррелирует с худшим исходом у пациентов, поскольку позволяет раковым клеткам адаптироваться к кислотной среде и повышает способность к делению. В то же время в клетках по краю опухоли синтезируется изоформа RPL22L1a, которая взаимодействует с рибосомами и усиливает трансляцию разных мРНК, включая TP53. Кроме того, ученые выявили соединение, которое ингибирует альтернативный сплайсинг и тормозит рост опухоли. Таргетирование этого механизма может сократить разнородность клеток глиобластомы и облегчить терапию.

Микробиология

12. Японские исследователи выделили новый антимикробный пептид из клопа Plautia stali. Для этого они спровоцировали септический шок у насекомого посредством введения убитых бактерий Escherichia coli и Micrococcus luteus и провели секвенирование РНК насекомого. Новый пептид назвали пентатомицином. Он оказался эффективен против грамположительных бактерий, например, золотистого стафилококка.

Экспрессия пентатомицина в тканях клопа возрастала в 100 раз не только из-за септического шока, но и после введения соленого раствора или прокола. Получается, пептид выделяется в ответ на появление определенных микробов или на механическое воздействие. Также пептид необходим для иммунного ответа насекомых. Обнаружив следы пентатомицина в яйцах клопов, ученые задумались о дополнительных физиологических ролях пептида, помимо антимикробной. Подробнее читайте на PCR.NEWS.

Адаптации

13. Ученые из Университета Пенсильвании вместе с коллегами наблюдали, как грибы Candida albicans и бактерии Streptococcus mutans образуют скопления в слюне детей с кариесом. Такая организация расширила адаптационные возможности микроорганизмов: облегчила распространение по поверхности, увеличила скорость роста и повысила антибиотикорезистентность в сравнении с обитанием видов по отдельности.

Внимание исследователей привлек способ перемещения микробных комплексов, поскольку их быстрое распространение вызывало более обширный кариес. Гифы гриба вытягивались и соприкасались с поверхностями, передвигая комплекс «прыжком вперед». Бактерии «путешествовали автостопом» на грибковом транспорте и постоянно росли, объединяясь с другими скоплениями и расширяя межмикробное сообщество. Как отмечают авторы, совершенное открытие — пример эмерджентных свойств, которые появляются у систем с более высоким уровнем организации.

Геномика

14. Исследователи из Франции, Бельгии и Папуа — Новой Гвинеи изучили роль гибридизации в одомашнивании банана (Musa). Для этого они секвенировали ДНК из 222 образцов листьев, 154 из которых принадлежали диплоидным культурным сортам, 68 — подвидам дикого банана Musa acuminata. Многие из них ранее были собраны в Индонезии, на острове Новая Гвинея и Бугенвиль.

Ученые сравнили более 39 тысяч снипов между геномами и установили уровни родства между сортами и дикими бананами. Оказалось, что геном современных одомашненных сортов содержит следы трех неизвестных диких предков, чей генетический вклад неодинаков. В Новой Гвинее культивируемые образцы демонстрировали более высокое разнообразие, чем их прямой дикий предок M. acuminata. Таинственные предки, возможно, вымерли, но авторы работы не исключают их существование в настоящий момент. По мнению авторов, идентификация предков позволит понять пути становления разнообразия современных бананов, что очень важно для сохранения и селекции этого растения.