Альтруизм бактерий и другие новости недели

Микробиология

1. Британские ученые описали альтруизм у бактерий: Escherichia coli вырабатывают протеазу Lon, которая разрезает белки мертвой бактериальной клетки на пептиды, чтобы их могли усвоить другие клетки. Это открытие ученые совершили, когда сравнивали способность кишечной палочки дикого типа и штамма BL21 (он используется для наработки рекомбинантных белков и не содержит генов протеаз Lon и OmpT, которые могли бы их повредить) расти на лизате бактериальных клеток. Бактерии дикого типа на таком субстрате росли лучше, чем штамм BL21, а дополнительные эксперименты показали, что все дело в протеазе Lon. Ее производство достаточно энергозатратно, и при жизни бактерии используют эту протеазу, чтобы избавляться от неправильно уложенных белков, но одно только это «частное благо» не оправдало энергетических затрат. Ученые назвали выработку протеазы Lon с ее посмертной активностью «социальной адаптацией» и «общественным благом», которое могут эксплуатировать бактериальные клетки, не способные сами расщепить белки погибших бактерий.

Иммунология

2. Флуоксетин — антидепрессант из группы селективных ингибиторов обратного захвата серотонина (СИОЗС). Известно, что СИОЗС проявляют противовоспалительную активность при сепсисе и COVID-19, и американские ученые попытались определить механизм действия флуоксетина при сепсисе. Оказалось, что эта активность флуоксетина не связана с захватом серотонина, но препарат способствует адаптации организма к патогену, стимулируя выработку противовоспалительного цитокина IL-10. Именно благодаря этому флуоксетин защищает от вызванной сепсисом гипертриглицеридемии и осложнений на сердце, связанных с нарушением окисления глюкозы и накоплением липидов.

3. Путь cGAS/STING врожденного иммунитета ответственен за распознавание чужеродной ДНК в цитозоле клетки, «включение» интерфероновых генов, стимулирующих воспаление, и запуск аутофагии. Китайские ученые выяснили, что активация белка STING в этом пути также непосредственно приводит к биогенезу лизосом. В них заключается посторонняя ДНК и внутриклеточные патогены, которые впоследствии устраняются. Биогенез лизосом запускается транскрипционным фактором TFEB и его паралогами — TFE3 и MITF. Он перемещается в ядро после того, как STING способствует липидированию белка GABARAP. Через цепочку взаимодействий он в конце концов предотвращает фосфорилирование TFEB комплексом mTORC1, из-за которого транскрипционный фактор пребывает в инактивированной форме.

Онкология

4. Транскрипционные факторы p53 и c-MYC — онкогены — долгое время считались не поддающимися фармакологическому таргетированию. Ученые из Национальных институтов здравоохранения США косвенно подавили их активность, воздействуя на киназу LZK, кодируемую геном MAP3K13. При плоскоклеточном раке головы и шеи в 70% случаев этот ген амплифицирован либо повышена экспрессия этой киназы. В свою очередь, она способна стабилизировать p53 и c-MYC за счет физического взаимодействия и киназной активности соответственно. Ученые смогли подавить выживаемость клеток рака головы и шеи, использовав малую молекулу — ингибитор каталитической активности LZK. Воздействовать на оба онкогена удалось с помощтю PROTAC (химерной молекулы, активирующей протеолиз таргетного белка), что приводило к разрушению LZK и дестабилизации p53 и c-MYC.

5. Группа американских ученых, анализируя посмертные образцы онкопациентов, выяснила, что 60% из них погибало не из-за опухоли, а из-за тромбов. Причина в том, что опухоли секретируют хемокин CXCL13. Некоторые из них, например, опухоли поджелудочной железы, делают это настолько активно, что он попадает в кровь и оказывается в легких. Другие, как опухоли молочной железы и меланомы, секретируют сравнительно мало CXCL13, но их метастазы могут попасть в легкие и начать выработку хемокина там. В обоих случаях на CXCL13 реагируют резидентные макрофаги легких и начинают вырабатывать внеклеточные везикулы, имеющие на поверхности интегрин β2. Он димеризуется с интегрином αx — рецептором фибриногена, а такой димер, в свою очередь, может взаимодействовать с гликопротеином Ib на поверхности тромбоцитов. Это приводит к их агрегации и формированию тромбов.

Предотвратить тромбообразование можно с помощью антитела, блокирующего взаимодействие β2 с гликопротеином Ib. Когда мышам с опухолями вводили такое антитело, у них снижалось число тромбов, было меньше метастазов по сравнению с контролем. Исследователи также выяснили, что уровень интегрина β2 в крови может использоваться как маркер риска тромбообразования у раковых пациентов.

6. Одно из препятствий иммунотерапии — подавление иммунитета, связанное с активностью опухоли. Ученые из Вашингтонского и Сент-Луисского университетов (США) описали один из механизмов такой иммуносупрессии: опухоли вырабатывают внеклеточные везикулы, содержащие молекулу иммунного чекпоинта PD-L1. Взаимодействие этой молекулы с Т-клетками приводит к повреждению ДНК и гиперактивации метаболизма липидов, в частности, повышается экспрессия связанных с ним ферментов, увеличивается уровень холестерина и количество липидных капель в клетках. Это способствует сенесценции и подавлению активности Т-клеток. На молекулярном уровне эти процессы опосредуются транскрипционными факторами CREB и STAT. Предотвратить иммуносупрессию in vitro и in vivo ученым удалось за счет воздействия на липидный метаболизм в Т-клетках, блокировки сигналинга через CREB или подавления выработки везикул опухолевыми клетками.

7. Для 70% клеток в мелкоклеточном раке легких характерен нейроэндокринный фенотип. Команда ученых из Великобритании и США выяснила, что такие раковые клетки электрически активны, могут возбуждаться в ответ на воздействие ацетилхолином и передавать потенциал действия. Из-за этого у нейроэндокринных опухолевых клеток большие потребность в АТФ, поэтому они используют на окислительное фосфорилирование, хотя обычно считалось, что для опухолевых клеток характерен гликолиз. Кроме того, такие клетки метаболически поддерживают другие опухолевые клетки, не имеющие нейроэндокринного фенотипа, так же, как астроциты метаболически поддерживают нейроны. Таким образом, в опухолях легких образуются электрические сети из нейроэндокринных опухолевых клеток, которые способствуют прогрессии заболевания и метастазированию.

Физиология

8. Используя методы анализа отдельных клеток, американские ученые сравнили, как макрофаги реагируют на повреждение сердечной мышцы у новорожденных и взрослых. У новорожденных резидентные макрофаги поляризованы таким образом, чтобы осуществлять эффероцитоз — поглощение апоптотических клеток. Этот процесс был необходим для регенерации сердечной ткани, потому что устранение рецептора MERTK, распознающего апоптотические клетки, регенерации препятствовало. Помимо эффероцитоза макрофаги новорожденных секретировали тромбоксан A2, а клетки кардиомиоцитов у них же — рецептор к этому веществу. В результате макрофаги стимулировали пролиферацию клеток паренхимы. У взрослых, напротив, выработка тромбоксана макрофагами была снижена, именно поэтому из-за нарушенной регенерации повреждение сердечной мышцы приводит к появлению рубца.

9. Немецкие исследователи обратили внимание на возможную опасность длительного интервального голодания для подростков. Краткосрочное интервальное голодание улучшало метаболизм глюкозы у мышей всех возрастов, никак не влияя на функции островков Лангерганса. Однако положительные эффекты долгосрочного интервального голодания наблюдались только у взрослых животных, тогда как у молодых мышей развивалась дисфункция бета-клеток поджелудочной железы. Результаты секвенирования РНК отдельных клеток показали, что у таких мышей на фоне интервального голодания бета-клетки недостаточно созревали. Похожие паттерны наблюдались у подростков с диабетом 1-го, но не 2-го типа. Исследователи рекомендуют ограничивать продолжительность интервального голодания у подростков.

Генная терапия

10. Обычно с помощью генного редактирования на основе гомологичной рекомбинации удается «починить» мутацию или внести нужный ген всего в 1% активно делящихся гепатоцитов, поэтому модифицировать часть клеток печени не удается. Американские ученые разработали платформу Repair Dive, которая позволяет селективно стимулировать пролиферацию исправленных гепатоцитов в печени взрослых мышей. Исследователи предварительно доставляли в печень животных короткую интерферирующую РНК (киРНК), чтобы достичь нокдауна важного для выживания клеток гена Fah, который кодирует фумарилацетоацетазу. Далее вместе с терапевтическим геном FIX ученые доставляли версию гена Fah, устойчивую к действию киРНК. Поэтому выживали только клетки, несущие новую версию Fah и трансген, и в результате активной пролиферации «заполняли» собой орган. Таким образом доля исправленных гепатоцитов в печени увеличивалась с 1% до 25%, при этом подход не вызвал гепатотоксичности в течение года после процедуры.

Нейробиология

11. Болезнь Гентингтона вызывается патологическим увеличением повторов CAG (экспансией) в гене HTT, который кодирует белок гентингтин, и с возрастом в соматических клетках число повторов продолжает увеличиваться. Ученые из Лондонского университетского колледжа (Великобритания) предложили таргетировать для лечения болезни Гентингтона не HTT, а MSH3 — ген, который кодирует белок, участвующий в репарации ДНК. Активность MSH3, как ни странно, способствует экспансии повторов в HTT, а ее снижение нивелирует их. Исследователи решили подавить экспрессию гена MSH3 с помощью антисмыслового олигонуклеотида (АСО), доставив его в нейроны полосатого тела полученные из индуцированных плюрипотентных клеток (иПСК) пациента с этой болезнью. (Именно нейроны этого типа наиболее уязвимы при болезни Гентингтона), Это позволило остановить экспансию повторов в гене HTT, причем даже практически полное подавление экспрессии гена MSH3 не влияло на репарацию ДНК и не было онкогенным. Эффективность АСО показатели также на мышиной модели.

Подробнее — на PCR.news.

12. Исследователи из Шаньдунского университета (Китай) описали механизм устранения неправильно сложенного и агрегированного альфа-синуклеина в нейронах при болезни Паркинсона. В этом процессе участвует система эндосомальных сортировочных комплексов, необходимых для транспорта (ESCRT). С неправильно сложенным альфа-синуклеином взаимодействует E3-убиквитинлигаза листерин, в результате белок подвергается убиквитинированию — помечается для деградации. Затем альфа-синуклеин проходит сортировку и попадает в эндосомы, где деградирует. При нокауте гена, кодирующего листерин, альфа-синуклеин накапливался в клетках, что приводило к ухудшению симптоматики в мышиной модели болезни Паркинсона. Оверэкспрессия того же гена, напротив, улучшала состояние животных, поэтому ученые посчитали листерин интересной мишенью для лечения болезни Паркинсона.

13. Обычно при исследовании болезни Альцгеймера фокусируются на бета-амилоиде и белке тау, однако группа американских ученых в новой работе сосредоточилась на белках с глицин-аргининовыми повторами (polyGR). В 45 из 80 посмертных образцов мозга пациентов с болезнью Альцгеймера были обнаружены агрегаты таких белков. Предположив, что агрегаты появляются из-за мутаций, приводящих к экспансии повторов, ученые использовали стратегию на основе CRISPR/Cas9 c деактивированным Cas9, чтобы найти такие мутации. Они обнаружили прерываемый повтор GGGAGA в интроне гена CASP8 (кодирует каспазу 8), а именно — в ретротранспозоне SINE-VNTR-Alu. В результате экспансии этого повтора с гена «считываются» белки с повторами (GR)n(GE)n(RE)n, которые агрегируют и накапливаются в мозге при болезни Альцгеймера, а также приводят к накоплению фосфорилированного тау. Что интересно, уровень экспрессии такого белка в нейронах повышался при стрессе, но этот эффект обращало вспять применение метформина.

Исследователи обнаружили вариант такой мутации CASP8-GGGAGA-AD-R1, который встречается примерно у 3,6% здоровых людей и у 7,5% пациентов с болезнью Альцгеймера. Его наличие повышает риск развития болезни примерно в два раза, а в клетках с таким вариантом больше токсичных поли(GR)n(GE)n(RE)n агрегатов.

14. Ученые из Великобритании и Испании описали, как грибок-энтомопатоген Beauveria bassiana вызывает нейродегенерацию у плодовых мушек. Уже через три дня после инфекции грибок проникал в мозг через поврежденный гематоэнцефалический барьер, на седьмые сутки половина мушек в исследовании погибала. В целом продолжительность жизни насекомых снижалась с 70 суток до 20. Исследователи показали, что в ответ на инфекцию у мушек запускается врожденный иммунный ответ через Toll-рецепторы. Активация Toll-1 приводила, как и ожидалось, к выработке антимикробных пептидов. Однако помимо оси Toll-1—MyD88—NF-kB также активировалась ось Toll-1—Wek—Sarm, где Sarm подавляет активность MyD88 и вызывает гибель клеток. Именно за счет Wek и Sarm в мозгах дрозофил погибали нейроны и глиальные клетки, так как их подавление мешало нейродегенерации при инфекции, а их оверэкспрессия, напротив, вызывала гибель клеток мозга даже в отсутствие инфекции. Исследователи отметили, что похожая активация гомолога Sarm при грибковых инфекциях может вызывать нейровоспаление и нейродегенеративные заболевания у людей.