Как данио-рерио меняют цвет полосок и другие новости недели

Нейробиология

1. Исследователи из Медицинского центра Маунт Синай установили роль белка Plexin-B1 в активации глиальных клеток и в устранении амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера. Изначально белок привлек внимание ученых при анализе транскриптомных и геномных данных пациентов: ген PLXNB1, кодирующий Plexin-B1, занимал центральное положение в подсети генов, ассоциированных с болезнью Альцгеймера с поздним началом. Оказалось, что экспрессия Plexin-B1 специфически повышена в астроцитах, которые располагаются вблизи амилоидных бляшек. Чтобы понять, какую функцию этот белок выполняет в астроцитах, исследователи получили мышей с болезнью Альцгеймера (модель APP/PS1), нокаутных по гену PLXNB1. В мозге контрольных мышей реактивные астроциты очень плотно окружали амилоидные бляшки, а при отсутствии гена PLXNB1 расстояние между астроцитами сильно увеличивалось. Сети глиальных клеток в мозге нокаутных мышей были более небольшими и компактными, но в итоге отростки астроцитов покрывали больше амилоидных бляшек. Нокаут PLXNB1 также повлиял на астроциты на транскриптомном уровне: в них повысилась экспрессия генов, связанных с активацией реактивных астроцитов и привлечением иммунных клеток, но снизилась экспрессия генов, ассоциированных с синтезом белка и реорганизацией внеклеточного матрикса. При нокауте этого гена изменялся также профиль экспрессии в микроглии — резидентных макрофагах мозга: начинали активнее экспрессироваться гены, ассоциированные с активацией микроглии, хемотаксисом и иммунным ответом.

Удаление гена PLXNB1 привело к изменению сигналинга между астроцитами и микроглией: в частности, улучшился хемотаксис последних, хотя астроциты выделяли меньше цитокинов и хемокинов, что говорило о снижении нейровоспаления. Вместе с тем у мышей, нокаутных по PLXNB1, уменьшилось число амилоидных бляшек, причем они стали более плотными и компактными и в меньшей степени были окружены аномальными нейрональными отростками. Вместе с тем поведенческие тесты указывали на то, что у мышей с нокаутом PLXNB1 улучшалась рабочая память. Эти эффекты ученые объяснили тем, что в отсутствие белка Plexin-B1 увеличивалось расстояние между астроцитами, в результате чего микроглия могла лучше проникать к амилоидным бляшкам и уничтожать их. Поэтому Plexin-B1 может стать мишенью для лекарства от болезни Альцгеймера: ученые предложили таргетировать его либо малыми молекулами, либо антителами и их производными, либо циклическими пептидами.

2. Американские ученые разработали платформу ConVERGD (Conditional Viral Expression by Ribozyme Guided Degradation — условная экспрессия вирусов через рибозим-направленную деградацию) для изучения разнообразия клеток мозга. Система основана на аденоассоциированных вирусах, в которые упаковываются генетические конструкты, содержащие саморазрезающие рибозимы типа hammerhead. В этих конструктах рибозим фланкирован сайтами loxP, за ним следует необходимый трансген. Вместе эти участки окружены «переключателями» FLEx — сайтами действия рекомбиназы Flp. В ее присутствии и рибозим, и трансген переворачиваются в ту же ориентацию, что и промотор в конструкте. Однако в этом случае трансген не может экспрессироваться, так как его мРНК тут же разрезается рибозимом. Чтобы предотвратить это, нужно, чтобы в клетках, куда доставляется конструкт, также экспрессировалась рекомбиназа Cre, которая вырежет из конструкта рибозим по сайтам loxP. На основе платформы ConVERGD ученые сформировали конструкты, представляющие собой логические операторы «И» и «НЕ», а также показали, что можно использовать вплоть до пяти разных рекомбиназ, чтобы доставлять нужный трансген в конкретные популяции клеток.

Работу платформы исследователи продемонстрировали на примере норадреналиновых нейронов голубого пятна. Проведя секвенирование РНК отдельных клеток (scRNA-seq), ученые нашли несколько ранее не охарактеризованных популяций нейронов, которые помимо норадреналина экспрессируют и другие соединения, например, эндогенные опиоиды динорфин и энкефалин. Чтобы охарактеризовать популяцию нейронов, экспрессирующих норадреналин (Dbh) и продинорфин (Pdyn), исследователи получили мышей, у которых в Pdyn⁺ нейронах экспрессировалась Cre-рекомбиназа, а в Dbh⁺ нейронах — Flp-рекомбиназа. В голубое пятно этих животных вводили аденоассоциированный вектор, несущий ConVERGD-конструкт с eGFP под нейрон-специфическим промотором hSyn. В результате ученые смогли доставить флуоресцентный белок специфично в Dbh⁺ Pdyn⁺ нейроны. Используя ту же платформу, они охарактеризовали их связь с другими нейронами с помощью вируса бешенства и показали, что популяция Dbh⁺ Pdyn⁺ нейронов получает входящие сигналы из переднезадней оси мозга, в основном — из опорного ядра краевой полоски в переднем мозге, гипоталамуса и амигдалы. Все эти участки мозга связаны с ответом на стресс. Селективно воздействуя на эту популяцию нейронов с помощью DREADD (Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drugs — синтетический рецептор, активируемый исключительно синтетическим лигандом), ученые доказали, что активация Dbh⁺ Pdyn⁺ нейронов не вызывает проявлений тревоги в тесте в открытом поле. Однако их стимуляции достаточно, чтобы спровоцировать тревогу у мышей в тесте с приподнятым циркулярным лабиринтом с частичными стенками (elevated zero maze), который специально разработан для оценки уровня тревожности у животных.

Генная инженерия и генная терапия

3. Зодасиран — это препарат на основе РНК-интерференции, который подавляет экспрессию гена ANGPTL3 в печени. ANGPTL3 регулирует метаболизм липидов и липопротеинов, а в его отсутствии улучшается активность липаз и снижается уровень липопротеинов в крови. Исследователи из США опубликовали результаты двойного слепого плацебо-контролируемого клинического испытания зодасирана второй фазы — ARCHES-2. В исследовании приняли участие 204 пациента со смешанной гиперлипидемией. Их разделили на группы плацебо и зодасирана, причем в последнем случае варьировалась дозировка препарата — 50, 100 и 200 мг. Препарат вводили подкожно в первый день и через 12 недель, а наблюдение за пациентами велось на протяжении 36 недель. Через 24 недели после начала исследования уровень ANGPTL3 снизился на 54-74% в экспериментальных группах по сравнению с плацебо. Также снизились уровни триглицеридов (на 51-63%), не-ЛПВП холестерина (на 29-36%), аполипопротеина B (на 19-22%) и холестерина ЛПНП (на 16-20%). Зодасиран оказался эффективнее, чем другие препараты для снижения уровня ЛПНП в крови, в снижении концентрации остаточного холестерина, которая упала на 73-82% по сравнению с группами плацебо. Серьезных побочных эффектов при применении зодасирана не наблюдалось, за исключением временного повышения уровня гликированного гемоглобина у пациентов с диабетом.

4. Команда ученых из США и Японии определила структуру комплекса ферментов для праймированного редактирования, используя криоэлектронную микроскопию. Праймированное редактирование осуществляется ослабленной никазой Cas9 (nSpCas9) и обратной транскриптазой (M-MLV RT), которые направляются специальной гидовой РНК — pegРНК. В отличие от редактирования генома с помощью CRISPR/Cas9, в этом случае не требуется внесения двухцепочечных разрывов в целевую ДНК. Определив пространственную структуру ферментов, ученые смогли представить молекулярный механизм праймированного редактирования. Сначала никаза nSpCas9 связывается с целевой ДНК, используя для направления pegРНК и мотив, прилежащий к протоспейсеру (PAM), и делает в ней одноцепочечный разрыв с помощью нуклеазного домена. Затем фрагмент pegРНК гибридизуется с цепочкой разрезанной ДНК, образуется гетеродуплекс, прилегающий к поверхности nSpCas9. Этот гетеродуплекс узнается обратной транскриптазой, которая начинает обратную транскрипцию. При этом во время элонгации фермент остается неподвижным, но в пространстве сдвигается гетеродуплекс из фрагмента pegРНК и синтезированной ДНК. На момент терминации транскрипции, когда обратная транскриптаза достигла конца «шаблона» в pegРНК, между ферментами в комплеке остается некоторое пространство, так что положение обратной транскриптазы затрагивает участок скаффолда в pegРНК. В результате в геном вносится до трех лишних нуклеотидов. В связи с этим необходимо разработать такие варианты фермента, которые бы не добавляли их.

Иммунология

5. Вирус Эпштейна—Барр является фактором риска для развития рассеянного склероза, но роль зараженных вирусом B-клеток в патогенезе болезни до сих пор оставалась неизвестной. Ученые из США получили спонтанные лимфобластоидные линии клеток от 26 здоровых людей и от 22 пациентов с рассеянным склерозом в активной или стабильной стадии болезни. В отличие от обычных лимфобластоидных линий, которые представляют собой иммортализованные B-клетки, зараженные вирусом Эпштейна—Барр в лабораторных условиях, спонтанные лимфобластоидные линии были заражены тем же вирусом в организме человека. Зараженные B-клетки, полученные от пациентов с рассеянным склерозом в активной стадии, хуже росли и поддавались культивированию: в четырех из пяти случаев их рост не смогли поддерживать в течение года. В этих же клетках была повышена экспрессия литических генов вируса Эпштейна—Барр (Zta, EA-D, LF3, BLLF1), причем также встречались полиморфизмы в гене EBNA1, который кодирует белок, регулирующий экстрахромосомную репликацию вируса и поддерживающий его геном в состоянии эписомы.

Спонтанные лимфобластоидные линии отличались от обычных линий, которые заражались вирусом ex vivo. Зараженные B-клетки из спонтанных линий были меньше в размерах, а при активной стадии рассеянного склероза экспрессировали больше провоспалительных цитокинов и транскрипционного фактора FOXP1. Роль последнего заключалась в регуляции экспрессии литических генов вируса Эпштейна—Барр. Снизить воспалительную активность зараженных B-клеток удалось за счет применения антивирусных препаратов: ганцикловира, фоскарнета и тенофовира алафенамид. Лучше всего показал себя последний препарат, который снижал активность литических генов вируса, не вызывая при этом клеточной гибели.

Онкология

6. Ученые из Стенфордского университета (США) разработали модель, которая может предсказать риск развития того или иного типа рака молочной железы по наличию у человека зародышевых варантов онкогенов и вариантов HLA. Исследователи получили данные секвенирования опухолей и нормальных тканей от 4 918 пациенток с первичным раком молочной железы и от 611 пациенток с метастазирующим, а также от 341 пациентки с протоковой карциномой in situ. Используя машинное обучение, ученые попытались найти связь между «нагрузкой зародышевыми эпитопами» и развитием того или иного типа рака. Под нагрузкой зародышевыми эпитопами понималось наличие таких зародышевых вариантов онкогенов, которые не оказывают практически никакого влияния на их активность, но могут формировать определенный иммунный ответ. В работе, в частности, рассматривалось влияние двух иммуногенных пептидов GP2 и E75 — фрагментов зародышевых вариантов HER2. У пациентов, обладающих аллелями MHC I, способными связывать и презентовать GP2 и E75, с меньшей вероятностью развивался HER2⁺ рак молочной железы. В целом такой риск был снижен у пациентов с высокой нагрузкой зародышевыми эпитопами в гене ERBB2, кодирующем HER2. Аналогично снижался риск развития ER⁺ рака молочной железы. Тем не менее, если у пациентов все-таки развивалась опухоль, то она была более агрессивной и характеризовалась «холодным» микроокружением, в котором не было лимфоцитов.

7. По данным статьи в Nature Immunology, синхронизация доставки иммунотерапии с циркадными ритмами пациента может повысить эффективность лечения. Используя scRNA-seq, ученые показали, что в мышиной модели колоректального рака нарушена экспрессия генов, связанных с циркадными ритмами. Это приводило к нарушению иммунного ландшафта в кишечнике: в частности, повышалось число нейтрофилов и зрелых B-клеток. Менялось и иммунное микроокружение опухоли, где накапливались супрессорные клетки миелоидного происхождения, экспрессирующие PD-L1 (в частности, нейтрофилы). Эффективность анти-PD-L1 иммунотерапии повышалась, если ее доставляли в то время суток, когда накапливалось больше всего таких супрессорных клеток. Хотя при этом не удавалось добиться уменьшения опухоли, в ее микроокружении повышалось число цитотоксических CD8⁺ Т-клеток. Аналогичных результатов ученые смогли добиться в мышиных моделях рака легких и меланомы, хотя в первом случае эффективность иммунотерапии была в целом снижена.

8. Исследователи из США показали, что статины — препараты для снижения уровня холестерина ЛПНП — могут снизить риск развития рака поджелудочной железы за счет подавления хронического воспаления. Ученые индуцировали хронический дерматит и панкреатит у мышей, либо нанося им на кожу динитрофторобензол, контактный аллерген, либо интраперитонеально вводя им церулетид. Это приводило к активации сигнальных путей рецепторов TLR3/4 и TBK1-IRF3. Последствиями их активации становилась экспрессия цитокина IL-33, отвечающего за хроническое воспаление. Проведя скрининг среди одобренных FDA лекарств, ученые обнаружили, что ингибитором IL-33 может стать пивастатин. Он ингибирует мевалонатный путь, таким образом блокируя активацию TBK1-IRF3. Когда мышам с хроническим дерматитом или панкреатитом давали пивастатин, у них снижалась экспрессия IL-33. Пивастатин также мешал прогрессии рака поджелудочной железы в его мышиной модели, в которой рак развивался на фоне хронического панкреатита.

Ученые дополнительно оценили экспрессию IL-33 и IRF3 в эпителиальных клетках 15 образцов тканей, полученных от здоровых пациентов, пациентов с панкреатитом и с аденокарциномой поджелудочной. При панкреатите и раке поджелудочной железы у людей так же, как у мышей, повышалась экспрессия IRF3 и IL-33. Эпидемиологические данные о 200 миллионах пациентов из Северной Америки и Европы также показали, что у пациентов, принимающих пивастатин, снижался риск развития панкреатита и рака поджелудочной железы.

Антибиотики и фунгициды

9. Ученые из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне разработали новый антибиотик лоламицин. Он специфичен для грамотрицательных бактерий и действует на систему транспорта липопротеинов Lol. Исследователи подобрали ингибиторы транспортерного комплекса LolCDE и модифицировали их, чтобы улучшить их растворимость и повысить активность. Механизм действия препарата состоит в конкурентном ингибировании транспорта липопротеинов. Лоламицин оказался эффективным против клинических изолятов E. coli, K. pneumoniae и E. cloacae с множественной лекарственной устойчивостью, а также помог вылечить сепсис и пневмонию в мышиных моделей. Что важно, несмотря на активность против грамотрицательных бактерий, лоламицин не воздействовал на комменсальную микробиоту кишечника животных.

Подробнее — на PCR.NEWS

10. Азолы — это наиболее эффективные на текущий момент фунгициды, механизм действия которых связан с нарушением биосинтеза эргостерола. До сих пор считалось, что азолы убивают клетки грибов за счет нарушения целостности мембраны, но в новом исследовании британские ученые доказали, что это не так. В исследовании они работали с грибком Zymoseptora tritici, который поражает пшеницу. Обработка грибков азолами сначала оказывала статическое действие, однако затем наблюдалась фунгицидная активность. При этом азолы нарушали текучесть мембраны, но не ее целостность, и мешали образованию перегородок в клетках грибов. Механизм фунгицидного действия азолов, как оказалось, на самом деле заключается в гиперполяризации митохондрий, что приводит к окислительному стрессу и затем — к апоптозу. Помимо этого, обработка азолами может вызвать макроаутофагию. При этом оба вида клеточной смерти оказались важны для действия азолов: при одновременном ингибировании апоптоза и макроаутофагии грибки оказывались нечувствительны к азолам. Аналогичная картина наблюдалась при действии азолом на грибок Magnaporthe oryzae, поражающий рис. Исследователи выяснили, что другие ингибиторы биосинтеза эргостерола также индуцируют апоптоз и стимулируют макроаутофагию, то есть это общий механизм действия для таких препаратов.

Старение

11. Японские ученые продемонстрировали, что ингибиторы натрий-глюкозного котранспортера SGLT2 оказывают сенолитическое действие. Сначала исследователи вызывали у мышей ожирение, содержа их на диете с высоким содержанием жиров в течение 8-10 недель, а затем в течение 7 дней вводили животным канаглифлозин — ингибитор SGLT2. Хотя препарат не повляил на вес животных, у них улучшился метаболизм глюкозы и снизилась инсулинорезистентность. Кроме того, препарат воздействовал на стареющие клетки: в них снижалась активность β-галактозидазы и становился менее выраженным провоспалительный секреторный фенотип, связанный со старением (SASP). Механизм действия ингибиторов SGLT2 состоит в повышении уровня 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-1-β-D-рибофуранозида (AICAR) — метаболита, активирующего АМФ-активируемую протеинкиназу (AMPK). Если мышам вводили не только канаглифлозин, но и ингибитор AMPK, то сенолитическое действие препарата обращалось вспять. Также исследователи выяснили, что ингибирование SGLT2 или непосредственное использование AICAR приводит к снижению количества сенесцентных клеток, экспрессирующих PD-L1. В свою очередь, подавление иммунных клеток ингибировало действие канаглифлозина, повышая число сенесцентных клеток. Так ученые доказали, что действие сенолитиков — ингибиторов SGLT2 может быть опосредовано иммунными клетками, которые удаляют сенесцентные.

Подробнее — на PCR.NEWS

Растения

12. Немецкие ученые выяснили, что осмотический стресс способствует заражению растений бактериями, которые в норме не являются патогенными. В норме изолят бактерии Pseudomonas brassicacearum R401 не вызывает болезни у арабидопсиса (резуховидки Таля), однако при осмотическом стрессе, вызванном добавлением в почву 100 мМ NaCl, бактерия становится патогенной и подавляет рост растения. При этом у растения подавлялась экспрессия генов, связанных с иммунитетом, в стеблях, но не в корнях, но механизм заражения изолятом R401 не полагался на иммуносупрессию. В геноме бактерии также не было белков системы секреции III типа, то есть она не могла «вкачивать» в растительные клетки свои эффекторные белки. Оказалось, что медиатором заражения служит метаболит бактерии, который ученые назвали брассикапептином. Он представляет собой циклический пептид из 22 аминокислот с остатком жирной кислоты. Бактерия с нокаутом по гену brpC, который важен для биосинтеза брассикапептина, не могла заражать растение даже при осмотическом стрессе, что подтвердило важность этой молекулы. Сам по себе брассикапептин мог подавлять рост растения даже в отсутствие осмотического стресса. Механизм действия этого циклического липопептида состоит, видимо, во внедрении в мембрану растительных клеток, что нарушает ионный гомеостаз, поэтому эффект этого бактериального метаболита и заметен лучше всего при осмотическом стрессе. Что интересно, брассикапептин также обладал антимикробной активностью против ряда бактерий (в том числе Listeria monocytogenes, Mycobacterium smegmatis, Staphylococcus aureus) и грибков (Colletotrichum coccodes). Вероятно, это соединение важно не только для заражения растений, но и для обеспечения соперничества между разными видами микроорганизмов.

Молекулярные механизмы у рыб

13. Лучеперая рыба нотобранх Фурцера (Nothobranchius furzeri) живет в полузасушливых районах Мозамбика и Зимбабве. Чтобы пережить засушливый сезон, рыба может переходить в состояние диапаузы, когда тормозится обмен веществ. Для нотобранха Фурцера характерна эмбриональная диапауза на поздних стадиях развития, когда у рыб уже сформированы некоторые органы, причем диапауза длится около 8 месяцев, а в лабораторных условиях может продолжаться и до двух лет. Американские ученые задались вопросом об эволюции диапаузы в N. furzeri. Для начала они стали искать паралоги генов, экспрессия которых активна во время диапаузы. Всего они нашли 6 247 пар таких паралогов, причем оказалось, что, хотя сама диапауза появилась у N. furzeri 18 миллионов лет назад, самые древние паралоги были старше 473 миллионов лет. При этом наиболее древние паралоги с большей вероятностью оказывались специализированными для диапаузы. Экспрессия тех же паралогов повышалась во время диапаузы и у других рыбок-киллифиш, для которых характерно это состояние, в том числе Austrofundulus limnaeus. Однако в рыбках киллифиш, близкородственных N. furzeri, но не имеющих диапаузы, таких как Aphyosemion striatum и Aphyosemion australe, экспрессировались только паралоги, специфичные для нормального процесса развития. Что интересно, исследователи выявили значительные пересечения в экспрессии паралогов, характерных для N. furzeri, в обычных мышах, у которых тоже встречается эмбриональная диапауза.

С помощью метода ATAC-seq ученые сравнили хроматиновый ландшафт в эмбрионах во время нормального развития и диапаузы у N. furzeri и A. limnaeus, а также у A. striatum и A. australe. У N. furzeri во врем диапаузы изменялась доступность 6 490 участков генома. Оказалось, что у самых древних паралогов, ассоциированных с диапаузой, около 18 миллионов лет назад изменилась доступность хроматина, причем это произошло только у N. furzeri. За этот процесс отвечали такие транскрипционные факторы, как REST, FOXO3 и PPAR, причем при нокауте генов по отдельности не удавалось обратить вспять программу диапаузы. Под контролем транскрипционных факторов REST и FOXO3 оказались гены, связанные с метаболизмом липидов: при диапаузе в эмбрионах рыб накапливается больше триглицеридов, мембранных липидов с антиоксидантными свойствами и жирных кислот с очень длинными алифатическими цепочками, которые могут выполнять защитную функцию в условиях засухи.

14. В условиях стресса рыбки данио-рерио могут менять цвет полосок с синего на желтый, что связано с изменением конформации гуаниновых кристаллов в иридофорах их клеток. Исследователи из США и Израиля объяснили этот процесс. С помощью 3D сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным лучом, микрофокусированной рентгеновской дифракции и флуоресцентной световой микроскопии со сверхразрешением ученые охарактеризовали изменения, происходящие в гуаниновых кристаллах в иридофорах под действием норадреналина. Причиной изменения цвета оказалось то, что кристаллы поворачивались на 20°, что влияло и на упаковку кристаллов в иридофорах, и на угол, под которым они отражали свет. Медиатором этого процесса выступил моторный белок динеин, который способен перемещаться по микротрубочкам и транспортировать везикулы. При применении ингибитора динеина, диапиразола А, изменения цвета не наблюдалось. Микротрубочки пронизывают иридофор и обеспечивают доступ динеина к отдельным кристаллам. Регуляция процесса обеспечивается вторичным мессенджером — цАМФ.