Крысы в темноте и другие новости недели

Поведение

1. Ученые из США обнаружили, что мухи Ormia ochracea, паразитирующие на полевых сверчках и прилетающие в ответ на их пение, подстраиваются под частоту этого звука, которая меняется в зависимости от температуры. Самцы сверчков поют, чтобы привлекать самок. Когда меняется температура воздуха, частота звука тоже меняется, и самки подстраиваются под это: начинают реагировать на звуки другой частоты. Вероятнее всего, это обусловлено генетически. Но пение сверчков слышно не только им: паразитоидные мухи, откладывающие на сверчков свои личинки, тоже прилетают на пение. Было не до конце понятно, могут ли они также подстраиваться под измененную частоту — в их случае это должно быть поведенческой адаптацией, поскольку генетически со сверчками они не связаны. Авторы изучили фонотаксис мух при трех разных температурах — 21, 25 и 30°C. Они сажали привязанных мух на беговую дорожку, которая представляла собой шарик для пинг-понга в специальном держателе. При разной температуре им включали синтезированное пение сверчков с разной частотой звука — от 20 до 90 импульсов в секунду (частота звука песни сверчков с повышением температуры от 21 до 30 °C увеличивается примерно с 40 до 70 импульсов в секунду). Мухи, слыша пение, начинали двигаться по направлению к нему, и ученые оценивали общее пройденное расстояние, пиковую скорость и другие параметры фонотаксиса. Выяснилось, что с ростом температуры мухи начинают сильнее реагировать на более высокую частоту звука (идут на него быстрее), то есть подстраиваются под сверчков. Кроме того, диапазон частот, на которые реагировали мухи, увеличился с повышением температуры. 

Митохондрии

2. Американские исследователи обнаружили, что делеция в третьей хромосоме (синдром делеции 3q29), связанная с высоким риском шизофрении, нарушает работу митохондрий. Делеция увеличивает риск шизофрении примерно в 40 раз. Ученые исследовали транскриптомы нервных клеток модельных мышей и двух- и двенадцатимесячных органоидов человеческого мозга с этой мутацией. Они обнаружили, что делеция приводит к нарушению работы митохондрий и энергетического метаболизма: в клетках была снижена экспрессия генов, отвечающих за аэробное дыхание. Анализ экспрессии белкового комплекса дыхательной цепи в мозге мыши и митохондриальной функции в сконструированных клеточных линиях подтвердил это. Вероятно, из-за дисфункции митохондрий нарушается функционирование синапсов и развитие нейронов. 

3. С дерегуляцией митохондрий оказалась связана и хроническая усталость. Другая команда ученых из США обнаружила у 38-летней пациентки, которая страдала от симптомов хронической усталости, повышенную активность белка WASF3. У женщины был синдром Ли-Фраумени, она болела раком молочной железы и волчанкой и испытывала мышечную боль после небольших физических нагрузок. Оказалось, что системное воспаление спровоцировало активацию WASF3. На модельных мышах ученые выяснили, что гиперактивация WASF3 приводит к нарушению сборки белковых комплексов дыхательной цепи, и, как следствие, самого клеточного дыхания. Фармакологическое снижение уровней WASF3 снижало митохондриальную дисфункцию в клетках. Также исследователи обнаружили повышенную активацию этого белка в клетках скелетных мышц пациентов с миалгическим энцефаломиелитом — синдромом хронической усталости.

Мозг

4. Млекопитающие начинают больше есть на холоде из-за того, что снижение температуры окружающей среды приводит к увеличению энергозатрат. Ученые из Исследовательского центра Скриппса в США выяснили, как именно мозг регулирует повышение аппетита в ответ на снижение температуры среды. В эксперименте мыши начинали активнее искать еду, когда температура воздуха снижалась с 23 до 4°C. Но делать это они начинали не сразу, а спустя 6 часов. Микроскопия мозга животных показала, что на холоде активность мозга в целом снижается, однако повышается активность нейронов в мечевидном ядре таламуса, и происходит это в ответ на нехватку энергии, а не на сам холод. Далее импульсы отправляются в прилежащее ядро, которое входит в мезолимбический путь. Стимуляция этих нейронов заставляла мышей искать пищу еще энергичнее, а ингибирование, напротив, снижало их аппетит. 

5. Крыс держали в темноте с рождения, а затем, когда они выросли, включили им свет. Ученые сделали это, чтобы понять, может ли взрослый мозг обрабатывать новые визуальные сигналы, то есть реорганизовывать зрительные пути после окончания критического периода развития. Они поместили экран в фМРТ-сканер для грызунов, чтобы направлять крысам сложные визуальные световые стимулы — различные черно-белые полосы — и одновременно снимать показания фМРТ. Ранее разместить экран внутри сканера ученым не удавалось, и картирование мозга во время просмотра визуальных стимулов можно было провести только с помощью инвазивных методов. Когда крысы впервые увидели свет, реакция их мозга на визуальную информацию была неорганизованной: нейроны в разных областях реагировали на визуальные стимулы разной интенсивности одинаково. Но через некоторое время мозг стал меняться: уже спустя неделю реакции стали более четкими, например, соседние нейроны начали реагировать на те точки, которые располагались близко друг к другу в поле зрения. Через месяц зрительная система грызунов, которые не видели света, пока росли, стала похожа на зрительную систему контрольных крыс. Это говорит о значительной пластичности визуальных центров животных даже во взрослом возрасте. 

6. Физические нагрузки и тромбоциты могут поддерживать когнитивные функции во время старения. Известно, что физическая активность полезна для мозга и особенно — для стареющего мозга. После физических нагрузок усиливается нейрогенез в гиппокампе, а недавно исследователи выяснили, что этому способствует тромбоцитарный фактор 4 (PF4), который вырабатывают тромбоциты. В мозге этот фактор стимулирует образование новых нейронов. Теперь ученые ввели PF4 в мозг старых грызунов, чтобы выяснить, запустится ли нейрогенез у них. Тесты на память и обучение такие мыши прошли лучше, чем контрольные. Это косвенно подтверждает, что PF4 может стимулировать образование новых нервных клеток даже у пожилых животных. Подробнее — на PCR.NEWS. 

Иммунитет

7. Nature опубликовал результаты исследования ответа Т-клеток на кишечные бактерии. В кишечник безмикробных мышей ученые подсадили около сотни штаммов бактерий, чтобы посмотреть, как Т-клетки будут реагировать на них. Выяснилось, что многие Т-клетки распознают сразу несколько штаммов. Исследователи сконструировали Т-клеточные гибридомы из 92 клонотипов Т-клеточного рецептора, который связывает антиген. Почти все клонотипы распознавали несколько штаммов; 13 клонотипов реагировали на 18 разных штаммов бактерий типа Firmicutes. Они распознавали консервативный антиген, который активно экспрессируется в разных бактериальных клетках — белок из системы АТФ-связывающего кассетного транспортера. Это может помочь перенаправлять и изменять иммунные реакции в целях терапии. 

8. Исследователи выяснили, как мутации в гене NEK1, вовлеченном в патогенез бокового амиотрофического склероза (БАС), приводят к нейродегенерации. При БАС разрушаются и погибают двигательные нейроны в головном и спинном мозге, в результате чего наступают паралич и смерть. В экспериментах на клетках ученые обнаружили, что мутации в гене NEK1 приводят к разрушению цитоскелета мутантных нейронов и нарушают импорт белков и РНК в ядро. Поскольку другие мутации, связанные с БАС, тоже приводят к нарушению ядерного импорта, авторы заключили, что БАС — самостоятельное заболевание, а не комплекс симптомов разного происхождения. 

9. Иммунные клетки лучше предсказывают риск развития гриппа, чем уровень антител, причем делают это за несколько месяцев до заражения. Чтобы выяснить, как клеточный и гуморальный иммунитет влияют на риск развития инфекции, исследователи измерили периферические иммунные профили 206 вакцинированных или невакцинированных взрослых. Оказалось, что клеточные субпопуляции работают вместе с гуморальным иммунитетом и предсказывают риск заражения даже лучше, чем антитела. Низкий риск коррелировал с разнообразными CD4+ и CD8+ Т-клетками, циркулирующими Т-фолликулярными хелперами (эти клетки взаимодействуют с В-лимфоцитами и регулируют выработку антител), Т-хелперами 17-го типа, миелоидными дендритными клетками и естественными киллерами CD16+. А повышенная восприимчивость к вирусу была связана с неспецифичными воспалительными клетками — γδ-Т-клетками, активированными естественными киллерами CD16- и CD8+ T-клетками, которые продуцировали цитокин TNFα+. 

Генетика

10. У людей встречается гетероплазмия — состояние, когда в одной клетке находится несколько разных вариантов митохондриальной ДНК (мтДНК). Гетероплазмия связана с возрастными заболеваниями и старением. Ученые из США обнаружили, что количество копий мтДНК контролируется ядерным геномом. Они использовали данные полногеномного секвенирования 275 тысяч человек из двух британских биобанков. Оказалось, что почти у всех людей есть гетероплазматические варианты мтДНК, а примерно 1 из 192 человек имеет патогенный вариант. Количество копий мтДНК снижалось с возрастом и было связано с вариантами в 92 ядерных локусах. Часть из них соответствовало генам, ответственным за репликацию мтДНК, а другая часть ранее никогда не была связана с митохондриальным геномом. Авторы обнаружили, что гетероплазматические однонуклеотидные варианты возникают соматически и накапливаются после 70 лет, а гетероплазматические инделы (вставки и делеции) обычно количественно наследуются по материнской линии и не накапливаются и тоже находятся под ядерным генетическим контролем. 

11. Однократное применение CRISPR-Cas9 удалило копии ВИЧ-подобного вируса (SIV) из генома нечеловекообразных приматов. Американские исследователи опубликовали в Gene Therapy результаты доклинических испытаний вектора EBT-001 на макаках-резусах. Десять макак, инфицированных SIV и получающих антиретровирусную терапию, разделили на контрольную и экспериментальные группы и вводили последним внутривенно AAV9, несущий SaCas9 и двойные направляющие РНК, нацеленные на вирусные LTR и ген Gag в одной из трех доз. Еще две макаки получили более высокие дозы в отдельном исследовании. Спустя три или шесть месяцев после введения обезьян умертвили и провели вскрытие. EBT-001 распространялся по всему телу и эффективно редактировал провирусную ДНК. Терапия хорошо переносилась животными, и никакого токсического эффекта ученые не обнаружили. А у макак, получивших две самые высокие дозы EBT-001, увеличилось абсолютное количество лимфоцитов по сравнению с контрольной группой, получавшей антиретровирусное лечение. Таким образом, терапия оказалась эффективной и безопасной. Эти исследования необходимы для того, чтобы испытать на людях аналогичную терапию. Про схожее исследование под тем же руководством мы уже писали.

Вирусология

12. Вирус чикунгунья (CHIKV), который переносят комары и другие кровососущие насекомые, может передаваться от клетки к клетке с помощью мембранных мостиков. Исследователи из Медицинского колледжа имени Альберта Энштейна (США) и коллабораторы культивировали клетки мыши, инфицировали их вирусом и вводили антитела. Оказалось, что вирус заставляет клетку выпускать длинные отростки, которые соединяются с соседними здоровыми клетками. Об этих отростках знали и прежде, но теперь ученые убедились, что вирус перемещается по ним, минуя кровь и антитела в ней. Тогда они ввели мышам нейтрализующие антитела, а затем заразили их либо вирусом, либо зараженными клетками. Мыши, зараженные вирусом, не заболели, а вот у тех, которым ввели клетки, развилась инфекция. 

Онкология

13. Больным раком иногда назначают бензодиазепины — препараты, снижающие активность ЦНС. Они облегчают беспокойство, судороги и бессонницу. Ученые решили выяснить, как прием таких препаратов влияет на исходы рака поджелудочной железы (среди больных этим раком больше всего людей принимало бензодиазепины). У пациентов, принимавших лоразепам (Ативан), риск прогрессирования заболевания или смерти был выше в 3,83 раза по сравнению с теми, кто не принимал лекарство. А выживаемость без прогрессирования у тех, кто пил алпразолам (Ксанакс), была, напротив, лучше: риск прогрессирования болезни или смерти у них был на 62% ниже по сравнению с теми, кто не пил Ксанакс. Дело в том, что лоразепам может активировать белок GPR68, который экспрессируется в фибробластах, поддерживающих опухоль. Он повышает экспрессию цитокина IL-6, который способствует воспалению в микроокружении опухоли поджелудочной железы, в итоге опухоль растет. Также авторы выяснили, что лоразепам ухудшает прогноз для пациентов с другими видами рака на 25–116%. Алпразолам относится к другому типу бензодиазепинов — их называют N-замещенные бензодиазепины. Как и другие препараты этого типа, он не активировал GPR68, зато снижал IL-6. 

Терапия

14. Опубликованы результаты фазы 1 клинических испытаний терапии химических ожогов глаза — трансплантации культивируемых аутологичных лимбальных эпителиальных клеток (CALEC). В 2020 году исследователи рассказали, что трансплантировали четырем пациентам с ожогами их собственные стволовые клетки, взятые с роговицы здорового глаза — это оказалось безопасным, и пациенты сообщали, что боль в глазах снизилась или прошла. Одному из участников КИ трансплантацию провести не удалось — клетки не получилось культивировать в нужном объеме. Теперь стало известно, что спустя год после трансплантации двое из них успешно перенесли трансплантацию искусственной роговицы, а у двоих зрение значительно улучшилось без дополнительного лечения.