Микробиом пустынных петроглифов и другие новости недели

Онкология и молекулярная инженерия

1. Ученые из Каролинского института (Швеция) разработали наноробота из ДНК-оригами, который способен индуцировать апоптоз в раковых клетках. Конструкция из ДНК представляет собой двойной цилиндр с полой частью, внутри которой находятся связанные с олигонуклеотидами пептиды — лиганды рецептора смерти DR5, участвующего в запуске программируемой клеточной гибели. При понижении pH олигонуклеотиды внутри нанобота образуют тройную спираль ДНК, в результате пептиды выходят наружу и становятся доступными для взаимодействия с рецепторами. (Подробнее о механизме — на PCR.NEWS.) Рецепторы смерти на поверхности клетки связываются с лигандами нанобота и образуют кластеры, что и приводит к апоптозу. При этом, так как солидные опухоли закисляют пространство вокруг себя, такой нанобот будет активироваться только вблизи раковых клеток.

Эффективность действия нанобота проверили на мышах с ксенографтами аденокарциномы молочной железы. Если конструкцию вводили животным внутривенно, то рост опухоли замедлялся на 30%, а при внутриопухолевом введении удалось подавить ее рост на 70%.

2. Нейроэндокринные опухоли очень агрессивны, прогноз для пациента плохой. Обычно в клетках экспрессия генов, связанных с нейроэндокринным фенотипом, подавляется транскрипционным фактором REST, но при мелкоклеточном раке легких и нейроэндокринном раке простаты экспрессируется изоформа этого белка, что вызвано измененным сплайсингом его мРНК. Японские ученые разработали олигонуклеотиды, связанные амидными мостиками, которые способны переключать сплайсинг мРНК REST. Противоопухолевое действие таких олигонуклеотидов показали на мышах, которым подсадили клетки нейроэндокринного рака простаты. Благодаря действию олигонуклеотидов в этих клетках стала экспрессироваться обычная форма REST, а не его изоформа, и размер опухоли уменьшился.

3. Ученые из Детского исследовательского института в Сиэтле (США) создали инженерные плазматические B-клетки, способные секретировать биспецифические антитела. Такие молекулы содержат по одному Fab-фрагменту от обычных антител и поэтому имеют сразу две мишени. Например, для лечения острого лимфобластного лейкоза применяется блинатумомаб, нацеленный против CD19 на B-лимфоцитах и CD3 на Т-лимфоцитах; в результате опухолевые клетки сближаются с Т-клетками, которые их и уничтожают. Американские ученые получили клетки, способные синтезировать антитело, аналогичное блинатумомабу, и доказали их эффективность в борьбе с лейкозом у мышей.

Преимущество этого клеточного препарата перед обычными биспецифическими антителами — более длительный период полувыведения. Если обычно пациентам требуется несколько доз антител, то такие инженерные плазматические клетки могут находиться в их теле несколько лет, постоянно снабжая организм антителами. (Подробнее — на PCR.NEWS.)

4. Инсулиномы — это редкие опухоли, которые возникают из β-клеток поджелудочной железы и активно выделяют инсулин. Проанализировав геномные и транскриптомные данные инсулином, испанские ученые сделали вывод, что для них характерен схожий эпигенетический профиль, а общих соматических мутаций при этом практически нет. Большинство мутаций в инсулиномах находятся в некодирующих регуляторных участках генома, и они часто изменяют сайты ацетилирования гистонов. Это приводит к ремоделированию хроматина, из-за чего становятся активными регуляторные участки, которые в норме подавлены за счет действия гистоновых меток или белков комплекса polycomb. В основном такие участки влияют на гены, связанные с секрецией инсулина, на онкогены и онкосупрессоры.

Особую роль в трансформации β-клеток поджелудочной железы в инсулиному, по мнению ученых, играет транскрипционный фактор SOX17. В норме его экспрессия подавлена, но повышена в инсулиномах. Также встречающиеся в инсулиномах соматические мутации повышают число доступных сайтов связывания SOX17, который облегчает экспрессию генов, связанных с ростом и выживанием опухоли.

Старение

5. Исследователи из клиники Мейо (США) провели клиническое испытание интервального приема комбинации сенолитиков — дазатиниба и кверцетина. В исследовании приняли участие 60 женщин в возрасте 60–90 лет, которые принимали сенолитики один раз в месяц на протяжении 5 месяцев. В качестве показателей эффективности сенолитиков определяли маркеры остеогенеза (N-концевой пропептид проколлагена 1 типа, P1NP) и резорбции костей (C-концевой телопептид коллагена 1 типа, CTx). Препараты не вызывали осложнений или побочных эффектов, однако их эффективность оказалась довольно низкой. Через 20 недель не было разницы в уровне маркера резорбции костей между группами, получавшими и не получавшими препараты. Уровень маркера остеогенеза повышался при приеме сенолитиков на 2-ю и 4-ю неделю, но эффект был временным: на 20-й неделе разницы между группами не было.

Post hoc анализ данных показал, что комбинация сенолитиков была эффективна у женщин, у которых изначально было больше сенесцентных (стареющих) клеток. Их количество определяли по уровню экспрессии p16 в Т-клетках периферической крови. В этой группе участниц уровень маркера остеогенеза возрос на 34%, а уровень маркера резорбции кости упал на 11% уже через две недели приема сенолитиков, а через 20 недель у них повысилась плотность кости. Авторы исследования сделали вывод, что сенолитики не универсальные препараты: они могут быть полезными для людей, страдающих от болезней, при которых накапливается большое число стареющих клеток, но не для других групп пожилых пациентов.

Ожирение

6. В организме млекопитающих есть два типа жира: белый и бурый. Адипоциты белого жира накапливают липиды, становясь причиной висцерального ожирения, а бурого — метаболически активны и ответственны за термогенез. Есть также и бежевый жир, который представляет собой клетки белого жира с некоторыми характеристиками бурого. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США) нашли новый способ превращать белый жир в бежевый. Они заметили, что в белом жире повышена экспрессия транскрипционного фактора KLF15, тогда как в буром она понижена и подавляется сигналингом через β-адренергические рецепторы. Чтобы исследовать функции KLF15, ученые получили линию мышей с нокаутом по этому транскрипционному фактору и обнаружили, что в клетках белого жира у таких животных повышается экспрессия β1-адренергическиго рецептора. Такие клетки более метаболически активны и могут считаться бежевыми. Дальнейшие опыты подтвердили, что KLF15 напрямую регулирует экспрессию β1-адренергического рецептора. Делеции KLF15 было достаточно для превращения клеток белого жира человека в бежевые, поэтому в будущем эта стратегия может помочь в борьбе с ожирением.

Нейробиология

7. С помощью секвенирования РНК отдельных ядер (snRNA-seq) китайские ученые нашли в септальной области лобной доли мозга популяцию нейронов, которая входит в систему вознаграждения. Эти нейроны экспрессируют рецептор эстрогена 1 (Esr1). Оптогенетическая активация Esr1+ нейронов септальной области способствовала выбросу дофамина в вентральной области покрышки, что воспринимается мозгом как сигнал поощрения. Такие сигналы он может получать при социальных взаимодействиях, приеме вкусной пищи или наркотиков. Исследователи обнаружили, что при приеме метамфетаминов нейроны латеральной области мозга получали сигналы из вентральной области покрышки, и в латеральной области повышался уровень дофамина. Возбудимость Esr1+ нейронов латеральной области возрастала под действием метамфетаминов за счет повышения экспрессии канала HCN1. Нокдаун этого канала в тех же нейронах, напротив, препятствовал сенсибилизации к метамфетаминам. Исследователи предполагают, что канал HCN1 в Esr1+ нейронах латеральной области может стать мишенью лекарств для борьбы с наркозависимостью.

8. Ученые из Университета штата Пенсильвания (США) выяснили, в как в патогенезе болезни Альцгеймера задействованы гепарансульфат-модифицированные протеогликаны — молекулы, широко представленные на поверхности клеток и во внеклеточном матриксе. На клетках человека и на мышиных астроцитах исследователи показали, что дефицит синтеза гепарансульфата или модификации им белков приводит к улучшению работы митохондрий, снижению накопления липидов, повышению эффективности аутофагии — одного из способов, которыми клетки могут избавиться от неправильно сложившихся белков. Те же эффекты наблюдали у дрозофил, в которых болезнь Альцгеймера моделировали нокаутом гена пресенилина-1. У таких мушек развивались гибель нейронов, дисфункция митохондрий, нарушение аутофагии, но при подавлении модификации белков гепарансульфатом удавалось снизить нейродегенерацию и устранить аномалии, связанные с митохондриями, липидами и аутофагией. Эти результаты подтверждают вовлеченность гепарансульфат-модифицированных протеогликанов в развитии болезни Альцгеймера, а потому они могут стать новой мишенью для лекарств.

9. Исследователи из Копенгагенского университета (Дания) объяснили механизм развития мигрени и взаимодействие между центральной и периферической нервной системы при этом. Работа выполнялась под руководством Майкен Недергаард — ученой, которая в 2012 году открыла глимфатическую систему, очищающую мозг от продуктов жизнедеятельности клеток с помощью спинномозговой жидкости (СМЖ). Ученые показали на мышах, что СМЖ может достигать ганглия тройничного нерва, передавая таким образом «сигналы» из мозга. СМЖ способна воздействовать на ганглий тройничного нерва, потому что в нем есть зона, где отсутствует защищающая его эпиневральная оболочка, — ученые обнаружили эту особенность впервые.

Мигрень с аурой может возникать вследствие распространяющейся корковой депрессии (РКД), которая сопровождается временной деполяризацией нейронов и нарушением кровотока. Ученые выяснили, что при РКД меняется около 11% протеома СМЖ, при этом значительно повышаются уровни белков, которые могут взаимодействовать непосредственно с рецепторами на ганглии тройничного нерва. Всего исследователи выделили 12 таких белков, и одним из них оказался CGRP (пептид, связанный с геном кальцитонина), вовлеченность которого в развитие мигрени уже хорошо известна.

Микробиология

10. Датские ученые обнаружили у лабораторного штамма синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa PAO1 ранее неизвестный оперон PA3040-PA3042, потенциально ассоциированный с устойчивостью к литическим фагам. Оказалось, что он характерен для всех штаммов вида P. aeruginosa и для некоторых представителей рода Pseudomonas. Оперон PA3040-PA3042 индуцируется в ответ на стресс клеточной стенки, присутствие фагов и в стационарной фазе. При этом он не влияет на устойчивость лабораторного штамма PAO1 к фагам, но необходим для нормального роста клинического изолята P. aeruginosa. Первичная функция оперона заключается в регуляции образования биопленок, а также способствует возникновению устойчивости бактерии к антибиотикам: так, благодаря этому оперону клинический изолят синегнойной палочки приобретал резистентность к тобрамицину.

11. Международная команда ученых проанализировала грибковый метагеном петроглифов в пустыне Негев (Израиль). По сравнению с микробиомом воздуха и окружающей почвы грибковый метагеном петроглифов гораздо менее разнообразен. Так, в почве в основном встречаются грибки рода Alternaria, в воздухе — рода Cladosporium. На петроглифах же в основном обитают специализированные грибки-экстремофилы, склонные к образованию микроколоний (род Vermiconidia и Coniosporium), а также лишайники (род Flavoplaca). Эти грибки способны разъедать известняк и слой так называемого пустынного загара — бурую минеральную корку на камнях, а потому могут разрушить петроглифы.

12. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) получили синтетических экстремофилов, адаптировав промышленно важные штаммы бактерий и дрожжей к суровым условиям окружающей среды. Они работали с Escherichia coli Nissle 1917, Saccharomyces boulardii (пробиотик), Ensifer melioti (азотфиксирующая бактерия) и Lactobacillus plantarum (сбраживающий агент). Оказалось, что E.coli Nissle 1917 становится более устойчивой в лиофилизате, если добавлять в него кофеин или экстракт дрожжей, а также углевод мелибиозу. В такой форме спустя 6,5 месяцев хранения при температуре 37℃ выживало больше 10% бактерий, тогда как в коммерческой форме пробиотика, где нет добавок, все бактерии погибают всего через 11 дней такого хранения. Что важно для будущих космических путешествий, с добавками бактерии стали устойчивыми к ионизирующему излучению и могли пережить до 1000 Гр радиации.

В дальнейших экспериментах ученые показали, что добавки действительно помогают бактериям пережить экстремальные условия и при этом сохранить полезные свойства. Так, Ensifer melioti не теряла способности к фиксации азота даже после воздействия высоких температур (до 50℃), а E. coli Nissle 1917 была способна подавлять рост бактерии Shigella flexneri, вызывающей диарею. Выносливые микроборганизмы, важных с точки зрения промышленности, могут найти применение не только на Земле, но и в будущем — во время космических путешествий. Сейчас исследователи анализируют образцы синтетических экстремофилов, которые побывали на Международной космической станции.

Регенерация

13. Аннелиды — кольчатые черви — обладают развитой способностью к регенерации. Французские ученые описали особенности регенерации морского кольчатого червя Platynereis dumerilii. Регенерацию других тканей у него частично обеспечивает популяция активно пролиферирующих клеток кишечника, причем их регенеративный потенциал различается в разных частях тела червя. Так, менее дифференцированные клетки кишечника более активно пролиферируют и более пластичны. Тем не менее даже они не могут восстановить стволовые клетки локального происхождения, обеспечивающие рост червей.

Вымершие гоминины

14. Международная группа ученых проанализировала образцы костей в пещере Байшия (Китай, Тибет), где в 1980-х годах был найден фрагмент челюсти представителя рода Homo, в 2019 году идентифицированного как денисовца. Они использовали метод ZooMS, позволяющий с помощью масс-спектрометрии проанализировать пептидные последовательности в костном коллагене, чтобы идентифицировать их принадлежность тому или иному животному. Всего исследовали больше двух тысяч фрагментов костей, многие из которых имели характерные повреждения, нанесенные человеком. Результаты принесли новую информацию не только о фауне Тибетского нагорья в среднем и позднем плейстоцене, но и о питании денисовцев. Они ели не только травоядных животных (козлов, быков, оленей, лошадей и даже носорогов), но и хищников (гиен, больших кошек и представителей собачьих), птиц и мелких животных из семейств беличьих и зайцевых. Очевидно, денисовцы использовали все ресурсы, чтобы выжить в условиях высокогорья. Также авторы идентифицировали фрагмент ребра как принадлежащий еще одному денисовцу.