Нейроны негативных эмоций и другие новости недели

Диагностика

1. Немецкие исследователи изучили вариативность исходов у онкологических больных, получающих курс иммунотерапии. Они пришли к выводу, что для повышения точности прогнозов реакции на лечение и выживаемости пациента важно дополнять методы визуализации опухоли биомаркерами. Авторы совместили прогностическую шкалу Глазго, основанную на показателях воспаления (уровнях С-реактивного белка (СРБ) и альбумина в крови) с результатами визуализации опухоли. Оценку прогностической ценности модифицированной шкалы они проводили на пациентах с метастатическим почечно-клеточным раком, получавших терапию атезолизумабом или сунитинибом. Предложенный подход оказался полезен уже на ранних (спустя 6 недель после начала терапии) этапах лечения, давая возможность для своевременной коррекции курса. Кроме того, применение шкалы было эффективным независимо от результатов предшествующей визуализации. Авторы полагают, что простота и бюджетность анализа крови на альбумин и СРБ позволят легко внедрить модифицированную шкалу в клиническую практику и улучшить терапию рака почек.

2. Американские ученые предложили более широкое применение мультиплексной визуализации в диагностике рака. Этот подход объединяет классическую микроскопию с анализом множества молекулярных маркеров в единичных клетках. Исследователи спроектировали платформу Orion, которая при помощи машинного обучения интегрирует изображения одного и того же участка ткани, полученных после окрашивания гематоксилином-эозином и в ходе мультиплексного (до 18 каналов) иммуногистохимического анализа. Разработчики провели двухэтапную проверку платформы. На первом этапе они проанализировали образцы опухолей 40 пациентов с колоректальным раком и выявили молекулярные показатели, наиболее сильно коррелировавшие с низкой выживаемостью. Полученный набор маркеров валидировали на выборке из 34 пациентов, для которых уже были известны исходы лечения. Набор биомаркеров, составленный при помощи Orion, характеризовался высокой прогностической точностью — вероятность ошибки 1/20. Кроме того, мультиплексная визуализация выявила взаимосвязи между маркерами, клетками и локализацией опухоли, например, патологическое значение воспаления на границе опухоли и молекулярные основы склонности к метастазированию. Авторы работы планируют расширить спектр параметров, вероятность которых можно оценить при помощи платформы.

Медицинская генетика

3. Возглавляемый австрийскими учеными коллектив идентифицировал ген Dоск11, продукт которого активирует регулятор клеточного деления CDC42, как причину аутоиммунного заболевания. Исследователи изучили четырех пациентов, не связанных родством, страдавших рецидивирующими инфекциями, системным воспалением, нарушением кроветворения и анемией, задержкой в развитии. В тканях всех пациентов обнаружили мутации в Dоск11 и нарушение функции CDC42. Кроме того, ученые получили мышей и рыбок Danio rerio с нокаутом этого гена. У нокаутных животных также были нарушены процессы образования клеток крови и развивалось воспаление. Т-лимфоциты пациентов и трансгенных животных демонстрировали активную выработку медиаторов воспаления — цитокинов. В случае с рыбками данио-рерио исследователи смогли обратить патологические процессы путем экспрессии конститутивно активного CDC42, который функционировал в отсутствие продукта гена Dоск11.

Онкология

На текущей неделе в журнале Nature были опубликованы сразу две работы разных исследовательских групп из США, посвященные развитию злокачественных опухолей у мужчин и вкладу Y-хромосомы в эти процессы.

4. Авторы первой из статей сообщили, что утрата Y-хромосомы ассоциирована с повышенным риском развития агрессивного рака мочевого пузыря и худшим прогнозом выживаемости. В линиях человеческих опухолевых клеток и на мышиных моделях рака ученые выявили связь между этой мутацией и подавлением иммунитета в микроокружении опухоли. В частности, при помощи проточной цитометрии и других методов они выявили ассоциированное с таким вариантом истощение CD8⁺ Т-клеток. В то же время имелся и положительный эффект — утрата Y-хромосомы была связана с лучшим ответом на иммунотерапию ингибиторами контрольных точек иммунитета. Так, опухоли, клетки которых были лишены Y-хромосомы, показали большую чувствительность к иммунотерапии анти-PD-1 в экспериментах in vitro и in vivo. Это демонстрирует, что функционирование иммунной системы при борьбе с раковыми клетками зависит от присутствия Y-хромосомы.

5. Другая группа ученых описала возможные причины более высокого риска метастазирования и смертности при колоректальном раке у мужчин. Экспериментаторы разработали мышиную модель этого заболевания, которая основана на индуцибельной экспрессии онкогенной мутантной формы Kras. Транскриптомный анализ показал, что его мутация сопряжена с ростом экспрессии гена Kdm5d, расположенного на Y-хромосоме. Из-за этого нарушался контакт между эпителиальными клетками и структура компонентов главного комплекса гистосовместимости I. Нокаут Kdm5d в клетках печени мышей при помощи CRISPR-Cas9 снижал активность метастазирования опухолевых клеток и стимулировал их уничтожение Т-клетками. Авторы заключили, что при колоректальном раке повышенная экспрессия этого гена Y-хромосомы способствует развитию опухоли, поскольку нарушает межклеточные контакты и способствует миграции опухолевых клеток, а также снижает противоопухолевый иммунный ответ.

Терапия

6. Американские специалисты сообщили о результатах третьей стадии клинических испытаний новой схемы подавления реакции «трансплантант против хозяина» при аллогенной пересадке стволовых клеток. Это частое осложнение такой трансплантации, которая проводится пациентам с раком крови. Стандартный протокол в подобных случаях подразумевает сочетание такролимуса и метотрексата. Экспериментальная схема включает три препарата: циклофосфамид, такролимус и микофенолат мофетила. Для оценки эффективности нового подхода исследователи собрали более 400 пациентов с раком крови, которым провели трансплантацию стволовых клеток, и разделили их на две группы. Спустя год после трансплантации исследователи оценили состояние пациентов: они отслеживали реакцию «трансплантант против хозяина», рецидивы или прогрессирование болезни и уровень смертности. В группе, которая прошла курс экспериментальной терапии, процент выживших пациентов без отторжения трансплантата и рецидивов рака был выше — 52,7% против 34,9% в группе, получавшей стандартное лечение. Кроме того, если реакция отторжения все же развивалась, ее течение было менее серьезным при новом варианте терапии. Остальные показатели между двумя группами не различались. Исследователи подчеркивают важность полученных результатов — по словам ведущего автора, доктора Хавьера Боланос-Меаде, препараты стандартной терапии достаточно токсичны, а новая схема подходит даже для пожилых людей.

Нейробиология

7. Исследователи из Каролинского института в Швеции описали строение глутаматергического нервного пути, который связывает части промежуточного мозга и вовлечен в формирование негативных эмоций. Авторы использовали мышиную модель и применили пэтч-секвенирование (Patch-seq) клеток, чтобы объединить электрофизиологические и молекулярные данные об особенностях нейронов в единую картину. Ученые обнаружили шесть популяций нейронов, каждая из которых обладала уникальными молекулярными профилями и пространственным расположением нервных волокон. Активность этих популяций была связана с различными аспектами поведения. Так, оптогенетическая стимуляция нейронов, экспрессирующих рецепторы к эстрогену, сопровождалась аверсивными (негативными) эмоциональными реакциями грызунов. Профиль активности этих нейронов в ответ на стресс сильнее менялся у самок мышей, что делало их более чувствительными к воздействию стрессоров по сравнению с самцами. Авторы работы заключили, что идентифицированные ими нейроны в промежуточном мозге мышей выступают в качестве субстрата негативных эмоций и чувствительности к стрессу, а также объясняют связанные с ними межполовые различия.

8. Международный коллектив исследователей составил карту распределения рецепторов нейромедиаторов в головном мозге макак Macaca fascicularis. При помощи авторадиографии срезов мозга авторы работы оценили плотность 14 типов рецепторов — рецепторов глутамата, ГАМК, ацетилхолина, норадреналина, серотонина и дофамина, — в 109 областях коры. Полученные данные они объединили с информацией о величине дендритов и шипиков, связях нейронов и экспрессии генов в них, а также результатами фМРТ. Первое, что отметили исследователи — распределение рецепторов по нейронам коры мозга макак подчиняется небольшому числу градиентов. Первый из них согласуется с иерархичностью коры и разделением зон обработки сенсорной информации и когнитивных центров. Авторы полагают, что различия в распределении рецепторов могут обеспечивать быструю и надежную обработку сенсорной информации, а также медленное и гибкое усвоение когнитивной. Иными словами, молекулярная и функциональная организация коры взаимосвязаны. Второй градиент, определяемый серотониновыми рецепторами, оказался схож для мозга макак и людей. Это потенциально позволит использовать макак в качестве модели для изучения процессов, связанных с серотониновой системой.

9. Ученые из США, Японии и Британии разработали животную модель, которая позволит изучать активность нейронов прижизненно и неинвазивно. Они предложили использовать кальмара Euprymna berryi, в геноме которого нокаутированы гены синтеза пигментов — такие моллюски были альбиносами, а их ткани стали прозрачными. Для создания такой модели авторы работы использовали технологию CRISPR-Cas9. Как выяснили в ходе экспериментов, для получения кальмаров-альбиносов необходимо отключить сразу два гена — Tdo и Ido, которые кодируют ферменты для образования пигментов глаз и покровов. Однако жизнеспособными оказались только гетерозиготы Tdo^+/-Ido^+/-, которые были получены в результате дополнительных скрещиваний. Удобство их использования в целях нейровизуализации продемонстрировали на примере оценки кальциевых токов в мозге при предъявлении визуальных стимулов.  

Подробнее о модельных кальмарах-альбиносах — на PCR.NEWS

Технологии

10. Международный коллектив исследователей спроектировал маленького робота из мягких материалов, который способен осуществлять безопасные процедуры минимально инвазивным путем. Применение подобных разработок в медицине осложнено, в частности, внедрением в них источника воздействия из твердого материала, которое делает конструкцию небезопасной. Преодолеть эти сложности ученым помогло вдохновение панголинами — животными, способными сохранять подвижность, несмотря на жесткий покров из чешуек. Созданный в форме этого зверька робот из двухслойных пластин обладал нужной подвижностью и при этом был способен локально выделять тепло под действием переменных магнитных полей. Предложенная конструкция быстро (менее чем за 30 секунд) преодолевала расстояния более 5 см и осуществляла нагрев выше 70 градусов. В ходе испытаний робот показал способность добираться до труднодоступных мест и контролируемо изменять форму. Кроме того, он обладал функцией выборочно выделять заранее загруженное в него содержимое и размагничиваться. Авторы работы также сообщили, что их разработка показала эффективность в остановке кровотечений и создании локальной гипертермии тканей в экспериментах ex vivo.

11. Китайские исследователи разработали новый способ доставки в кишечник полезных бактерий (пробиотиков) Bacillus coagulans, с которыми конкурируют размножающиеся при колите патогенные бактерии семейства Enterobacteriaceae. Авторы предположили, что пероральный прием пробиотиков в составе микрогеля на основе вольфрамата кальция обеспечит эффективный транспорт к пораженным участкам. Эту гипотезу проверили на мышиной модели колита. Микрогель оказался устойчив к агрессивным условиям пищеварительного тракта. Его действие основано на патофизиологии колита: в очагах воспаления при этом заболевании активно синтезируется белок кальпротектин. Он связывал содержащийся в геле кальций и тем самым высвобождал вольфрам. В свою очередь, вольфрам встраивался в структуру ферментов энтеробактерий и подавлял жизнедеятельность последних, не оказывая при этом влияния на доставляемые пробиотики. Избирательное уничтожение патогенов освободило нишу для заселения полезными микроорганизмами. Это также восстановило синтез белков, формирующих межклеточные контакты, и и целостность слизистой оболочки кишечника. После применения геля у модельных мышей восстановилась длина кишечника, барьерные функции его слизистой оболочки и состояние микробиома.

Микробиология

12. Результатом международной коллаборации ученых стало подтверждение того, что бактерии рода Paenibacillus причастны к развитию постинфекционной гидроцефалии у новорожденных детей Уганды. В исследование включили матерей без/с родильной горячкой, а также младенцев без/с гидроцефалией с предварительно подтвержденной/исключенной инфекцией, приводящей к сепсису и менингиту. У женщин собирали кровь, мазки из влагалища и образцы плаценты, у детей – кровь и спинномозговую жидкость. Биоматериал анализировали на наличие ДНК бактерий методом ПЦР. Бактерии Paenibacillus spp. действительно были ассоциированы с гидроцефалией, но не родильной горячкой. Эти микроорганизмы были обнаружены в 44% случаев постинфекционной гидроцефалии, причем в 41% случаев это был вид P. thiaminolyticus, о котором сообщали в 2020 году. Передачу инфекции от матери исключили после того, как в полученных от матерей образцах не обнаружили бактерий. Исследователи предположили, что источник заражения нужно искать в окружающей среде, поскольку очаги постинфекционной гидроцефалии располагались близко друг от друга.

Подробнее о гидроцефалии в Уганде — на PCR.NEWS

Геномика растений

13. Исследователи из Китая и США обозначили геномные подходы к сохранению диких предков культурных растений. Свой выбор экспериментаторы остановили на дикорастущих и культивируемых представителях рода Fortunella (кумкват). Ученые секвенировали геномы 73 образцов растений и соотнесли результаты с данными об их экологии, географии и фенотипических особенностях. Анализ выявил множественные случаи интрогрессии, то есть переноса генов, диким видам от культурных сородичей. Характер этого процесса, а также накопление вредоносных мутаций (генетического груза) в популяциях зависели от репродуктивных моделей, используемых растениями. Так, в образцах апомиктических представителей Fortunella, у которых развитие семян происходило без оплодотворения, интрогрессированные участки и вредоносные генетические варианты сохранялись в гетерозиготном состоянии. При размножении с оплодотворением, напротив, происходило накопление рецессивных мутантных аллелей. Кроме того, исследователи обнаружили следы самонесовместимости у кумкватов, выбравших половое размножение, что позволило им предотвратить самоопыление и сокращение генетического разнообразия.