Нейротрансмиттеры в яде рыбы-камня и другие новости недели

Нейробиология и когнитивные науки

1. Ранее считалось, что тремор при болезни Паркинсона вызван дефицитом дофамина, но у некоторых пациентов от этого симптома не удавалось избавиться даже при приеме леводопы — напротив, иногда тремор даже усиливался. Ученые из Бразилии и Португалии проанализировали данные однофотонной эмиссионной компьютерной томографии DaT-SPECT 432 пациентов с болезнью Паркинсона. Этот метод позволяет визуализировать дофаминергические нейроны в разных участках мозга. Оказалось, что тремор чаще всего встречается у тех пациентов, у которых лучше сохранены дофаминергические окончания хвостатого ядра. Ученые отметили, что тремор обычно появляется с той же стороны тела, к которой относится полушарие, где в хвостатом ядре сосредоточено больше дофаминергических окончаний. При этом чем лучше они сохранены, тем серьезнее проявления тремора.

2. Ученые из NASA (США) проверили, как меняются когнитивные способности астронавтов во время и после космических путешествий. В исследовании приняли участие 25 астронавтов, которые провели на МКС в среднем 6 месяцев. Им давали выполнять тесты на разные когнитивные способности. Астронавты выполняли тесты до отправки в космос, в начале и конце полета, а также через 10 и 30 дней после возвращения на Землю. Когнитивные способности астронавтов оказались довольно стабильными, а ухудшались в основном те их виды, что и у обычных людей при стрессах. Так, в начале полета астронавты медленнее выполняли задания, связанные со скоростью обработки, внимательностью и визуальной памятью, но это не сказывалось на точности. Длительного снижения когнитивных способностей, тем не менее, не наблюдалось: если внимательность восстанавливалась еще во время полета, то скорость обработки информации возвращалась в норму по окончании космической миссии.

3. Исследователи из США, Германии и Испании представили вычислительную модель, согласно которой отдельные клетки и даже одноклеточные организмы, такие как инфузории и амебы, способны к обучению. В частности, ученые рассмотрели его простейшую форму — привыкание (habituation). Привыкание происходит, когда после повторения какого-то определенного стимула организм постепенно перестает на него отвечать. В вычислительной модели ученые рассмотрели простейшие и наиболее распространенные биохимические процессы, которые могут обеспечивать привыкание одноклеточных организмов: цикл отрицательной обратной связи (negative feedback loop) и цикл несвязанного упреждения (incoherent feedforward loop). В первом случае в ответ на стимул запускается процесс, который в итоге подавляет сам себя, во втором случае стимул одновременно запускает и сам ответ, и процесс, который его подавляет. Ученые считают, что будущие исследования в этой области могут объяснить поведение бактерий, которые привыкают к антибиотикам, раковых клеток, которые привыкают к химиотерапии, или иммунных клеток, которые перестают атаковать раковые клетки.

Яды

4. Ученые из Австралии и Бельгии проанализировали состав токсинов двух видов рыбы-камня, Synanceia verrucosa и S. horrida, которая считается одной из самых ядовитых рыб. В отличие от большинства работ, в которых исследуются белки, входящие в состав яда рыбы-камня, ученые сосредоточились на его малых молекулах, для анализа которых использовали ЯМР и масс-спектрометрию. В состав яда рыбы-камня вошли важные нейротрансмиттеры — гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), холин и ацетилхолин. Яд S. horrida мог активировать никотиновые ацетилхолиновые рецепторы человека α7 (экспрессируется нейронами) и α1β1δε (экспрессируется мышцами). Яды обоих видов рыбы-камня также могли активировать рецептор ГАМК человека. Так ученые впервые описали ГАМК как компонент яда рыб. Они предположили, что нейротрансмиттеры в яде рыбы-камня могут влиять на нейроны, мышцы и сердечно-сосудистую систему человека.

Физиология

5. Ученые из Университета Уолла-Уолла (США) выяснили, что смена цвета у красных осьминогов (Octopus rubescens) связана с огромными энергетическими затратами. Они получили 17 образцов кожи красных осьминогов и измеряли потребление ими кислорода, когда хроматофоры в коже были неактивны или когда их, наоборот, активировали синим светом. Затем ученые рассчитали общее потребление энергии, приняв во внимание всю площадь поверхности тела осьминога и его массу. Оказалось, что для одновременной активации всех хроматофоров в коже осьминога требуется столько же энергии, сколько расходуется базальным метаболизмом для поддержания всех физиологических функций организма осьминога. Ученые предположили, что именно из-за таких высоких энергетических затрат осьминоги могут предпочитать вести ночной образ жизни, а смена цвета почти не встречается у глубоководных животных.

6. Международный коллектив ученых показал, что причиной эффекта «йо-йо», при котором после похудения вес возвращается к прежней точке, является эпигенетическая память адипоцитов. Они провели транскриптомный анализ адипоцитов мышей с ожирением и выяснили, что при похудении изменения в экспрессии генов, возникшие при ожирении, не исчезают. Это обеспечивается эпигенетическими механизмами: например, активацией или инактивацией промоторов генов. В результате адипоциты мышей, у которых когда-то было ожирение, даже после похудения более охотно возвращались в состояние ожирения, когда мышей снова переводили на диету с повышенным содержанием жиров. Схожие эффекты ученые выявили при транскриптомном анализе человеческих адипоцитов.

Подробнее — на PCR.News.

Онкология

7. Ученые из Онкологического центра им. М.Д. Андерсона Техасского университета и Медицинского колледжа Бэйлора (США) провели секвенирование ДНК отдельных клеток для 83 206 клеток эпителия молочной железы, полученных от 49 здоровых женщин. Они обнаружили, что у всех этих женщин встречались анеуплоидные клетки, причем на их долю приходилось около 3,19% всех клеток эпителия. Чем выше был возраст женщины, тем чаще у нее встречались такие анеуплоидные клетки. В большинстве случаев (>80%) в анеуплоидных клетках происходила дупликация хромосомы 1q либо делеции хромосом 10q, 16q или 22q. Эти хромосомные мутации часто встречаются при инвазивном раке молочной железы. В основном анеуплоидия возникала в протоковом эпителии — именно его клетки чаще всего превращаются в раковые.

8. Только определение генетических мутаций в глиобластоме не позволяет определить ее чувствительность к терапии, поэтому ученые из США провели BH3-профилирование 30 глиобластом. Это позволило выяснить, связана ли устойчивость раковых клеток к апоптозу с белками семейства Bcl-2. Оказалось, что даже опухоли с p53 дикого типа могут становиться резистентными к терапии из-за активности Bcl-2, хотя на основе только функционального BH3-профилирования тоже невозможно сделать точные прогнозы. В результате ученые объединили анализ мутаций и BH3-профилирование в модель машинного обучения GAVA, которая могла предсказывать чувствительность глиобластомы к тому или иному лекарству с точностью выше 95%. Используя эту модель, ученые показали, что экспериментальный препарат ABBV-155 (конъюгат антитела и лекарства, нацеленный против Bcl-XL) эффективен для лечения глиобластомы, особенно в комбинации с другими препаратами.

9. Ученые из Вашингтонского университета (США) предложили пробиотик Sb_haPD-1 на основе дрожжевого штамма Saccharomyces serevisiae var. boulardii, который секретирует ингибиторы иммунных чекпоинтов при лечении различных типов рака желудочно-кишечного тракта. Такой пробиотик можно принимать перорально. Препарат уже протестировали на мышах с опухолями кишечника, которые получали ингибиторы иммунных чекпоинтов либо в виде внутривенной инъекции, либо в виде пробиотика. В итоге у животных, которые получали пробиотик перорально, развивалось меньше опухолей, чем в контрольной группе и в группе, которой лекарство вводили внутривенно.

Новые атласы клеток человека

10. Исследователи из Великобритании получили мультиомный атлас, отражающий ранние этапы развития скелета человека (в период с 5 по 11 недель после зачатия). Для этого ученые проанализировали около 336 тысяч ядер на транскрипционном и эпигенетическом уровне. С помощью атласа ученые показали, что сначала появляются хондроциты — клетки хряща, на которые впоследствии нарастает кость. Этот процесс происходит во всех костях организма, кроме свода черепа — за его развитие отвечают другие клетки. Исследователи выявили генетические мутации, которые влияют на формирование свода черепа и могут приводить к краниосиностозу — раннему закрытию черепных швов, которое снижает объем черепа. Они также нашли генетические варианты, ассоциированные с повышенным риском остеоартроза бедра у взрослых, причем эти варианты затрагивают эмбриональные клетки, участвующие в развитии скелета.

11. Ученые из Института Сенгера (Великобритания) и коллабораторы представили атлас клеток тимуса человека. Для этого они анализировали образцы тимуса эмбрионов (в период с 11 по 21 недели после зачатия) и детей в возрасте до трех лет с помощью секвенирования РНК отдельных клеток (scRNA-seq), пространственной транскриптомики и протеомики. Полученный клеточный атлас позволил выяснить, как тимус меняется в ходе развития и как обеспечивается дифференцировка Т-клеток. При этом исследователи показали, что уже к 12-й неделе эмбрионального развития тимус становится функциональным, хотя ранее считалось, что он начинает выполнять свои функции гораздо позже.

Подробнее — на PCR.News.

Малярия

12. Развитие тяжелой формы малярии связано с взаимодействием белков PfEMP1, которые выделяются малярийным плазмодием, с рецепторами EPCR на эндотелиальных клетках человека и накоплением зараженных эритроцитов в микрососудах. Ученые из США выделили у двух людей два вида нейтрализующих антител, которые могут блокировать связывание различных форм PfEMP1 с EPCR. На их основе исследователи получили моноклональные антитела и на искусственных микрососудах мозга показали, что благодаря им можно предотвратить развитие тяжелой формы малярии. Структурный анализ продемонстрировал, что эти антитела связываются с тремя консервативными аминокислотами в вариативном домене CIDRα1 белка PfEMP1, с помощью которого он связывается с EPCR. Из-за этого эти антитела способны блокировать широкий спектр PfEMP1, а потому могут лечь в основу лекарств или вакцин от малярии.

Генная терапия

13. Ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне, Института Брода Массачусетского технологического университета и Гарварда (США) разработали генную терапию аутосомно-рецессивного пигментного ретинита — болезни, которая приводит к дегенерации сетчатки и потере зрения. Они скорректировали миссенс-мутацию E150K в гене RHO, который кодирует родопсин. Для этого ученые использовали редактор аденина на основе системы CRISPR/Cas9, который доставляли в системе из двух аденоассоциированных вирусов через субретинальную инъекцию. Такая генная терапия восстанавливала функцию родопсина в 44% случаев у мышей, но только если ее вводили животным не позднее 15 дней после рождения. Благодаря нормальной экспрессии родопсина у мышей восстанавливалась структура и функция сетчатки.

Антибиотики

14. Даробактины — это пептидные антибиотики, которые впервые были выделены из энтомопатогенной бактерии Photorhabdus knanii и активны против грамотрицательных бактерий. Международный коллектив ученых получил производное даробактина D22, улучшив его антибактериальную активность. Действие антибиотика проверили на мышах с инфицированным Pseudomonas aeruginosa бедром, вызванным кишечной палочкой перитонитом, а также инфекцией мочевыводящих путей. Хотя в случае с P. aeruginosa антибиотик и оказался эффективен, но не смог полностью вылечить инфекцию, а при инфекции мочевыводящих путей уступал гентамицину. D22 также повысил выживаемость эмбрионов данио-рерио, инфицированных Acinetobacter baumannii, при этом он был так же эффективен, как антибиотик широкого спектра действия ципрофлоксацин. По мнению исследователей, эти результаты демонстрируют перспективность даробактинов и открывают возможности для их дальнейших модификаций.