Обзор научной периодики за 8–14 февраля (без коронавируса)

Секвенирование

1. Исследователи из Национального института психического здоровья США обнаружили связь между транскриптомом мозга и психическими заболеваниями. Они секвенировали РНК из посмертных образцов передней поясной коры мозга 200 доноров с биполярным расстройством, шизофренией, большим депрессивным расстройством и без психических расстройств. Сравнение экспрессии 85 000 генов в группах заболеваний и контрольной группе выявило умеренные различия в экспрессии. Сравнение вариантов транскриптов у больных с разными диагнозами, напротив, показало, что существуют гены, экспрессия которых может быть ассоциирована с определенным психическим расстройством. Авторы пишут, что необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять функции различных транскриптов в конкретных областях мозга и типах клеток (подробнее — на PCR.news).

2. Ученые из США применили платформу 10X Genomics Visium для составления пространственного атласа дорсолатеральной префронтальной коры мозга. Статья опубликована в Nature Communications. При помощи секвенирования РНК единичных ядер авторы изучили экспрессию генов в шести слоях дорсолатерального префронтального кортекса. Для работы использовались посмертные образцы от трех здоровых людей. Наложение полученных данных на имеющиеся данные по дифференциальной экспрессии генов при нейропсихиатрических заболеваниях показало, что некоторые маркеры экспрессии ассоциированы с расстройствами аутистического спектра и шизофренией. Также выяснилось, что многие широко используемые маркеры слоев мозга, обнаруженные ранее на модельных грызунах, не дают четких сигналов в коре головного мозга взрослого человека. То есть, при изучении психических состояний необходимо работать с человеческими образцами. Все полученные данные и использованный код доступны через разработанное авторами статьи веб-приложение SpaceLIBD.

Молекулярная диагностика

3. Ученые предложили способ пренатальной диагностики и терапии двух редких заболеваний, синдрома Беквита-Видемана и синдрома Сильвера-Рассела, связанных с избыточным и недостаточным ростом соответственно. Значительная часть случаев этих заболеваний связана с недостаточной или избыточной экспрессией инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF2). Ученые разработали мышиные модели синдромов и обнаружили, что уровень IGF2 в амниотической жидкости может служить диагностическим критерием. Далее они валидировали модель, показав, что генетическая нормализация уровня IGF2 избавляет плод от проявления фенотипических признаков синдромов, а именно уменьшения или увеличения внутренних органов. Кроме того, ученые скорректировали фенотип синдрома Беквита-Видемана фармакологически, снизив активность сигнального пути IGF2 на поздних сроках беременности. В дальнейшем авторы планируют подтвердить полученные данные в клинических испытаниях.

4. Жидкая биопсия укажет на тяжесть заболевания и определит резистентность опухолевых клеток к терапии. Исследование, опубликованное в JCO Precision Oncology, интересно потому, что одобренные FDA для применения в клинической практике методы жидкой биопсии не используются для диагностики олигометастатического колоректального рака. Авторы новой работы использовали секвенирование AVENIO для анализа циркулирующей опухолевой ДНК в образцах плазмы, опухоли и мочи, взятых в день операции у 24 пациентов с олигометастатическим колоректальным раком. Исследование показало, что более низкие уровни циркулирующей опухолевой ДНК коррелируют с успешным ответом на раннюю химиотерапию. При этом обнаружение остаточной болезни методом жидкой биопсии лучше предсказывает исход, чем определение остаточной болезни в хирургических образцах.

Иммунология

5. Отдел геномики адаптивного иммунитета ИБХ РАН с коллабораторами опубликовали статью в Nature Aging, посвященную иммунной системе слепышей — маленьких грызунов-долгожителей, которые, как и голые землекопы, гораздо реже болеют раком по сравнению с другими млекопитающими. Чтобы понять механизмы, обеспечивающие слепышам большую продолжительность жизни и здоровое старение, исследователи провели анализ репертуаров Т-клеточных рецепторов у слепышей пяти различных возрастов: от новорожденных до достигших 20-летнего возраста. У большинства животных с возрастом снижается разнообразие Т-клеточных рецепторов. Это происходит за счет иммунизации в течение жизни различными антигенами и запоминания этих антигенов путем клональной экспансии иммунных клеток, реагирующих на них. Согласно комментарию Дмитрия Чудакова, заведующего Отделом геномики адаптивного иммунитета, формирование клонов клеток памяти хоть и защищает нас от повторного заражения инфекционными заболеваниями, постоянная активность иммунной системы с возрастом приносит больше проблем, чем пользы. Ученые выяснили, что у слепышей клональная экспансия Т- и В-клеток, обеспечивающих адаптивный иммунитет, менее интенсивная. Экспрессия основных факторов транскрипции дифференцировки Т-клеток и генов цитотоксичности у слепышей с возрастом остается низкой. Кроме того, сохраняется разнообразние репертуаров иммуноглобулинов М, что говорит о более короткой В-клеточной памяти. Такая уникальная стратегия организации иммунной системы может служить основой долголетия и здорового старения этого животного.

Биоинформатика

6. Коллектив авторов из США и Китая исследовал интерактом, или карту белок-белковых взаимодействий (protein-protein interactions, PPI), связанный с патогенными мутациями. Ученые работали с данными из Базы данных мутаций генов человека, Атласа генома рака, Консорциума агрегации экзомов и проекта «1000 геномов». Они обнаружили, что генетические патологии часто происходят из-за мутаций в областях белков, которые отвечают за белок-белковые взаимодействия. Соматические мутации клеток опухолей, ведущие к нарушениям белок-белковых взаимодействий, также связаны с выживаемостью пациента или ответом на лекарства. Ученые идентифицировали 470 предполагаемых онкоPPI и продемонстрировали, что их наличие сильно коррелирует с выживаемостью и смертностью пациентов, а также устойчивостью и чувствительностью к лекарствам. Кроме того, они экспериментально подтвердили сетевые эффекты 13 онкоPPI.

7. Запрограммирован ли дневной сон генетически? Согласно вышедшей в Nature Communications статье, да. Ученые из Массачусетской больницы общего профиля провели полногеномный поиск ассоциаций (genome-wide association studies, GWAS) по базам данных UK Biobank и 23andMe. В базе UK Biobank нашлось 123 локуса, связанных с любовью к дневному сну. Далее исследователи независимо воспроизвели выводы о 61 найденном локусе на данных 23andMe. Среди «локусов дневного сна» есть гены, мутации которых служат мишенями для лекарств от расстройств сна (HCRTR1, HCRTR2); гены, связанные с гипервозбуждениием (TRPC6, PNOC), а также ожирением и гиперсонливостью (PNOC, PATJ). Кластерный анализ выявил три кластера генов дневного сна, ассоциированных с кардиометаболическим здоровьем. Дополнительный анализ показал потенциальную причинно-следственную связь между большей склонностью к дневному сну и повышением артериального давления и окружности талии. Это говорит о том, что возможная польза или вред сиесты определяются индивидуальной предрасположенностью.

Органоиды

8. Ученые из Кембриджа разработали новый метод выращивания органоидов и получили с его помощью достаточно большую модель дыхательных путей мыши. Мини-легкие выращивались из стволовых клеток взрослой мыши в специальной полимерной форме и отделялись от формы, когда достигали нужного размера. Новый метод, названный Multi‐Organoid Patterning and Fusion (MOrPF), позволяет вырастить органы в натуральную величину. Исследователи планируют использовать свой метод для создания трехмерного «органа на чипе». Эта технология делает возможным непрерывный мониторинг клеток в реальном времени, может быть использована для разработки новых методов лечения болезней и позволит сократить количество лабораторных животных. Наконец, использование стволовых клеток от пациентов поможет в разработке персонализированных методов лечения.

9. При помощи CRISPR-Cas9 ученые заменили в клетках мозга человека аллель гена NOVA1 на вариант, встречающийся у неандертальцев и денисовцев, и вырастили из них органоиды мозга. Единичная замена изменила фенотип получившихся органоидов, и с помощью них исследователи планируют изучить процессы эволюции мозга, происходившие с людьми современного типа. Статья опубликована в журнале Science. NOVA1 регулирует альтернативный сплайсинг в развивающейся нервной системе и служит главным регулятором генов, ответственных за образование синапсов. Органоиды, экспрессирующие архаичный вариант, были меньшего диаметра во время пролиферации и стадии созревания и имели гораздо более сложную шероховатую поверхность. Кроме того, в «неандертальских» органоидов было больше апоптотических клеток, и клетки размножались медленнее, чем модельные клетки человека (подробнее — на PCR.news).

Синтетическая биология и биоинженерия

10. Исследователи из Университета Аризоны создали конструкцию из конкурирующих генов, работающих по принципу «победитель получает все». Вводимые генетические контуры соединяются в цепи и конкурируют друг с другом за ограниченные ресурсы клетки несмотря на то, что они предназначены для выполнения различных функций. Один контур в цепи потребляет 90% доступных ресурсов клетки-хозяина и оставляет «проигравшему» контуру только 10%. Авторы статьи разработали способ вставки отдельных генных контуров в несколько клеток-хозяев, которые работали бы вместе. Каждая клетка выполняет определенную функцию, и не возникает нежелательной конкуренции между генами за ресурсы. Вместо того, чтобы разделять ресурсы между генами, каждая клетка может выполнять 100% назначенной лично ей нагрузки. Таким образом, согласно модели, каждая генная цепь становится победителем. Авторы планируют применить созданную конструкцию для лечения рака, предотвращая метастазирование клеток. Такие синтетические схемы, экспрессируемые в раковых клетках, будут делать их более восприимчивыми к лечению.

11. Лаборатория Джорджа Черча с коллабораторами модифицировали аденоассоциированный вирус так, чтобы он мог уклоняться от активации врожденного иммунитета при проникновении вирусной ДНК в клетку. Статья опубликована в журнале Science Translational Medicine. Аденоассоциированные вирусы (AAV) часто используются в генной терапии, однако вирусные капсиды и вирусный геном могут активировать иммунную систему человека и привести к побочным эффектам вплоть до летального исхода. Известно, что иммунный ответ на AAV часто возникает при активации рецептора врожденного иммунитета TLR9, реагирующего на чужеродную ДНК в клетке. Чтобы избежать иммунного ответа, ученые включили в геном вектора короткие ДНК-олигонуклеотиды, противодействующие активации TLR9. Сконструированные векторы заметно меньше активировали врожденный иммунитет и Т-клеточный ответ в мышиных моделях, а также у свиней и макак. Новый конструкт при субретинальном введении высоких доз AAV предотвратил увеит у свиней, однако при введении вектора макакам заболевание удалось задержать, но не предотвратить. Авторы предполагают, что существуют и другие механизмы, приводящие к токсичности вектора, планируют искать дополнительные пути, которые позволят сделать генную терапию еще эффективнее и безопаснее.

12. Ученые из Университета Райса соединили каталитически неактивную нуклеазу dCas9 с хроматинкиназой и получили комплекс, который способен активировать гены. Фосфорилирование гистонов позволяет эукариотическим клеткам быстро реагировать на стимулы окружающей среды и изменять активность генов. Несмотря на то, что роль фосфорилирования гистонов в изменении экспрессии генов хорошо изучена, технологий, позволяющих специфично фосфорилировать гистоны, до сих пор не существовало. Ученые создали программируемую хроматинкиназу dCas9-dMSK1, добавив к dCas9 усеченный вариант гистоновой киназы MSK1 человека. Нацеливание dCas9-dMSK1 на промоторы приводит к увеличению фосфорилирования гистонов-мишеней и активации генов. Кроме того, с помощью полногеномного скрининга с использованием dCas9-dMSK1 ученые обнаружили механизмы устойчивости к ингибитору BRAF^V600E PLX-4720 в клетках меланомы человека. Авторы статьи планируют создание набора методов для эпигенетического программирования клеток.

Происхождение человека

13. В журнале Nature опубликован обзор, авторы которого оспаривают концепцию единомоментного появления человека современного типа. Ученые из Института Френсиса Крика и Института Макса Планка в Йене утверждают, что найденные ископаемые останки человека современного типа и его ближайших родственников, неандертальцев и денисовцев, не позволяют говорить о существовании одного определенного места и времени появления Homo sapiens. Авторы выделили три главных временных промежутка становления человека современного типа. Самая последняя фаза (40–60 тыс. лет назад) включает распространение по всему миру современных людей и их последние известные контакты с неандертальцами и денисовцами. Вторая фаза (60–300 тыс. лет назад) связана с широким разнообразием человеческой популяции до выхода из Африки. Самая первая фаза (0,3–1 млн. лет назад) включает дивергенцию предков H. sapiens от архаических человеческих групп. Ученые считают, что, возможно, не было момента, когда большая часть наших предков жила бы в пределах одного небольшого региона.

Новости бизнеса

14. После дебюта в прошлом году компания Hyperfine Research привлекла 90$ млн. для внедрения в клиническую практику портативного колесного прикроватного МРТ-сканера в США и по всему миру. Раунд серии D компании поддержали инвестиционные фонды GV (ранее известный как Google Ventures), Nextrans, Axiom Associates, Huami, Colle Capital, LSS и Altium Capital. Фонды также будут поддерживать программы развития компании, направленные на получение новых нормативных разрешений для программного обеспечения на основе искусственного интеллекта. Система Swoop от Hyperfine предназначена для сканирования головы, при этом ее вес составляет примерно одну десятую от обычной системы МРТ. Она работает от обычной розетки, управляется планшетом и достаточно мала, чтобы поместиться в лифте. Это позволяет, например, доставить ее в отделение реанимации для сканирования мозга пациента, перенесшего инсульт, вместо того, чтобы подвергать пациента транспортировке в отделение радиологии.