Обзор научной периодики за 9–15 декабря

Онкология и онкогенез

1. Мутантные изоформы малой ГТФазы KRAS являются одними из важнейших (и сложнейших) мишеней для терапии опухолей. Мутанты KRAS модифицируют метаболизм опухолевых клеток, увеличивая поглощение глюкозы и долю гликолитических путей в энергетическом обмене. Ранее влияние KRAS на метаболизм объяснялось главным образом опосредованной регуляцией транспорта и катаболизма глюкозы. Однако, авторы исследования, опубликованного в Nature показали, что изоформа ГТФазы KRAS4A напрямую связывается с гексокиназой HK1, которая является первым звеном метаболизма глюкозы в клетке. Связывание обуславливается колокализацией KRAS4A и HK1 на мембране митохондрий, которая, в свою очередь, обеспечивается селективным пальмитоилированием-депальмитоилированием ГТФазы. По мнению исследователей, дальнейшее изучение влияния KRAS на метаболизм глюкозы позволит выявить уязвимые точки этой сигнальной цепи, воздействуя на которые, можно блокировать развитие опухолей.

2. Высококонсервативный белок Rap1 долгое время считался важным компонентом теломерного комплекса, функция которого не была понятна до конца. Гомологи этого белка обнаружены практически у всех эукариот, начиная с дрожжей. Выяснилось, однако, что у млекопитающих, в отличие от дрожжей, Rap1 не является критичным для поддержания структуры и длины теломер. На основе этого факта консорциум исследователей из Сингапура, Кореи, Японии и Китая предположил, что у Rap1 высших эукариот есть какая-то иная и не менее важная функция. Проведённые исследования показали, что Rap1 может взаимодействовать с хроматином не только в области теломеры, но и в области двухцепочечных разрывов хромосомной ДНК. Оказалось, что белок связывается с различными компонентами комплекса репарации двухцепочечных разрывов в ДНК. У мышей, дефектных по продукции Rap1, устойчивость к агентам, повреждающим ДНК, оказалась значительно сниженной по сравнению с животными дикого типа. Наиболее чувствительными к отсутствию Rap1 оказались стволовые клетки. С другой стороны, анализ опухолей молочной железы показал, что повышенный уровень продукции Rap1 коррелирует с устойчивостью к химиотерапии и снижением выживаемости. В работе, опубликованной в Nature Communications, высказывается предположение о том, что модуляция активности Rap1 может быть важным фактором успеха терапии опухолей.

3. Рабдоидные опухоли встречаются у детей. Их диагностика и терапия разработаны слабо. До недавнего времени считалось, что неоантигены в таких опухолях практически не формируются, поэтому иммунотерапия с использованием ингибиторов контрольных точек неэффективна. С этим не согласилась группа исследователей из Парижа, показав, что в рабдоидных опухолях присутствуют инфильтраты Т-клеток, а значит, опухоли вызывают иммунный ответ, который можно не только модулировать, но и использовать для поиска неоантигенов. Исследование, опубликованное в Cancer Cell, показало, что в рабдоидных опухолях нарушена регуляция экспрессии эндогенных ретровирусов и мобильных элементов. В норме белки, кодируемые этой «junk DNA”, в клетке не продуцируются. Но этому виду опухолей присуща инактивация SMARCB1, что приводит к нарушениям ремоделирования хроматина и, как следствие, к транскрипции ретроэлементов. Транскрипция индуцирует врождённый иммунитет за счёт распознавания «вирусных» СpG РНК, а трансляция этих элементов приводит к экспозиции комплексом гистосовместимости «вирусных» белков, вызывая активацию Е-клеток и их миграцию в опухоль. Таким образом, авторы указывают не только на возможность иммунотерапии рабдоидных опухолей ингибиторами контрольных точек, но и собственными Т-лимфоцитами, специфичными к «вирусным» неоантигенам.

4. О контрольных точках иммунного ответа повествует и другая работа, опубликованная в журналах группы Cell. Исследователи предположили, что повышенный уровень продукции лигандов рецепторов контрольных точек иммунитета PD-L1 и PD-L2 в опухолях связан с активацией так называемых суперэнхансеров — элементов ДНК, в норме регулирующих белки, ответственные за фенотип клеток. Ученые ингибировали суперэнхансеры соединением JQ1, не затрагивающим обычные энхансерные элементы. Оказалось, что продукция PD-L1 и PD-L2 в значительной степени ингибируется JQ1 в опухолевых клетках. Авторы изучили состояние хроматина в районе локализации генов PD-L1 и PD-L2 и обнаружили участок, содержащий гистон H3, ацетилированный по лизину-27 (H3K27Ac). Такое состояние хроматина характерно для присутствия суперэнхансера. Делеция этого участка при помощи CRISPR/Cas в опухолевой линии клеток привела к практически полному подавлению продукции PD-L1 и PD-L2. Полное ингибирование продукции PD-L1 и PD-L2 сделало опухолевые клетки крайне чувствительными к атаке Т-лимфоцитов. Обнаруженный суперэнхансер действует во многих типах опухолей, и модуляция его активности может быть использована при иммунотерапии рака.

5. Еще одна работа, опубликованная в Nature Cancer, посвящена повышению эффективности ингибиторов контрольных точек. Важную роль в подавлении действия молекул PD-1 могут играть ингибиторы трансдукции сигнала, передаваемого этими рецепторами с поверхности опухолевой клетки. Авторы обнаружили, что в клетках опухолей, слабо отвечающих на ингибирование PD-1, повышен уровень продукции киназы PAK-4, активируемой под действием p21. Нокаут PAK4 в мышиной модели опухоли повышал чувствительность опухоли к действию ингибиторов PD-1, активируя действие Т-киллеров, и увеличивал степень инфильтрации Т-клеток в тело опухоли. Химический ингибитор киназы PAK4, KPT-9274, оказывал сходное действие на клетки опухоли. Таким образом, по мнению авторов, повышенный уровень продукции PAK4 является одним из ключевых факторов резистентности опухоли к действию ингибиторов PD-1. Резистентность может быть блокирована химическими ингибиторами PAK4, что открывает новые возможности для терапии опухолей, устойчивых к блокаде сигналов, передаваемых по пути PD-1.

Вакцины

6. «Тот, кто нам мешает, тот нам поможет», — говаривал герой Мкртчяна в известной комедии. Флавивирусы вызывают энцефалиты, геморрагические и «обычные» лихорадки. Известно, что белки различных флавивирусов имеют значительную перекрёстную гомологию, что, в частности, затрудняет диагностику. Однако оказалось, что всеобщая гомологичность геномов флавивирусов может быть использована для создания вакцин. Исследование, опубликованное в Science Translation Medicine, показало, что антигенные детерминанты из флавивирусов человека можно перенести в флавивирусы насекомых без потери последними функциональности. Полученные химерные вирионы, содержащие антигены вируса Зика, инъецировали мышам и индуцировали эффективную защиту от инфекции Зика в мышиной модели. По мнению авторов работы, химерная вакцина не только расширит возможности для иммунизации (эффективные живые флавивирусные вакцины не могут применяться у иммунодефицитных пациентов), но и позволит снизить аллергические реакции, поскольку реактогенность белков культуры клеток москитов, из которой получены вакцинные вирусные частицы, относительно невысока.

7. Вакцинация может использоваться не только против острых инфекций, но и для защиты от хронического воспаления, этиология которого не всегда ясна, отмечают авторы исследования, опубликованного в Nature Communications. Хронические воспаления кишечника и метаболические синдромы крайне трудно поддаются лечению. Их связь с пертурбациями в микробиоте человека известна, но механизмы патогенеза остаются малоизученными. Известно, например, что с развитием подобных воспалительных процессов в кишечнике увеличивается доля подвижных бактерий, несущих жгутики. Была высказана гипотеза, что такие бактерии обладают повышенной способностью к инвазии в слизистые оболочки, способствуя развитию воспаления. Исследователи иммунизировали мышей флагеллином сальмонелл. У иммунизированных животных наблюдались антитела IgA к флагеллину, изменение состава микробиоты и снижение её способности к инвазии. Кроме того, иммунизация защищала от колита, вызванного дефицитом интерлейкина-10, и уменьшала накопление жира при специальной диете, индуцирующей ожирение. Флагеллин — консервативный белок, поэтому иммунизация сальмонеллезным белком может индуцировать антитела к жгутикам достаточно большого числа микроорганизмов.

Аутоиммунные заболевания

8. Изучение систем блокировки иммунного ответа проводится не только в интересах онкологов, но и для разработки терапии аутоиммунных заболеваний. В данном случае «знак» исследования меняется на противоположный: внимание сфокусировано на путях, блокирующих активацию Т-лимфоцитов. Исследователи из Йельского университета показали, что у мышей делеция рецептора VISTA (PD-1H), ингибирующего иммунный ответ, вызывает у мышей заболевание, похожее на системную красную волчанку. Поражение кожи у дефектных мышей вызывается инфильтрацией провоспалительных нейтрофилов. Авторы показали, что продукция PD-1H повышена у пациентов с волчанкой, а также у мышей линии MRL/lpr, которая считается наиболее адекватной моделью системной красной волчанки человека. Антитело-агонист PD-1H вызывало в данной мышиной модели снижение уровня аутоантител, провоспалительных цитокинов, хемокинов, блокировало экспансию аутоиммунных клеток и уменьшало поражения кожи. По мнению авторов, PD-1H является одним из ключевых рецепторов, способных влиять на прогрессию системной красной волчанки, и что его активация может быть основой для эффективной терапии этого аутоиммунного заболевания.

Микробиом

9. Сложные отношения микробиома и иммунной системы изучали авторы публикации в Cell Host & Microbe. Рассматриваемый вопрос очень интересен: каков механизм дискриминации неонатальной иммунной системой патогенных и комменсальных микроорганизмов? Авторы показали, что колонизация кожи комменсальным Staphylococcus epidermidis, вызывает толеризацию и индукцию регуляторных Т-лимфоцитов, специфичных к антигенам бактерии. В то же самое время, колонизация кожи патогенным золотистым стафилококком, не сопровождается экспансией толерогенных регуляторных Т-клеток, а последующая инфекция вызывает воспаление и продукцию IL-1β миелоидными клетками, ограничивая экспансию толерогенных Т-лимфоцитов. Авторы показали, что одним из главных факторов, ограничивающих толерогенный ответ, является присутствие альфа-токсина «алармина». Ответ на стафилококк, лишённый токсина, изменяется, делаясь толерогенным, в то время как местная аппликация токсина или IL-1β уменьшает толерогенный ответ к апатогенному Staphylococcus epidermidis. Таким образом, сигнальная молекула-алармин, продуцируемая патогеном, позволяет иммунной системе отличить опасную бактерию от безобидного комменсала.

10. Комменсальные бактерии, избежавшие воздействия иммунной системы в неонатальном развитии, тем не менее не полностью защищены от её атак. Бактерии вырабатывают широкий спектр низкомолекулярных метаболитов, о части которых известно, что они попадают в кровоток и участвуют в регуляции взаимодействия бактерии и организма-хозяина. Исследователи заинтересовались ролью, которую в таком взаимодействии играют короткоцепочечные разветвлённые жирные кислоты, секретируемые некоторыми микроорганизмами в больших количествах. Ученые модифицировали геном комменсальных клостридиев таким образом, чтобы «нокаутировать» продукцию одной жирной кислоты в каждом отдельном штамме исследуемой бактерии. Эксперименты со свободными от бактерий «стерильными» мышами, к которым подселяли мутантов и бактерии дикого типа, показали: секреция короткоцепочечных разветвлённых жирных кислот значительно снижает продукцию секреторных IgA. Биологический смысл такого воздействия несложно предположить: повышенный уровень секреции IgA может спровоцировать иммунную систему на уничтожение симбионтов-комменсалов. Модуляция продукции IgA позволяет сохранить отношения комменсала и хозяина на «взаимоприемлемом» уровне. Авторы работы, опубликованной в Science, считают, что описываемая технология позволит разработать методы модуляции такого взаимодействия в интересах терапии.

11. В работе, опубликованной в Cell Reports, исследователи показали, что возбудитель туберкулёза истощает Т-клеточный иммунный ответ и индуцирует метаболическое перепрограммирование, в частности, изменения метаболизма глюкозы в митохондриях CD8+ Т-клеток. Вакцинный апатогенный штамм микобактерий, BCG, не вызывает такого перепрограммирования. Интересно, что метформин, который был недавно одобрен FDA в качестве одного из компонентов противотуберкулёзной терапии, способен реверсировать «коматозное» состояние эффекторных Т-клеток, вызванное туберкулёзной инфекцией. Действие метформина считалось плейотропным, но описываемая работа указывает, что метформин восстанавливает биоэнергетику митохондрий поражённых Т-клеток, переключая энергетический метаболизм с гликолитического типа на окислительное фосфорилирование.

Антибактериальная терапия

12. Молекулярные наномашины могут угнетать жизнеспособность бактерий, а в комбинации с антибиотиками — оказывать бактерицидный эффект в отношении мультирезистентных шаммов клебсиелл, показали исследователи в работе, опубликованной в ACS Nano. Молекулярные наномашины являются интереснейшими искусственными объектами, чьи физико-химические свойства задают вращение части молекулы наномашины под действием длинноволнового ультрафиолетового облучения. Мембраны и клеточная стенка бактерий играют существенную роль в повышении неспецифической устойчивости к антибиотикам, в то время как наномашины частично разрушают мембрану и облегчают бактерицидным молекулам доступ к их мишеням. Исследователи показали, что наномашины практически не токсичны в отношении клеток млекопитающих. Для внедрения в клиническую практику схема требует значительной доработки.

CRISPR

13. Калифорнийские исследователи повысили точность редактирования генома системой CRISPR/Cas. К концам матрицы, обеспечивающей гомологичную рекомбинацию в процессе репарации двухцепочечного разрыва, были добавлены фрагменты последовательности-мишени Cas9. Эти последовательности взаимодействуют с рибонуклеопротеином Cas9, увеличивая транспорт матрицы для гомологичной рекомбинации в ядро клетки-мишени. За счёт этого удалось повысить эффективность гомологичной репарации ДНК в 2–4 раза. А инкапсулирование рибонуклеопротеидов Cas9 в наночастицы, синтезированные из полиглутаминовой кислоты, повысило эффективность редактирования примерно вдвое, снизило токсичность при редактировании и позволило хранить нуклеазу в лиофилизированном состоянии. В сумме разработанные технологии повысили количество корректно отредактированных жизнеспособных клеток различных линий в 2–6 раз.

14. Бактериофаги с размером генома более 200 kb принято называть джамбо-фагами. Большой размер генома позволяет таким фагам кодировать сложные механизмы защиты от действия иммунной системы бактерий, главным образом, конечно, от нуклеаз Cas. Изучая механизм резистентности джамбо-фага, инфицирующего род Serrata, исследователи отметили, что способ защиты от действия нуклеаз CRISPR/Cas отличается от известных. Дальнейший анализ показал, что бактериофаг формирует в бактерии отдельный компартмент, в котором фаговая ДНК защищена от атаки нуклеазами Cas. Это, тем не менее, не спасает фаг от следующей линии защиты бактерий — нуклеаз Cas, расщепляющих не ДНК, а РНК. Система защиты от расщепления ДНК путём компартментализации фагового генома широко распространена в джамбо-фагах, делая их перспективными кандидатами для фаготерапии, отмечают новозеландские исследователи в работе, опубликованной в Nature Microbiology.