Регенерирующие мозги аксолотля и многое другое

Мутации, ведущие к умственной отсталости, краденые гены в составе антител, почка в пробирке и другие новости научной периодики от 29 августа — 4 сентября.

Художник:
Наталья Дюкова

Онкология

1. Японские ученые определили, какие молекулярные пути в клетках аденокарциномы поджелудочной железы ассоциированы с благоприятным или неблагоприятным исходом. При помощи масс-спектрометрии они проанализировали протеомы образцов опухолей, полученных путем лазерной микродиссекции из заключенных в парафин гистологических срезов. Рак поджелудочный железы — одно из самых опасных онкозаболеваний: в течение пяти лет после постановки диагноза всего 9% пациентов остаются в живых. Хирургическое вмешательство может существенно продлить жизнь, но только если метастазы не распространились в лимфатические узлы. Ученые проанализировали образцы четырех пациентов, благополучно прошедших курс лечения от рака, и четырех пациентов с неблагоприятным исходом, а также в качестве контролей — образцы здоровых протоков поджелудочной железы. Выяснилось, что в опухолях, не поддающихся лечению, была усилена продукция белков теплового шока, индуцируемых гипоксией. Также в них активировались белки неканонического пути Hedgehog, кэп-независимой трансляции, аэробного гликолиза и других стресс-индуцированных путей. В менее опасных опухолях данные пути, наоборот, были инактивированы, как и PALB2 (партнер и локализатор BRCA2), а продукция SOX2 увеличена. Все эти метаболические пути вместе потенциально подавляют злокачественные новообразования. Полученные данные облегчат диагностику подтипов аденокарциномы протоков поджелудочной железы, а также заложат основу для разработки новых терапевтических стратегий.

2. Ученые из стран Северной Европы показали, что у детей, рожденных после криоконсервации эмбрионов, повышается риск канцерогенеза. Исследователи проанализировали медицинские данные почти 8 миллионов детей, рожденных в Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции с 1990 по 2014 год. Из них 2,2% родились после ЭКО, остальные были зачаты без применения вспомогательных репродуктивных технологий. Среди родившихся при помощи ЭКО 13% были перенесены в матку после процедуры замораживания-оттаивания эмбриона. Статистический анализ данных показал, что дети, рожденные после заморозки эмбрионов, имеют более высокий риск развития рака до достижения 18-летнего возраста (30 случаев на 100 000 человек), чем дети, рожденные без применения этой процедуры при ЭКО и зачатые спонтанно дети (18,8 случаев на 100 000 человек). Наиболее распространенными видами рака были лейкемия и опухоли центральной нервной системы. Исследователи подчеркивают, что результаты следует интерпретировать с осторожностью, поскольку в анализ вошло довольно мало детей, рожденных после заморозки, и всего 48 детей, у которых после такой процедуры развился рак:. Это может ограничить статистическую силу анализа.

3. Исследование, опубликованное в Nature Cancer, показало, что комплексный подход, включающий стандартные клинические анализы, имиджинг и геномный анализ, лучше прогнозирует ответ пациентов с немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ) на иммунотерапию блокаторами PD-1/PD-L1, чем каждый метод по отдельности. При помощи глубокого машинного обучения авторы создали модель DyAM, интегрирующую результаты стандартных лабораторных анализов, данные компьютерной томографии, а также геномные данные по мутационной нагрузке опухоли. Модель была построена на данных 247 пациентов с НМРЛ, которые прошли терапию блокаторами PD-1/PD-L1 и для которых был известен исход лечения. Получилось, что прогнозы, основанные на КТ, дают значение AUC, равное 0,64, а у геномных данных этот показатель был равен 0,65. Объединив эти данные, исследователи создали модель DyAM с AUC 0,80. Иными словами, полученная модель гораздо лучше предсказывает исход лечения, чем модели, рассматривающие лишь одну группу признаков. Кроме того, DyAM лучше предсказывал исход терапии, чем применяющийся в клинике анализ на маркер PD-1 (его AUC 0,73). Однако исследователи отметили, что их анализ опирается на данные только из одного учреждения, а для создания точной модели необходимо включить в выборку данные множества центров.

4. Новая мышиная модель эпителиальной опухоли тимуса позволит исследовать молекулярные механизмы, ведущие к развитию этого заболевания; в его патогенезе все еще много непонятного. Ранее та же группа ученых определила, что в таких опухолях наиболее часто встречается миссенс-мутация L424H в гене GTF2I, но роль этой мутации неясна. Теперь ученые создали и охарактеризовали мышиную модель, в которой мутация L424H нокаутирована в эпителиальных Foxn1+ клетках тимуса. Они выполнили пространственное профилирование опухолей тимуса и нормальных тканей при помощи in situ мРНК-гибридизации, а также провели иммуногистохимическое окрашивание, которое показало, что опухоли тимуса у мышей экспрессируют те же биомаркеры, что и человеческие опухоли. Авторы подтвердили, что мутация в GTF2I нарушает развитие мозгового вещества тимуса у молодых мышей и вызывает образование опухолей в тимусе взрослых мышей.

Иммунология

5. Ученые в рамках международной коллаборации обнаружили, что инсерции в геномной ДНК вносят вклад в разнообразие антител. Несколько лет назад в лаборатории Катрин де ла Роза в Швейцарии было обнаружено, что гены антител против малярийного плазмодия включают в себя участок гена, никак не связанного с иммунной защитой. Михаил Лебедин, первый автор опубликованной статьи, показал, что в крови более чем 80% европейцев и африканцев обнаруживаются антитела, для создания которых потребовалась рекомбинация с фрагментами генов не из VDJ-участков. «Украденные» фрагменты были обнаружены только в одном участке антител — в тяжелых цепях. Вставки происходили не из случайных областей генома, и это может означать, что рекомбинация с генами вне VDJ-областей идет по определенным путям, пока не изученным. В работе участвовали Дмитрий Чудаков, Светлана Хорькова и Мария Турчанинова из Института биоорганической химии РАН.

Глимфатическая система

6. Пневмококковый менингит — смертельно опасное осложнение пневмококковой инфекции. Ученые из Бразилии и Швеции показали на крысах, как при этом заболевании нарушается работа глимфатической системы — главного очистного сооружения мозга. Глимфатическая система была впервые описана в 2013 году как орган, во время сна очищающий от отходов центральную нервную систему. С ее дисфункцией связаны многие когнитивные нарушения и нейродегенеративные заболевания. В ходе эксперимента у крыс линии Вистар вызывали пневмококковый менингит и затем вводили в желудочки мозга краситель Эванс синий, который связывается с альбумином. У крыс с менингитом краситель сильнее проникал в различные компартменты мозга, что говорит о нарушении работы гематоэнцефалического барьера. Дальнейший анализ показал, что глимфатическая система не функционирует из-за отсоединения веточек астроцитов от сосудистого эндотелия, а это приводит к перераспределению аквапоринов AQP4 по поверхности клетки и потере их функции. Авторы считают, что нарушения работы глимфатической системы из-за воспалительного процесса — главная причина неврологических осложнений бактериального менингита.

Медицинская генетика

7. Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) на данных от 30 тысяч пациентов с болезнью Крона выявил более двухсот мутаций, ассоциированных с этим заболеванием. При этом из генов, в которых были найдены мутации, десять ранее никак не связывали с болезнью Крона (подробнее на PCR.NEWS). Было известно о центральной роли клеток врожденного и адаптивного иммунитета и аутофагии в патогенезе этой болезни, однако новые данные указывают и на роль мезенхимальных клеток в развитии хронического воспаления кишечника. Авторы сообщают, что начали проект, в ходе которого проанализируют экзомы 650 тысяч больных хроническим колитом и, вероятно, найдут еще больше редких вариантов, ассоциированных с заболеванием.

8. Японские ученые показали, почему одна редкая мутация кальций-кальмодулинкиназы II альфа приводит к умственной отсталости. Они сообщают о новом случае мутации P212L в гене CAMK2A у пациента. Чтобы количественно оценить эффект мутации, ученые разработали метод измерения активности киназы на основе FRET и измерили динамику активности Ca2+/CaM-зависимой киназы in vitro и в культуре нейронов. CaMKIIα с мутацией P212L значительно легче активировалась и, соответственно, после возбуждения нейроны инактивировались дольше. Более длительная активация киназы также сопровождалась сдвигом влево кривой настройки входной частоты CaMKIIα. Эти данные были также подтверждены экспериментами с мемантином — антагонистом NMDA-рецептора и лекарством от умственной отсталости: при его использовании различий в активности между нормальной и мутантной киназой не наблюдалось. Эти результаты объясняют не только влияние редкой мутации на патогенез умственной отсталости, но и эффект одобренного FDA препарата.

Органы в пробирке

9. Ученые сделали еще один шаг, приближающий человечество к выращиванию искусственных почек. В журнале Nature Biotechnology опубликована статья, в которой описан способ эффективно дифференцировать человеческие плюрипотентные стволовые клетки (ПСК) в зачаток мочеточника и затем в функционирующие собирательные трубочки нефрона. В специальном трехмерном матриксе клетки образуют органоиды, которые ветвятся так же, как зачатки мочеточника у эмбрионов. При встраивании этих органоидов в ниши предшественников собирательных трубочек в культуре эксплантатов почки они дифференцируются в функционирующие трубочки. Секвенирование РНК единичных клеток показало, что 95% клеток органоида имеют нормальный фенотип клеток собирательных трубочек; эпителий трубочек обладает нормальными электрофизиологическими функциями. Таким образом, в пробирке удалось вырастить всю функциональную часть почки, ответственную за фильтрацию С помощью такой модели можно детально исследовать механизмы работы почки и тестировать новые лекарства, а в будущем, возможно, удастся создать почку для пересадки пациенту.

Древняя ДНК

10. Российские ученые расшифровали ДНК мумий постскифского кладбища в Минусинской котловине (Южная Сибирь), где зарождались и развивались многие древние общества и культуры. Таштыкская археологическая культура — одна из постскифских культур железного века Южной Сибири, оставившая многочисленные археологические памятники. Ранее имелись данные лишь о мтДНК и гаплогруппе Y-хромосомы из мумии одного представителя этой культуры. Коллектив ученых прочитал ядерный геном мужчины (KE9609) и женщины (LC8544) ранней таштыкской культуры, захороненных в могильнике Оглахты в III веке н.э. Полученные данные доказали генетическую связь народа таштыкской культуры с представителями предшествующих локальных сибирских культур — карасукской и тагарской. Также в ДНК мумий обнаружен генетический вклад древних жителей Восточного Казахстана (период 1000 г. до н.э. – первые века н.э.) и Киргизии (первая половина I тыс. н.э.), что согласуется с археологическими данными.

Красота науки

11. Редакция Nature выбрала самые интересные научные фотографии августа. Среди них можно найти растущий прямо из мухи паразитический гриб, потягивающегося белого медведя, последнего в своем семействе кальмара и древних ископаемых существ, у которых не нашли ануса и поэтому переместили их из вторичноротых в первичноротые. Помимо этого, редакторы опубликовали красочные фотографии суперлуния и кратера пробудившегося вулкана в Исландии, чтобы показать, чем запомнился последний месяц лета.

Новости компаний

12. Компания Anuva заключила партнерское соглашение с компанией Helix для создания крупнейшей базы данных геномов народов Азии. Это поможет в разработке лекарств, специфичных для азиатских популяций, и выявлении особенностей фармакокинетики некоторых лекарств у их представителей. Стартап Anuva базируется в Индии и Великобритании и ранее назывался Global Gene Corp. Сейчас компания хочет использовать опыт Helix в секвенировании и трансляционных исследованиях для создания самого разнообразного в мире банка геномных и биологических данных. Она планирует применить для своего биобанка анализ Exome+ от Helix, чтобы получить более широкий охват клинически значимых генов и полный митохондриальный геном. «Anuva делает большую работу, чтобы закрыть критический пробел в разнообразии генетических данных для разработки лекарств, — заявил Дэниел Ли, старший вице-президент по наукам о жизни и развитию в Helix. — Мы очень рады, что сможем предоставить Anuva доступ к нашему полноэкзомному анализу, когда они приступят к следующему этапу роста».

13. Нидерландская компания SkylineDx получила маркировку CE-IVD для анализа Merlin, позволяющего предсказать риск метастазирования меланомы в лимфатические узлы. Маркировка даст возможность продавать тест на территории Евросоюза. Анализ на основе qPCR определяет, кто из пациентов с меланомой может спокойно отказаться от биопсии лимфатических узлов для выявления метастазов — инвазивной процедуры, которая дает отрицательный результат примерно в 80% случаев. Недавно тест Merlin от SkylineDx стал покрываться национальной программой страхования лиц старше 65 лет Medicare в США. Там он проводится в лаборатории SkylineDx в Сан-Диего. Для расчета риска метастазирования в лимфоузлы используется алгоритм для анализа восьми генов первичной опухоли, толщины опухоли и возраста пациента.

Мозг аксолотля

14. Мозг земноводных похож на мозг млекопитающих, хотя и проще устроен, а еще он обладает способностью к регенерации при повреждении. В Science вышло три статьи от разных групп ученых, которые провели транскриптомный анализ единичных клеток мозга амфибий. Одна группа сравнила мозг саламандры Pleurodeles waltl с мозгом ящерицы, черепахи и мыши, чтобы проследить, какие эволюционные приобретения привели к возникновению шестислойного неокортекса млекопитающих и гипопаллиума у зауропсид (птиц и рептилий). Чтобы охарактеризовать пути развития различных типов нейронов, они проанализировали клетки мозга на четырех разных стадиях эмбриогенеза. Выяснилось, что клетки гипопаллиума (его также называют дорсальным наджелудочковым валиком, dorsal ventricular ridge) у зауропсид состоят как минимум из двух групп нейронов различного эволюционного происхождения. Одну группу можно увидеть уже у общего предка четвероногих, а другая является эволюционным приобретением зауропсид. Кроме того, авторы выяснили, изменение регуляции каких генов создало пирамидальные нейроны шестислойного неокортекса млекопитающих из предковых типов. Эти результаты подтверждают гипотезу, согласно которой функциональное сходство гипопаллиума и неокортекса — скорее результат конвергенции, а не гомологии.

Другая группа ученых при помощи Stereo-seq, технологии от китайской компании BGI создала пространственный атлас транскриптомных данных срезов переднего мозга аксолотля. Данные охватывают шесть стадий развития и семь стадий регенерации, вызванной повреждением (у аксолотлей регенерируют не только конечности, но и мозг). Все полученные данные выложены в открытый доступ.

Мозг аксолотля регенерирует лучше, чем у любых других тетрапод, и третья статья посвящена молекулярным механизмам этого уникального процесса. Авторы провели секвенирование РНК единичных ядер клеток мозга, ATAC-seq для идентификации участков активного хроматина, а также пространственный транскриптомный анализ. Они пришли к выводу, что для регенерации аксолотли используют те же регуляционные пути, что и для эмбрионального развития мозга. Клетки-предшественники нейронов активируются сигналами от эпендимных клеток, сообщающими о повреждении, дифференцируются в зрелые нейроны и начинают выполнять функции погибших клеток. Особенно интересно, что регенерировавшие нейроны восстанавливают прежние связи с отдаленными областями мозга, — это указывает на потенциальное функциональное восстановление. Возможно, исследование регенерации мозга у аксолотля поможет разработать новые стратегии реабилитации после травм мозга.

Добавить в избранное

Вам будет интересно