Связь тревоги и апатии с воспалением и другие новости недели

Митохондрии

1. Чтобы в митохондриях клеток сердца и мозга не накапливались ионы кальция, они выкачиваются через натрий-кальциевый транспортер NCLX. Ученые из Темпльского университета (США) показали, что осуществлять эффлюкс ионов кальция через NCLX помогает белок TMEM65, располагающийся на внутренней мембране митохондрий. В отсутствие NCLX — например, из-за нокаута или фармакологического ингибирования — TMEM65 не может самостоятельно выкачивать кальций. А при удалении TMEM65 эффлюкса кальциевых ионов вовсе не происходит. У мышей его нокдаун нарушил работу сердца и скелетных мышц из-за накопления кальция в митохондриях. Исследователи считают, что TMEM65 может стать терапевтической мишенью для лечения болезней, патогенез которых связан с нарушением гомеостаза кальция в митохондриях.

2. Некоторые митохондриальные болезни вызываются мутациями в гене POLG, который кодирует ДНК-полимеразу γ — именно она отвечает за репликацию митохондриальной ДНК (мтДНК). Шведские ученые из Гётеборгского университета и компании Pretzel Therapeutics разработали малую молекулу PZL-A, которая связывается с ДНК-полимеразой γ в области, лежащей между двумя ее субъединицами, и активирует ее, несмотря на мутации. Ее испытали на фибробластах, полученных от пациентов с митохондриальными болезнями, которые были вызваны мутациями в POLG. В тестах in vitro обработка клеток PZL-A успешно восстанавливала активность ДНК-полимеразы γ, увеличивала ее процессивность и стимулировала образование реплисомы в митохондриях. Благодаря этому улучшался биогенез митохондрий и клеточное дыхание. Ученые планируют усовершенствовать молекулу так, чтобы она «нейтрализовала» большее количество мутаций в POLG, и запустить фазу 1 клинических испытаний.

Микробиология

3. Оперон mar связан с множественной антибиотикорезистентностью у бактерий, а его транскрипция тонко регулируется, так как экспрессия эффлюксных наносов очень ресурсоемка для бактериальной клетки. Ученые из Института науки и технологий Австрии выяснили, что на самом деле даже в отсутствие индукции mar экспрессируется всплесками («пульсами») на низком уровне, хотя в теории его базальной экспрессии не должно быть из-за неактивного промотора. Исследователи показали, что базальная экспрессия mar необходима для гомеостаза энтеробактерий, а «пульсы» экспрессии коррелируют с доступностью питательных веществ. Интересно, что такая экспрессия обеспечивается за счет нестандартного старт-кодона GUG, а его замена на более распространенный AUG или еще более редкий UUG значительно снижает или повышает уровень базальной экспрессии mar. Авторы работы предположили, что изначальная функция mar была связана именно с поддержанием гомеостаза бактериальной клетки, а уже позднее в процессе эволюции под его контроль попали эффлюксные насосы, обеспечивающие защиту от токсинов.

4. Биоинформатики из Линчёпингского университета (Швеция) и Дюссельдорфского университета им. Генриха Гейне (Германия) описали организацию бактериальных генов в кольцевой хромосоме, проанализировав геномные данные 910 видов бактерий и протеомные данные для E. coli и B. subtilis. Оказалось, что бактериальные гены организованы не случайным образом: за двумя третями из них закреплены определенные позиции. Те из генов, которые больше всего необходимы для роста бактериальной клетки (например, гены, важные для транскрипции и трансляции), располагаются ближе к сайту начала репликации — oriC. У бактерий экспрессия генов происходит одновременно с репликацией, и в бактериальной клетке присутствует больше копий генов, расположенных близко к oriC-сайту. Исследователи сочли, что такая организация генома обусловлена естественным отбором генов, ведь преимущество в нем получали наиболее быстрорастущие виды.

Нейробиология

5. Китайские ученые впервые выявили микроглию в периферической нервной системе (ПНС) у человека, обезьян и свиней, развенчав устоявшееся мнение о том, что микроглия есть только в центральной, но не в периферической нервной системе. Исследователи показали, что в ПНС микроглия «опоясывает» тело нейронов, находясь между сателлитной глией и нейроном. Для микроглии из ПНС характерны те же транскриптомные и эпигенетические профили, что и для микроглии из ЦНС, и они одинаково развиваются. Судя по всему, микроглия в ПНС регулирует размер тела нейронов и рост их аксонов.

Ученые дополительно провели филогенетический анализ 24 позвоночных и выявили корреляцию между количеством микроглии в ПНС, размером тела нейронов и размером тела животных. Так, микроглия присутствовала в большем количестве у более крупных животных, при этом преимущественно была ассоциирована с крупными нейронами. Следовательно, у маленьких животных, у которых тела нейронов, соответственно, мельче, микроглии в ПНС мало или почти нет.

6. Исследователи из США продемонстрировали, как воспаление вызывает тревожное поведение у мышей. Исследователи заметили, что при введении мышам с псориазом нейтрализующих антител против IL-17RA уровень воспаления кожи уменьшался, но повышались уровни провоспалительных цитокинов IL-17A и IL-17C в крови вместе с тревожным поведением животных. Ученые выяснили, что в мозге, а именно в миндалевидном теле есть популяция нейронов, экспрессирующих IL-17RA и IL-17RE — рецепторы к этим цитокинам. Хемо- и оптогенетическая активация этих нейронов приводила к появлению тревожного поведения у животных, как и введение цитокинов в мозг. При удалении этих рецепторов из нейронов у мышей не развивалась тревога даже при системном воспалении. Обратный — анксиолитический — эффект обнаружился у противовоспалительного цитокина IL-10, рецептор которого IL-10R экспрессируется в той же популяции нейронов.

Подробнее — на PCR.NEWS.

7. Авторы статьи в Science описали, как системное воспаление, вызванное раком, приводит к апатии при кахексии — крайнем истощении организма, наблюдаемом на поздних стадиях хронических заболеваний. В качестве модели использовали мышей, которым подкожно вживляли клетки аденокарциномы кишечника C26. Спустя несколько недель у животных развилась кахексия, которая выражалась в потере массы тела, в том числе мышц, и сниженном аппетите. В поведенческих тестах у мышей выявили недостаток мотивации и апатию, при этом не было ангедонии, физической слабости или отчаяния.

При кахексии у мышей был повышен уровень IL-6 в крови и в мозге. Нейроны в заднем поле (area postrema) в стволе головного мозга распознают этот цитокин и передают сигнал о воспалении в парабрахиальное ядро, затем он передается в тормозные нейроны черной субстанции. В результате подавляются дофаминергические нейроны в вентральной области покрышки. Как итог, в прилежащем ядре полосатого мозга снижается уровень дофамина, что и приводит к апатии. Если ученые системно блокировали IL-6 антителами, удаляли рецепторы IL-6 в заднем поле или просто устраняли нейроны, связывающие заднее поле и парабрахиальное ядро, то мотивация животных восстанавливалась. Также избавиться от апатии, несмотря на воспаление, удалось за счет оптогенетической активации дофаминергических нейронов в прилежащем ядре или за счет локального введения агониста дофамина.

8. Ученые из Университета штата Огайо (США) описали роль транспортера холестерина GRAMD1B при лобно-височной дегенерации. Они выявили повышенную экспрессию этого транспортера у пациентов с лобно-височной дегенерацией и болезнью Альцгеймера, у мышей линии PS19, экспрессирующих человеческий тау, и в органоидах мозга человека, полученных от пациента с лобно-височной дегенерацией с мутацией в MAPT. Оверэкспрессия GRAMD1B приводит к повышению уровня свободного холестерина и количества липидных капель, что мешает аутофагии. На примере органоидов мозга исследователи доказали, что блокировка GRAMD1B снижает уровень свободного холестерина, а его нокдаун, к тому же, снижает уровень гиперфосфорилированного тау.

9. Исследователи из Стэнфордского университета (США) собрали ассемблоид, моделирующий передачу болевого сигнала от периферических органов в ЦНС. Система состоит из четырех соединенных между собой органоидов, моделирующих соматосенсорные нейроны, спинной мозг, таламус и кору головного мозга. Визуализируя кальциевые токи и отслеживая ретроградный транспорт с помощью меченого вируса бешенства, ученые подтвердили, что эти органоиды связаны между собой и могут передавать сигналы от соматосенсорных нейронов в кортекс, как это и происходит в организме. При химическом воздействии, моделирующем болевой стимул, ученые наблюдали скоординированную передачу сигнала. Они также показали, что при утрате натриевого канала Na_V1.7 — у человека она вызывает нечувствительность к боли — синхронизация органоидов нарушается. Ассоциированные с гиперчувствительностью к боли (гипералгезией) мутации в гене SCN9A, кодирующем этот канал, наоборот, приводили к избыточной синхронизации органоидов. Исследователи считают, что такие ассемблоиды могут помочь в изучении боли без использования животных.

Онкология

10. Международный коллектив ученых обнаружил случай конвергентной эволюции адаптации к гипоксическим условиям — они выявили общие черты у опухолей и людей, живущих в высокогорных регионах Гималаев. Исследователи сосредоточили внимание на опухолях, которые возникают у людей, страдающих от хронической гипоксии. Например, при врожденных цианотических пороках сердца у пациентов повышен риск развития нейроэндокринных опухолей надпочечников и параганглий — феохромоцитомы и параганглиомы, — причем эти опухоли «привыкают» к гипоксии. Оказалось, что причина связана с нарушенной репарацией ДНК. Вплоть до 90% таких опухолей приобретают мутации в гене EPAS1, который кодирует транскрипционный фактор, участвующий в адаптации к гипоксии. Из-за этого потребность опухолевых клеток в кислороде снижается, поэтому они активно пролиферируют даже при гипоксии. Что интересно, мутации в том же гене выявляли у людей, живущих в высокогорных регионах Гималаев, и они, видимо, также способствовали их адаптации к гипоксии.

Иммунитет

11. Группа под руководством исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) описала механизм, из-за которого психологический стресс ухудшает течение кожных инфекций. Используя методы транскриптомики отдельных клеток и липидомики, ученые показали, что у мышей, испытывающих стресс, тяжелее протекала кожная инфекция, вызванная золотистым стафилококком. Это объяснялось тем, что фибробласты хуже переходили в адипогенез и менее активно вырабатывали антимикробный пептид кателицидин. Такая реакция была связана с адренергическим сигналингом, так как ее можно было устранить фармакологическим ингибированием сигнала или удалением надпочечников. Важным медиатором в борьбе с кожными инфекциями на фоне стресса оказался TGFβ, концентрация которого повышается при стрессе, а его подавление или делеция рецептора TGFβ на фибробластах повышало экспрессию кателицидина в фибробластах.

Генная терапия

12. Коллектив ученых из Германии и США разработал новую систему доставки редакторов генома — ENVLPE (Engineered Nucleocytosolic Vehicles for Loading of Programmable Editors). Система представляет собой вирусоподобные частицы, в которые загружаются рибонуклеиновые комплексы — редактор на основе Cas9 в сочетании с гидовой РНК (sgRNA или pegRNA для праймированного редактирования). Часто низкая эффективность редактирования в клетках связана с тем, что далеко не во все частицы попадают рабочие рибонуклеиновые комплексы, а по отдельности время жизни белка и РНК меньше. Исследователи решили эту проблему, предложив модифицировать sgRNA/ pegRNA таким образом, чтобы они содержали аптамерную метку. Ее роль — обеспечить одновременное попадание белка и РНК в частицы. РНК дополнительно защитили от деградации, поместив на 3'-конец структурный мотив — псевдоузел и эндонуклеазу Csy4/Cas6f.

Работу системы продемонстрировали на двух примерах. С помощью ENVLPE ученые отредактировали Т-клетки таким образом, чтобы отредактировать основания в локусах B2M и TRBC1/2 для нокаута MHC I и TCR. Эта процедура считается промежуточным этапом в получении гипоиммуногенных CAR T-клеток. Эффективность редактирования составила больше 60%, причем для достижения той же эффективности при помощи других вирусоподобных частиц требовался титр в 40 раз выше. В другом примере ученые устранили мутации в генах Mfrp и Rpe65 у мышей с врожденной слепотой. В результате у мышей частично восстановилось зрение, причем использованный титр вирусоподобных частиц был в 26 и в 40 раз ниже по сравнению с другими исследованиями.

Новости биотехнологических компаний

13. Компания Colossal Biosciences, которая известна своим стремлением возродить мамонта и других вымерших животных, заявила о «воскрешении» ужасных волков (Aenocyon dirus). Компания получила двух самцов Ромула и Рема и самку Кхалиси, модифицировав геном серого волка по 20 локусам. Из этих локусов 15 соответствовали древним вариантам, а остальные были связаны с получением белого окраса — авторы объясняют такой подход тем, что выявленные в геноме ужасного волка полиморфизмы связаны не только с белой шерстью, но и с наследственными патологиями. Эксперты уже высказали сомнения о том, можно ли действительно называть полученных животных ужасными волками и говорить о возрождении вида. Многие, тем не менее, соглашаются с тем, что редактирование генома волков по многим локусам — впечатляющий результат.

Подробнее — на PCR.NEWS.

14. Компании Oxford Nanopore Technologies и Cepheid — разработчик платформы для картриджной ПЦР GeneXpert — объявили о сотрудничестве ради разработки системы для автоматизированного секвенирования патогенов. Система позволит проводить автоматическое нанопоровое секвенирование бактериальных и грибковых патогенов из изолятов. Пока что платформа предназначена только для исследовательских целей, ее целевые пользователи — лаборатории, которым не хватало ресурсов или экспертизы для самостоятельного секвенирования. Платформа будет совместима с разными биоинформатическими инструментами, в том числе с EPI2ME, а Cepheid обещает разработать к ней специальное ПО, которое поможет идентифицировать патогены, выявлять гены антибиотикорезистентности, отслеживать вспышки по однонуклеотидным полиморфизмам (SNP) и предсказывать чувствительность патогена к лекарствам с помощью ИИ. Компании не собираются останавливаться на этой системе и надеются, что их партнерство продолжится и в других сферах: например, в разработке платформ для исследования рака и генетики человека, а также в регистрации приборов для применения в клинике.