Внутренний компас человека и другие новости недели

Нейробиология поведения

1. Исследователи из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана идентифицировали в головном мозге людей область, активность которой предсказывает движение головы. Иными словами, ученым удалось локализовать внутренний компас, благодаря которому человек ориентируется в пространстве. На самом деле, это непростая задача, поскольку запись электрической активности мозга предполагает сохранение неподвижности испытуемым. Авторы работы смогли преодолеть эту трудность при помощи портативных устройств для записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и отслеживания движений.

Всего в исследовании приняли участие 62 человека. Участники выполняли задания на ориентацию, поворачивая голову или только взгляд в определенном направлении. Параллельно с выполнением заданий им снимали ЭЭГ, причем у части добровольцев фиксировали активность мозга инвазивно с внедрением электродов в гиппокамп и соседние области по медицинским показаниям (лечение эпилепсии). При помощи разных статистических моделей ученые отфильтровали побочные сигналы (артефакты), связанные с сокращением мышц, и обнаружили, что активность медиальной поверхности височной доли изменялась непосредственно перед поворотом головы. По мнению авторов, полученные результаты важны для понимания природы болезни Паркинсона и Альцгеймера, которые сопровождаются нарушением пространственной ориентации у пациентов, а также могут быть полезны в совершенствовании навигационных технологий при разработке роботов и искусственного интеллекта.

Кардиология

На текущей неделе журналы опубликовали ряд статей, посвященных проблемам сердца и сосудов у совсем маленьких и юных пациентов.

2. Исследователи США и Канады провели испытания устройства, которое могло бы заменить нефункционирующие желудочки у детей с сердечной недостаточностью в ожидании пересадки сердца. Устройства для поддержки работы желудочков доступны для взрослых пациентов и позволяют им дожидаться трансплантации в комфортных домашних условиях, в отличие от детей, которые проводят это время в больнице. Сердечный насос Jarvik 2015 невелик размером — чуть больше пальчиковой батарейки, что позволяет использовать его для малышей, и имплантируется в ходе хирургической операции.

В исследовании приняли участие семь детей возрастом от 7 месяцев до 7 лет и весом до 30 кг с систолической сердечной недостаточностью, которая у большинства пациентов была вызвана дилатационной кардиомиопатией с характерным растяжением и, как следствие, ослаблением камер сердца. Насос установили в область левого желудочка и оценивали его способность поддерживать здоровье детей месяц и более, а также риск патологий сердца и сосудов, в частности, образование тромбов и разрушение клеток крови. В итоге 6 детей перенесли пересадку сердца, еще одному ребенку эта процедура не понадобилась, так как его сердце восстановилось. Согласно опросу, устройство не причиняло боль или дискомфорт детям, не мешало их движению. Ученые сообщили, что, ввиду обнадеживающих результатов, одобрено проведение более масштабных испытаний Jarvik 2015 с участием 22 человек.

3. Другая группа ученых из этих же стран оценила влияние повышенного артериального давления (АД) — гипертензии — в подростковом возрасте на состояние сердечно-сосудистой системы в течение жизни. Прояснить этот вопрос необходимо в связи с учащением случаев гипертензии среди детей при том, что регулярную проверку АД проходят не более 35% из них. В итоговый анализ включили 25 605 и 128 025 детей в возрасте 3-18 лет с гипертензией и без, соответственно. Наблюдение за развитием сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) продолжалось 21-34 года. Серьезные ССЗ, включая инсульт, инфаркт миокарда и нестабильную стенокардию, в 2 раза чаще диагностировали у участников с гипертензией: 6,1% против 3,1% без гипертензии. Кроме показателей АД, на развитие патологий кровеносной системы влияли пол ребенка, возраст на момент постановки диагноза и вес при рождении. В то же время риск смерти от ССЗ достоверно не различался между двумя группами. Полученные результаты подчеркивают важность мониторинга и лечения гипертензии среди детей разного возраста. 

Подробнее — на PCR.NEWS.

4. Доктор Эндрю Агбадже, исследователь из Университета Восточной Финляндии и Эксетерского университета в Британии, изучил связь малоподвижного образа жизни детей со структурными и функциональными изменениями сердца в старшем возрасте. Для этого он проанализировал данные 1682 детей, за которыми наблюдали 13 лет в рамках проекта Avon Longitudinal Study of Parents and Children. В возрасте 11, 15 и 24 лет юным участникам предложили носить на талии акселерометры в течение 4 или 7 дней, в зависимости от возраста, для измерения периодов физической активности и ее отсутствия, а в возрасте 17 и 24 лет им проводили УЗИ сердца. По мере взросления детей промежутки сидячего образа жизни выросли с 6 до 9 часов в день, а вместе с ними и масса сердца: за 7 лет она увеличилась на 40%, независимо от пола, диагноза гипертонии или ожирения у участников. Значительный рост этого показателя повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний и вызванной ими смерти у взрослых людей. Легкая физическая активность, наоборот, способствовала снижению сердечной массы на 49%. Из этого следует, что здоровье сердца следует беречь с юных лет, для чего достаточно включить в свой распорядок дня тренировки невысокой интенсивности.

Метаболизм и аллергия

5. Группа ученых из Германии, Британии и Австралии продемонстрировала пользу интервального голодания при неалкогольном стеатогепатите — болезни печени с характерным воспалением органа на фоне обширного отложения жировой ткани. Заболевание способно переходить в цирроз и рак печени. Мышей содержали на диете, богатой жирами и углеводами: одна часть грызунов получала такую пищу неограниченно, другая — только пять дней в неделю, остальные два дня животные из этой группы находились совсем без еды (интервальное голодание по схеме 5:2).

В отличие от своих собратьев, мыши из второй группы не прибавили в весе и показали устойчивость к развитию симптоматики стеатогепатита и рубцеванию печени, случаи развития рака у них были более редки, независимо от количества поглощенных животными калорий. Польза голодания определялась временем его начала, длительностью и числом циклов, а также вредностью диеты. Сравнив экспрессию генов, состав белков и метаболитов грызунов двух групп, исследователи обнаружили различия в уровнях ядерного рецептора PPARα и фермента PCK1, которые могли обеспечить защитный эффект голодания. Дефицит сразу двух белков аннулировал, а недостаток только PPARα частично снижал пользу голодания. Низкое содержание PPARα и PCK1 зафиксировали и у людей с неалкогольным стеатогепатитом. По мнению авторов работы, отказ от еды в течение двух дней в неделю обладает большим терапевтическим потенциалом в отношении неалкогольного стеатогепатита и его последствий в виде рака печени.

6. Швейцарские ученые обнаружили необычную популяцию стволовых и клеток-предшественниц в жировой ткани (adipose stem and progenitor cell, ASPC) сальника человека — складки брюшины, покрывающей желудок, кишечник и пищеварительные железы. Необычность клеток заключалась в способности препятствовать адипогенезу клеток-соседок — превращению (дифференцировке) в зрелые жировые клетки. Более 30 образцов, полученных из разных жировых депо людей, изучили при помощи сквенирования РНК на уровне единичных клеток и ткани в целом (bulk sequencing). В итоге выделили несколько групп ASPC с разной способностью к делению и адипогенезу, чьи размеры варьировали в зависимости от локализации жировых отложений и индекса массы тела донора. Исследователи установили специфичную для сальника популяцию, клетки которой могли изменять эпителиальное состояние на мезенхимальное с характерной утратой плотных контактов и потенциалом превращения в разные клеточные типы. Кроме того, такие клетки активно продуцировали белок IGFBP2, посредством чего подавляли адипогенез в микроокружении. По мнению авторов работы, понимание механизма, ограничивающего образование жировых клеток в сальнике, может привести к разработке новых методов терапии ожирения.

7. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Дейвисе (США) проследили за изменениями в метаболизме детей с момента рождения, когда симптоматика расстройства аутистического спектра (РАС) не выражена, до первых клинических проявлений. Поскольку развитие и тяжесть РАС определяются не только генетически, но и факторами среды, ранняя диагностика рисков позволит предпринять необходимые меры и предотвратить развитие серьезных форм заболевания у маленьких пациентов.

Ученые сравнили метаболомные профили новорожденных (до проявления симптомов) и пятилетних детей, у части которых зафиксировали случаи заболевания. Из 50 биохимических путей 14 отвечали за львиную долю (около 80%) обменных отклонений при аутизме. В частности, серьезно пострадал обмен пуринов, содержание продуктов которого значительно изменялось по мере взросления здоровых детей и сохранялось на исходном уровне при РАС. Благодаря этим путям в норме снижается защита от воспаления и окисления, а также усиливается продукция молекул стресса, таких как лактат, холестерин и др. Иными словами, при РАС страдали механизмы ответа клеток на угрозу, что делало их более чувствительными к внешним сигналам. Авторы работы выразили надежду, что полученные результаты будут полезны как в диагностике, так и разработке препаратов, воздействующих на измененные пути, для лечения симптомов РАС.

8. Австралийские ученые предложили наблюдать за динамикой антител к аллергенам арахиса, чтобы прогнозировать, насколько стойкой окажется аллергия у ребенка. В исследовании приняли участие более 150 годовалых младенцев с аллергией на арахис, состояние которых затем оценивали в возрасте 4, 6 и 10 лет при помощи анкет и кожных аллергических проб, а также измеряли титры антител IgE, SiGe и sIgG4 к аллергенам арахиса в плазме крови. У большинства детей аллергия прошла к 6, у трети — к 10 годам без какого-либо медикаментозного лечения. При этом избавление от чувствительности к компонентам арахиса статистически коррелировало с динамикой концентраций иммуноглобулинов SiGe и sIgG4 в крови на протяжении времени. Показатели антител на момент постановки диагноза, напротив, не позволяли предсказать исход аллергии у ребенка в течение ближайших 10 лет. Авторы работы заключили, что титры антител к компонентам арахиса могут быть использованы в качестве биомаркеров естественного течения аллергии, но необходимо лонгитюдное исследование их динамики.

Генетические заболевания

9. Американские, бельгийские и японские ученые в ходе совместной работы описали мутацию в некодирующей области ДНК, которая делает щитовидную железу невосприимчивой (резистентной) к тиреотропному гормону (ТТГ), стимулирующему ее секреторную функцию. Авторы изучили генетику резистентности к ТТГ (РТТГ), которая наследуется по доминантному типу.

Ранее исследователи установили связь РТТГ с локусом на длинном плече 15 хромосомы. Чтобы более локально идентифицировать генетические причины заболевания, они провели полногеномное секвенирование ДНК внутри 12 неродственных семей с диагнозом РТТГ и сравнили строение 15 хромосомы пациентов и здоровых людей. Суммарно у 82 людей с патологией щитовидной железы обнаружили изменения в коротком тандемном повторе в составе ретротранспозона Alu. Оказалось, эти мутации активировали специфичный для щитовидной железы кластер энхансеров, который усиливал экспрессию MIR7-2 и MIR1179. Возросшее содержание продуктов их экспрессии — двух видов микроРНК — в клетках щитовидной железы могло нарушать баланс сигнальных путей, контролируемых ими. Авторы работы отметили, что полученные результаты еще раз напомнили о потенциальной функции некодирующих участков ДНК, о которой станет известно по мере внедрения эпигенетических методов.

Молекулярная биология

10. Исследователи из США, Великобритании и Австралии обнаружили, что АДФ-рибозилирование затрагивает не только белки, но и ДНК, в частности, ее концевые участки — теломеры, от размера которых зависит стабильность отдельных ДНК и генома в целом, а также способность клеток к делению. В свою очередь, длину теломер определяет баланс присоединения и удаления остатков АДФ-рибозы, которые регулируют ферменты PARP1 и TARG1, соответственно. Прекращение синтеза PARP1 в линиях человеческих опухолевых клеток приводило к нарушению АДФ-рибозилирования теломер. Дефицит TARG1, напротив, способствовал накоплению АДФ-рибозы на концах ДНК. Чрезмерное рибозилирование мешало восстановлению теломер после акта репликации и вызывало их укорочение, из-за чего гибель клетки наступала быстрее. Авторы отметили, что полученные результаты позволят разработать новые или скорректировать уже существующие подходы к лечению рака, основанные на таргетировании PARP1.

Вакцины и адъюванты

11. Ирландские исследователи вместе с коллегами из США и Швеции продемонстрировали возможности нового подхода в борьбе с онкологическими заболеваниями. Он предполагает введение адъюванта (усилителя вакцины) С100, полученного из хитина, непосредственно в опухоль для активации иммунного ответа. По словам авторов, в этом случае вакцинация представляет форму иммунотерапии рака, цель которой — превращение самой опухоли в вакцину. С100 показал эффективность в in vitro и in vivo моделях рака кожи и толстого кишечника. Он вызывал повреждение митохондрий раковых клеток и выход ДНК в цитоплазму клетки, что активировало сигнальный путь cGAS-STING. Результатом запуска этого пути стало привлечение к опухолям иммунных клеток. Кроме того, эффект С100 наблюдался во взаимодействии с системой блокады контрольных точек иммунитета, в частности, белка PD-1, которые используются опухолевыми клетками для торможения иммунных реакций организма. Авторы заключили, что C100 обладает широким потенциалом для комбинирования с другими методами иммунотерапии, что может помочь улучшить противоопухолевый ответ.

12. Коллектив ученых из университетов Британии и США предложил универсальную вакцину против коронавирусов, включая те, что еще не распространились, но потенциально способны вызвать новые пандемии. Секрет ее эффективности кроется в том, что специфические антигены, на которые нацелена вакцина, широко представлены у родственных вирусов. Особенности строения вакцины отражает название «Quartet Nanocages». Она содержит белковые наночастицы, к которым крепятся полипептидные цепи из рецептор-связывающих доменов (receptor-binding domain, RBD) четырех разных вирусов, родственных SARS-вирусам, но поражающих летучих мышей. Комплекс из четырех антигенов, в качестве которых выступили RBD, вызывал активное образование защитных антител, что наблюдали у мышей, предварительно иммунизированных S-белком SARS-CoV-2. В настоящий момент авторы ожидают клинических испытаний вакцины, фаза I которых назначена на начало 2025 года.

13. Ученые из Техасского университета в Сан-Антонио (США) получили пятилетний грант от Национальных институтов здравоохранения США на проведение доклинических испытаний пероральной вакцины от хламидиоза — заболевания, вызываемого бактерией Chlamydia trachomatis и передающегося половым путем. Работая с хламидийной инфекцией у мышей, исследователи столкнулись с колонизацией бактериями пищеварительного тракта животных. Введение через рот препарата, содержащего хламидий, обеспечило грызунам иммунитет к последующему инфицированию половых органов и органов дыхания, что подтвердило эффективность перорального введения вакцины. Следующим шагом стало создание препарата на основе непатогенных штаммов C. trachomatis, который был бы эффективен против 15 серотипов бактерии, поражающей человека. Пока ученые планируют испытание вакцины на свиньях и нечеловекообразных приматах и в случае успеха подадут заявку на проведение клинических испытаний.

Технологии

14. Исследователи из британских компаний Google DeepMind и Isomorphic Labs представили новую версию AlphaFold — инструмента на базе искусственного интеллекта, который позволяет предсказать пространственную структуру белка по его аминокислотной последовательности. По словам разработчиков, они получили множество запросов от ученых о расширении функционала AlphaFold, в частности, возможности прогнозировать форму белка с модификацией или белковых комплексов с другими веществами.

По сравнению с предшественником, основу AlphaFold3 составила диффузионная модель, которая также используется Midjourney для создания изображений. Благодаря этому, новый AlphaFold более точен, чем современные инструменты, такие как AlphaFold2 и RoseTTAFold All-Atom, в прогнозе взаимодействий белок-лиганд, белок-нуклеиновая-кислота и антитело-антиген. Однако, в отличие от указанных выше инструментов, код AlphaFold3 не будет размещен в общем доступе. Для работы с новой версией необходимо обратиться к AlphaFold Server, который предполагает использование только в некоммерческих целях.