Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 1–17 января (без коронавируса)

Коктейль для яйцеклетки

1. Созревание примордиального фолликула в первичный запускает рост яйцеклетки, сопровождающийся значительными изменениями в генной экспрессии. В процессе дифференцировки эта ультраспециализированная клетка накапливает в цитоплазме огромное количество необходимых для оплодотворения факторов. Группа ученых из Японии, ранее разработавшая метод для воспроизведения созревания яйцеклеток в клеточной культуре, детально проанализировала генную экспрессию в этой системе. Функциональное тестирование показало, что для процесса созревания в культуре необходимы восемь транскрипционных факторов. Одновременное введение четырех из них (Nobox, Figla, Tbpl2 и Lhx8) в эмбриональные стволовые клетки индуцирует формирование псевдоооцитов в культуре, без мейоза и эпигенетического перепрограммирования, но с характерной реорганизацией цитоплазмы. Хотя некоторые индуцированные яйцеклетки были способны к оплодотворению и последующему дроблению, зародышей из них получить не удалось. Учитывая, что ооциты, индуцированные из гранулезных клеток с помощью химического перепрограммирования полностью функциональны, комбинация этих двух методов может открыть новые перспективы в репродуктивной биологии.

Геномные исследования

2. Яйцекладущие животные, или монотремы, совмещают уникальные черты млекопитающих и рептилий. Полногеномный анализ двух представителей этого отряда, ехидны и утконоса, показал, что предки яйцекладущих млекопитающих отделились от предков плацентарных и сумчатых примерно 187 млн. лет назад, а предки ехидновых и утконосовых разделились 55 млн. лет назад. Геном монотрем содержит пять пар половых хромосом, при этом их Х-хромосома полностью отличается от человеческой, скорее напоминая Z-хромосому птиц. Основываясь на данных секвенирования хроматиновых контактов (Hi-C), показавших наличие межхромосомных контактов между Х и Y хромосомами у яйцекладущих, ученые предположили, что такой комплекс половых хромосом возник из первородной кольцевой конфигурации. Кроме этого, анализ генома выявил существенные отличия от неяйцекладущих животных в генах лактации, обонятельных и вкусовых рецепторов и белков деградации гемоглобина, а также наличие гена, кодирующего один из основных белков, отвечающих за формирование желтка у птиц.

3. Чтобы сравнить геномы однояйцевых близнецов, исландские ученые провели полногеномное секвенирование самих близнецов, их родителей, супругов и детей. Оказалось, что около половины пар различаются на генетическом уровне. Часть этих различий связана с соматическими мутациями, как, например, при клональном гемопоэзе, но даже при применении самых строгих критериев для обработки данных, у 15% близнецовых пар один из близнецов несет мутации, приобретенные на этапе раннего эмбрионального развития. Согласно результатам анализа частоты мутантных аллелей, некоторые близнецы развиваются из одной из клеток эмбриобласта (то есть будто клонированы из эмбриональных стволовых клеток). Ученые делают вывод, геномные различия между близнецами связаны с относительным распределением клеток внутренней клеточной массы между двумя зародышами.

Молекулярная биология

4. Эндогенные ретровирусные элементы (ЭРЭ) составляют значительную часть генома позвоночных, и их спонтанная активация и транспозиция влияют на структуру и регуляцию генома хозяина. В клетках человека у большинства ЭРЭ способности к транспозиции подавлены, но нарушения репрессии встречаются при раке, бесплодии и нейродегенеративных заболеваниях. Ученые из Франции и Германии протестировали нарушения репрессии ЭРЭ в эмбриональных стволовых клетках мышей путем систематической инактивации генов с помощью CRISPR-технологии, и выяснили, что процесс образования матричной РНК с метилированием N6-позиции аденозина является ключевым фактором репрессии ЭРЭ. N6-метиладенозин (m6A) на мРНК встречается чаще других модификаций и служит для навигации РНК по пути экспорта, деградации или трансляции. Метилирование мРНК ЭРЭ способствовало ее ускоренному катализу и контролировало ретроэлементы даже при нарушении процесса подавления транскрипции.

5. Ученые из лаборатории доктора Фредерика Альта, профессора Гарвардской медицинской школы, ранее связали рекомбинационное переключение классов иммуноглобулинов H и V(D)J-рекомбинацию в B-лимфоцитах с фундаментальными процессами, контролирующими формирование хроматина и архитектуру хромосом. Хотя переключение классов и рекомбинация V(D)J-локуса происходят на разных этапах созревания B-клеток, экструзия петель ДНК с помощью когезинового комплекса служит ключевым этапом для обоих процессов, создавая условия для прокручивания длинных участков хроматина вдоль рекомбинационных центров и сохранения порядка и ориентации совмещаемых фрагментов ДНК. В новой работе та же команда изучала процесс сокращения локуса VH, необходимый для совмещения участков V и DJ во время рекомбинации. В модифицированных клетках с последовательностью локуса VH, расположенной в обратной ориентации к сигнальным последовательностям, которые распознаются RAG-эндонуклеазой, рекомбинация не происходила, хота VH сокращался. Дальнейшие эксперименты показали, что в мутантных клетках RAG-эндонуклеаза не останавливается в границах локуса, а проскальзывает вплоть до теломеры. Ответственность за соблюдение границ локуса лежит на факторах когезинового комплекса CTCF и WAPL, которые скручивают ДНК в хроматин. Физиологическое (в про-B-клетках) или экспериментальное (в злокачественно трансформированных клетках) снижение их активности позволяет RAG беспрепятственно сканировать иммуноглобулиновый локус и осуществлять рекомбинацию.

Боль и страх активируют разные зоны мозга

6. Известно, что у лабораторных мышей реакция на боль у соседа понижает порог болевой чувствительности. Чужой страх же повышает пугливость у экспериментальных животных. Особенно любопытно, что назначение морфина для утоления боли у одной мыши вызывает болеутоляющий эффект у ее соседей. И у человека, и у мышей расшифровка чужого эмоционального состояния происходит в передней поясной коре (ППК), контролирующей как когнитивные, так некоторые автономные функции, например, давление и сердечный ритм. В новом исследовании показано на мышах, что в зависимости от эмоционального контекста, сигналы из ППК проецируются в различные участки мозга. Сопереживание чужому страху активирует базолатеральную миндалину, а сопереживание чужой боли — группу нейронов, составляющих прилежащее ядро, причем этот путь активируется и позитивной, и негативной эмпатией. Вероятно, возникновение социально опосредованных физиологических изменений в организме лежит в основе различных психоневрологических заболеваний. Такие исследования могут приблизить разработку препаратов для лечения связанных с заболеваниями эмоциональных нарушений.

Клеточный сигналинг

7. Ученые из США охарактеризовали ответ базальных стволовых клеток на гипоксию у мышей. В условиях продолжительного кислородного голодания увеличивалось число нейроэндокринных клеток, синтезирующих паракринные факторы для легочной регенерации. Оказалось, что в процесс включаются базальные стволовые клетки паренхимы легкого. Они напрямую регистрируют падение кислорода в воздухе и запускают программу дифференцировки в нейроэндокринные клетки. Эти нейроэндокринные клетки синтезируют пептид, CGRP, который снижает патологические изменения в легочной ткани. Возможно, что гиперплазия нейроэндокринных клеток, замеченная у пациентов с астмой, муковисцидозом и хронической обструктивной болезнью легких, тоже носит адаптивный характер. Более того, не исключено, что стволовые клетки в других органах тоже регистрируют гипоксию и включают специфические регенеративные программы дифференцировки.

8. Кишечный эпителий обновляется за счет активности кишечных стволовых клеток, при этом восполняются изношенные энтероциты и секреторные клетки. Немецкие ученые описали подтип кишечных столовых клеток, готовых к дифференцировке в энтероэндокринные клетки и клетки Панета в ответ на активацию неканонического Wnt-сигнала, ответственного за планарную полярность в эбриогенезе (путь Wnt/PCP). Характеристика транскриптомов индивидуальных клеток показала, что и нейроэндокринные, и клетки Панета дифференцируются прямо из стволовых клеток, не проходя стадию общего предшественника, что подвергает сомнению существующие теории гомеостаза секреторных клеток кишечника. Именно клетки, вступившие на путь дифференцировки в клетки Панета, несут морфологические признаки неделящихся клеток. Ранее эти признаки рассматривались как маркеры мультипотентых секреторных предшественников. Более того, стволовые клетки, активированные каноническим Wnt/β-catenin сигналом, и стволовые клетки, активированные неканоническим Wnt/PCP, морфологически идентичны. Это означает, что выбор между этими путями развития осуществляется на посттранскрипционном уровне и задействует сигналы о поляризации клетки.

Микробиом человека

9. Международный коллектив ученых просеквенировал более тысячи микробиомов кишечника в рамках клинического исследования по расшифровке индивидуального ответа на состав диеты (Personalised Responses to Dietary Composition Trial, PREDICT 1). Структура микробиомов варьировала в зависимости от диеты, состава питательных веществ и общих диетических показателей и коррелировала с гликемическим индексом и показателями воспаления у хозяев. Например, представители Prevotella copri и Blastocystis присутствовали у индивидов со здоровым метаболизмом глюкозы. В целом таксоны, преобладающие в кишечнике людей со здоровой диетой, ассоциированы с наличием благоприятных показателей сердечнососудистой функции и обмена веществ. Таким образом, можно начать говорить о разработке «микробиомного индекса» для определения групп риска и оценки диетических вмешательств.

10. Ученые из Университета Орегона (США) смоделировали взаимодействия хозяин-микробиом методом Transkingdom Network и выяснили, что два вида из рода Lactobacillus положительно влияют на метаболизм хозяина в условиях «западной диеты», которая провоцирует развитие диабета второго типа у людей с генетической предрасположенностью. Результаты вычислений исследователи подтвердили с помощью анализа генной экспрессии и микроскопии клинических образцов. Было показано, что бактерии воздействуют на митохондрии в гепатоцитах, что ведет к стабилизации жирового обмена. Результаты работы предполагают, что на основе благотворных лактобацилл можно разрабатывать пробиотики для борьбы с диабетом второго типа.

11. Атопический дерматит — это хроническое воспаление кожи, которое протекает с периодами обострения и ремиссии. Золотистый стафилококк является наиболее частой причиной обострений. Ученые из Ирландии, Бельгии и Нидерландов определили, что колонизация этим патогеном происходит в результате прямого взаимодействия с белком роговых клеток эпителия — корнеодесмозином. При атопическом дерматите роговой слой кожи обезвоживается, корнеодесмозин на поверхности клеток становится легкодоступным и распознается рецепторами стафилококка. С помощью атомно-силовой микроскопии ученые продемонстрировали, что антитела к N-концу корнеодесмозина существенно ослабляют связь между стафилококком и роговыми клетками, а значит, корнеодесмозин может служить мишенью для разработки препаратов, предотвращающих обострения у пациентов с атопическим дерматитом.

Онкология

12. Лечение CAR-Т-клетками, связывающими антиген CD19, дает прекрасные результаты в случаях B-клеточного лейкоза, но плохо помогает при лимфоме. Немецкие ученые разработали CAR-Т-клетки, связывающие рецептор CXCR5, который экспрессируется на поверхности зрелых клеток и фолликулярных хелперов, а также в В-клеточной неходжкинской лимфоме. Новые CAR-Т-клетки, распознающие человеческий CXCR5, уничтожали клетки неходжкинской лимфомы в культуре и в мышиных ксенографтах, а вариант, связывающий мышиный CXCR5, работал против злокачественных клеток мышиной опухоли и поддерживающих их хелперов без побочных эффектов. Возможно, уничтожение опухолевой стромы одновременно с раковыми клетками приведет к более эффективному лечению лимфом.

13. Японские исследователи описали два случая возникновения опухоли в легких у мальчиков, родившихся у матерей с раком шейки матки. Секвенирование парных образцов опухолей и нормальных тканей выявило несколько доказательств вертикальной трансмисии опухоли. Во-первых, в опухолевых клетках у мальчиков отсутствовала Y-хромосома. Во-вторых, мутационный профиль в легочных новообразованиях детей был практически идентичен профилю раковых клеток матери. В-третьих, опухоли мальчиков несли тот же тип папилломавируса, который присутствовал в материнской опухоли. Кроме того, клиническая картина у детей предполагает наличие аллоиммунного ответа: опухоли характеризовались медленным ростом, а у одного из детей были замечены очаги спонтанной регрессии. Предположительно, трансмиссия опухолевых клеток произошла в результате аспирации во время вагинальных родов. Ранее были описаны редчайшие случаи трансплацентарной передачи рака ребенку от матерей со злокачественными опухолями.