Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 1–7 февраля

ВИЧ

1. Вакцины против ВИЧ не существует, в первую очередь из-за высокой скорости мутации вируса. Ученые из США попытались обойти эту проблему. Они сконструировали белок из нескольких консервативных участков протеома ВИЧ, мутации в которых отрицательно сказались бы на жизнедеятельности вируса. Этот составной иммуноген экспрессировали в новом аденовирусном векторе. У макак резусов, иммунизированных этим конструктом, был показан ответ Т-клеток, сравнимый с ответом, полученным при использовании всего протеома вируса. Ведутся дальнейшие исследования.

Нейробиология

2. Психоделик ЛСД повышает эмпатию и стимулирует социальное поведение, но механизм до сих пор остается неясным. Ученые из Канады исследовали воздействие ЛСД на самцов мышей. Однократная инъекция ЛСД никак не влияла на социальное поведение, однако ежедневные инъекции в течение 7 дней заметно его стимулировали. Было показано, что это происходит благодаря потенцированию передачи возбуждения в медиальной префронтальной коре через 5-HT2A/AMPA рецепторы и mTOR сигналинг. Авторы предполагают, что активация 5-HT2A/AMPA/mTORC1 психоделическими наркотиками может помочь при лечении состояний, связанных с нарушением социального поведения, таких как аутизм и социальное тревожное расстройство.

3. Синтез белка в нейронах гиппокампа необходим для создания долгосрочных воспоминаний. Этот процесс нарушен при таких патологиях, как болезнь Альцгеймера. Клеточный стресс активирует протеинкиназы, которые фосфорилируют фактор инициации трансляции eIF2α, подавляя тем самым синтез белков. Ингибирование трансляции — это часть комплексной реакции на стресс. После вскрытия в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера находили больше фосфорилированного eIF2α и меньше eIF2B. Ученые системно вводили мышам небольшую молекулу ISRIB, которая блокирует комплексную реакция на стресс в обход фосфорилирования eIF2α. В результате синтез белков в нейронах гиппокампа восстанавливался, синаптическая пластичность улучшалась, мыши лучше проходили тесты, связанные с памятью. Эти результаты были показаны на мышах дикого типа, которым давали салубринал — ингибитор фосфатаз eIF2α, и на двух мышиных моделях болезни Альцгеймера. На амилоидные бляшки лечение не влияло.

Некодирующие РНК

3. В США и Великобритании изучали влияние отсутствия экспрессии miR-33 на ожирение, метаболизм и атеросклероз в организме мыши. miR-33 – это микроРНК, которая вовлечена в регуляцию липидного метаболизма. При отсутствии экспрессии miR-33 во всем организме животные были предрасположены к ожирению, однако при нокауте miR-33 только в печени этого не происходило. Такие мыши приобретали защиту от печеночной инсулинорезистентности, фиброза и воспаления. У них была улучшена регуляция гомеостаза глюкозы и повышена циркуляция липопротеинов высокой плотности, но при этом размеры атеросклеротических бляшек при гиперлипидемии не уменьшались. Это исследование открывает пути к разработке новой таргетной терапии кардиометаболических заболеваний.

Иммунитет растений

5. Клеточная стенка растений играет ключевую роль в сопротивляемости инфекциям. Группа ученых из Испании, Франции и США создала несколько мутантных форм резушки Таля (Arabidopsis thaliana) с различным составом клеточной стенки и проверила их сопротивляемость трем патогенам с разными механизмами проникновения в организм хозяина. У 85,3% мутантных растений ученые продемонстрировали изменения в восприимчивости по крайней мере к одному патогену. При этом повышенная резистентность иногда сопровождалась уменьшением биомассы или урожая. Богатая пектином фракция клеточных стенок мутантных растений вызывала иммунный ответ у растений дикого типа. С помощью математического анализа было показано соответствие между резистентностью и содержанием специфических углеводных фрагментов в клеточных стенках.

Технологии секвенирования

6. Одномолекулярное секвенирование в реальном времени теоретически позволяет напрямую определять модификации оснований без предварительной обработки ферментами или амплификации методом ПЦР, используя только кинетический сигнал от ДНК-полимеразы. Однако сигнал, позволяющий распознать метилированый цитозин, очень слаб. Ученые из Китая проанализировали все кинетические сигналы ДНК-полимеразы в целом и определяли контекст для каждого основания в пределах заданного окна в 21 нуклеотид (подробнее на PCR.news). Они обучили нейронную сеть распознавать метилированные цитозины. Этот метод имел чувствительность 90% и специфичность 94% и на 99% коррелировал с общим уровнем метилирования, полученным методом бисульфитного секвенирования. Новый метод был проверен на гибридной мышиной/человеческой ДНК, а также на человеческой ДНК из различных тканей. Он позволяет измерять аллель-специфическое метилирование.

Онкология

7. При терапии колоректального рака очень важно предсказать вероятность рецидива. Китайские ученые  разработали метод, позволяющий одновременно использовать несколько маркеров циркулирующей опухолевой ДНК. Это количественная ПЦР, специфическая для метилирования (mqMSP), которая использует 10 маркеров метилирования и работает при наличии 0,05% опухолевой ДНК в плазме. В когорте из 179 образцов плазмы от пациентов с колоректальным раком, аденомой и от здоровых контролей чувствительность и специфичность метода mqMSP были 84,9% и 83,3% соответственно. На новой когорте из 103 пациентов исследователи показали, что метод mqMSP лучше детектировал ранние стадии рака и предраковые полипы, чем метод определения гиперметилирования SEPT9. Ученые исследовали независимую когорту из 182 образцов плазмы от 82 пациентов с колоректальным раком. В предоперационных образцах метод mqMSP определил циркулирующую опухолевую ДНК в 73 из 82 (89,0%) случаев. В образцах, взятых через две недели после операции, метод определил 11 из 20 (55%) пациентов, у которых произошел рецидив. При долговременном мониторинге у 14 пациентов (70%) удалось определить циркулирующую опухолевую ДНК до рецидива, в среднем за 8 месяцев до того, как опухоль становилась видна при радиологическом исследовании.

8. Амплификация хромосомного региона 8p11-12 часто встречается при плоскоклеточной карциноме легкого. В качестве онкогена рассматривался ген FGFR1, однако его ингибирование в качестве терапии не привело к успеху. В работе, опубликованной в Nature, исследовали новую мишень терапии — NSD3, H3K36 гистоновую метилтрасферазу, ген которой тоже лежит в этом регионе. Амплификация гена NSD3 сильно коррелирует с повышением его экспрессии. Удаление этого гена замедляет рост опухоли и увеличивает выживаемость у мышиной модели плоскоклеточной карциномы легкого. Авторы работы изучили вариант белка NSD3 с заменой T1232A, которая повышает его каталитическую активность при диметилировании H3K36 in vitro и in vivo (H3K36me2). Экспрессия мутантного белка in vivo, у той же мышиной модели, ускоряла рост опухолей и снижала выживаемость. Образование H3K36me2 приводило к перепрограмированию хроматина и увеличению экспрессии онкогенов. У мышей с ксенографтами плоскоклеточной карциномы легкого от пациентов с амплификацией NSD3 или экспрессией его мутантной формы снижение уровня экспрессии NSD3 также замедляло опухолей. Кроме того, такие ксенографты были очень чувствительны к ингибированию бромодомена.

9. Ученые из США и Аргентины использовали несколько алгоритмов для анализа цифровых изображений тканей рака молочной железы, чтобы определить субклеточное расположение транскрипционного регулятора Каизо (ZBTB33). Образцы были взяты из 555 опухолей от женщин из США с различной расовой принадлежностью. Долгое время считалось, что Каизо, как транскрипционный регулятор, располагается в ядре. Однако эта работа подтвердила, что Каизо может находится и в цитоплазме. Его цитоплазматический уровень был выше в более агрессивных подтипах РМЖ. Более высокий общий уровень Каизо коррелировал с худшей выживаемостью. Ученые показали связь Каизо с другими биомаркерами РМЖ, такими как LC3A/B, которые связаны с аутофагией и прогрессированием РМЖ. Каизо необходим для функциональной активации LC3A/B, в опухоли они колокализованы. Совместно они участвуют в создании микросреды опухоли, которая подавляет активность иммунных клеток. Эта работа позволила лучше изучить роль Каизо в развитии и прогрессировании РМЖ.

10. Повреждение тканей увеличивает риск развития рака. Исследователи из США показали, как мутация в гене Kras и повреждение тканей приводит к изменению состояния хроматина клеток эпителия поджелудочной железы и онкологическому перерождению вместо регенерации. Опыты проводились на клетках поджелудочной железы, недавно изолированных из мышиной модели. Эпигенетические изменения проявлялись через 48 часов после повреждения. Следствием изменений в хроматине было нарушение регуляции генов и активации интерлейкина 33, который повторял эффект травмирования клеток и, совместно с мутантным Kras, приводил к эпигенетическому ремоделированию и перерождению. Таким образом, исследователи продемонстрировали совместное онкогенное воздействие факторов окружающей среды и генетики.

11. Авторы еще одного исследования установили, что состав микробиоты кишечника влияет на чувствительность к иммунотерапии меланомы. Шестнадцати участникам клинического исследования, с меланомой, резистентной к анти-PD-1 терапии, пересадили микробиоту от пациентов, для которых эта терапия была эффективной, после чего их снова подвергли анти-PD-1 терапии (пембролизумаб). У реципиентов изменился состав микробиоты, они хорошо переносили терапию. У 6 из 15 пациентов терапия была клинически эффективна: у трех человек с помощью компьютерной томографии был зафиксирован объективный ответ, еще у трех заболевание стабилизировалось. У этих пациентов также повысилась активность CD8+ T-клеток и уменьшилось число миелоидных клеток, экспрессирующих интерлейкин 8. Исследователи надеются продолжить клинические испытания трансплантации фекальной микробиоты при иммунотерапии рака.

Сердечно-сосудистые заболевания

12. У людей с сердечной недостаточностью часто отмечается дефицит железа. Исследователи из Великобритании и Японии изучали метаболизм железа в контексте проблем с сердцем на мышах. Железо высвобождается из белка крови ферритина через процесс аутофагии, называемый ферритинофагией, под контролем коактиватора ядерного рецептора 4 (NCOA4). У мышей с делецией гена Ncoa4 развивалось меньше патогенных изменений при сердечной недостаточности. У них в сердце не наблюдался избыток железа и нестабильных молекул кислорода, которые могли бы привести к клеточной смерти. Инъекции ферростатина-1 мышам дикого типа также снижали уровень клеточной смерти при сердечной недостаточности. Ингибирование высвобождения железа изучается как возможный метод лечения людей с этой патологией.

Ретровирусы

13. Встраивание генов ретровирусов путем обратной транскрипции в геном (ретропозиция) — важный фактор эволюции и адаптации. Обычно изучение этих процессов сосредоточено на сравнении различных видов, а последствия ретропозиции внутри вида изучены плохо. Ученые из Германии и Китая показали, что отрицательные последствия этого процесса недооцениваются. Это происходит из-за того, что при анализе сиквенсов обычно не ищут новые ретрогены. К тому же новые ретрогены обычно не задерживаются в геноме надолго. При изучении генома относительно молодой популяции мышей ученые показали, что число ретрогенов на несколько порядков выше ожидаемого, и большая часть таких встроек была вредной. Полученные результаты также имеют значение для определений аллелей, связанных с болезнью, у человека.

Эпигенетика

14. В 93% случаев причина болезни человека заключается не в поломке кодирующего гена, а в нарушении регулировки гена или в мутации в некодирующем участке. Информация об изменениях в этих участках существует, но ее сложно систематизировать. Ученые из США представили систему EpiMap, в которую вошли 10 000 эпигенетических карт из 800 образцов. Объединение разрозненных карт в единую систему позволило получить больше информации, не так зависящей от различий в экспериментальных условиях. В EpiMap вошли данные о состоянии хроматина, местонахождении энхансеров и их модулей, регуляторах, расположенных выше генов, и о самих таргетных генах. Таргетные гены энхансеров предсказывались с помощью машинного обучения. Предсказательная сила EpiMap была проверена на 30,000 генетических локусах, ассоциированных с 540 признаками. Система могла указать на соответствующие ткани, вероятные нуклеотидные варианты в энхансерах и их таргетные гены в этих тканях. Был показан вклад, который вносят изменения в каждой ткани в изменение многофакторного признака. Система позволила предсказать молекулярный механизм фенотипа при изменении в одном локусе с очень высоким уровнем достоверности. Она способна анализировать примеры разной степени сложности, от одного энхансера и одного гена, до нескольких энхансеров и единой цели, до нескольких генов и тканей, на которые влияет единый локус.

Новости компаний

15. Компания Hologic и Google Cloud объявляют о сотрудничестве с целью расширения возможностей цифровой диагностики нового поколения. Технологии машинного обучения Google Cloud интегрируются с Genius™ Digital Diagnostics System — первой платформой для цифровой цитологии, сочетающей искусственный интеллект с передовой технологией объемной визуализации, чтобы помочь идентифицировать предраковые поражения и раковые клетки у женщин.

16. Частная компания 23andMe, предлагающая генетическое тестирование напрямую потребителям, подписала соглашение о слиянии с VG Acquisition Corp., спонсируемой Virgin Group, с целью стать публично торгуемой и продавать акции через эту компанию на Нью-Йоркской фондовой бирже. Благодаря слиянию стоимость 23andMe оценивается примерно в 3,5 млрд долларов, говорится в сообщении компании. Сделка была единогласно одобрена советами обеих компаний и дожидается одобрения акционеров Virgin Group Acquisition Corp. Переход планируется завершить ко второму кварталу этого года. Акции Virgin Acquisition поднялись более чем на 12% до $15.13 на утренних торгах Нью-Йоркской фондовой биржи в четверг.