Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 12–18 октября (без коронавируса)

Терапия рака

1. Сегодня существует два главных подхода к лечению лейкемии. Первый — терапия с помощью CAR-T-клеток — имеет побочные эффекты. Альтернативный способ подразумевает введение вакцины — ассоциированных с лейкемией антигенов, что приводит к активации специфичных Т-клеток. Однако в связи с малой иммуногенностью, инъекции нужно делать несколько раз или использовать адъювант. Авторы новой статьи в Nature Biomedical Engeneering предлагают решить проблему за счет создания полилактидной микрокапсулы, способной к самовосстановлению, которая будет высвобождать агенты в кровь постепенно. В новой вакцине эпитопные пептиды и антитела к PD-1 (programmed-cell-death-protein-1) загружаются в разлагаемые микрокапсулы из полимолочной кислоты. После однократной вакцинации капсулы до недели высвобождают эпитопный пептид и антитела. Это привлекает антигенпрезентирующие клетки, которые поглощают пептид и транспортируют антитела к PD-1 в лимфоузлы, стимулируя пролиферацию эпитоп-специфичных Т-клеток и активацию цитотоксических Т-клеток. Ученые опробовали различные эпитопные пептиды на нескольких мышиных моделях с ксенотрансплантатами лейкемии, полученными из гуманизированных клеточных линий или из первичных клеток пациентов. Новая вакцина была эффективнее повторных инъекций свободного антигена, антитела и коммерческого адъюванта.

2. При ретинобластоме (педиатрической опухоли сетчатки) наблюдается сверхэкспрессия ганглиозида GD2. Это излечимо при ранней диагностике, но может привести к потере зрения. В новой работе, опубликованной в Nature Cancer, для лечения ретинобластомы авторы предлагают использовать специальный гель, главным компонентом которого являются GD2-специфичные CAR-T-клетки (GD2.CAR-T) — модифицированные Т-лимфоциты, экспрессирующие химерные антигенные рецепторы к GD2. Так как введение только CAR-T-клеток оказалось недостаточно эффективным, в состав смеси был включен интерлейкин-15 (ИЛ-15), усиливающий иммунный ответ. Через 70 дней после введения такой смеси у 60% мышей с трансплантированной ретинобластомой опухоль исчезала. Далее авторы включили эти два компонента в состав гидрогеля на основе хитозана, что способствовало лучшему распределению CAR-T-клеток и удерживало ИЛ-15, ограничивая его диффузию. Гель помог не только супрессировать опухоль вплоть до полного ее исчезновения, но также сохранял функцию сетчатки. В скором будущем исследователи надеются запустить клинические испытания.

3. Часть пациентов с локализованным раком мочевого пузыря оказываются невосприимчивы к лечению с помощью химиотерапии, основанной на цисплатине. Для таких людей был разработан подход двойной блокады контрольных точек. В Nature Medicine опубликовали результаты первой фазы клинических испытаний двойной блокады контрольных точек тремелимумабом (анти-CTLA-4) и дурвалумабом (анти-PD-1) в качестве предоперационной подготовки. Из 28 пациентов с тяжелой формой рака, проходивших предоперационную терапию, 24 прошли операцию по удалению мочевого пузыря в ходе исследования. У половины пациентов размеры опухоли значительно уменьшились, а у девяти (37,5%) был достигнут полный патоморфологический ответ, что означает отсутствие признаков рака во время операции. Однако терапия имела побочные эффекты, связанные с иммунной системой. Лучше всего лечение помогало пациентам, у которых были обнаружены специальные кластеры иммунных клеток — третичные лимфоидные структуры, с высокой плотностью. В целом исследование говорит о большом потенциале подхода в контексте раковых заболеваний.

Восстановление сердца после ишемии

4. Работа в Science Translational Medicine может стать основой для лечения сердца от ишемического реперфузионного повреждения — повреждения тканей после восстановления кровотока в участке ишемии. Известно, что везикулы, выделяемые различными клетками, имеют кардиопротекторную функцию, однако данных об их содержимом было недостаточно. Авторы изучили белковый состав внеклеточных везикул, высвобождающихся из эндотелиальных клеток в условиях нормоксии и гипоксии и, используя технологию «человеческого сердца на чипе», создали карту содержащихся в везикулах белков и изучили их влияние на сердечные ткани человека при ишемии и реоксигенации. После трех часов ограничения доступа кислорода и полутора часов реоксигенации функция тканей на чипах, обработанных эндотелиальными везикулами, сохранялась лучше по сравнению с контролем. Ученые делают вывод, что везикулы поддерживают метаболическую функцию, сокращение и жизнеспособность кардиомиоцитов во время ишемического реперфузионного повреждения. Возможно, в будущем они станут основой для лекарств с кардиопротекторными свойствами.

Вакцина от гриппа

5. В The Lancet представлены результаты третьей фазы клинических испытаний новой вакцины против гриппа. Основу составляют рекомбинантные квадривалентные вирусоподобные частицы (QVLP), которые производятся в растениях. В 2017–18 годах работу вакцины проверили на 10 160 участниках от 18 до 64 лет, половине которых вводили новую вакцину, а половине — плацебо. В 2018–19 годах в исследовании приняли участие 12 794 пожилых людей в возрасте 65+. Половина пожилых людей получала новую вакцину QVLP, в то время как остальным вводили четырехвалентную инактивированную вакцину (QIV). Результаты показали, что вакцина препятствует заболеванию гриппом с эффективностью 35,1% в более молодой группе, а также была достаточно эффективна (8,8%) для предотвращения любых гриппоподобных заболеваний в группе 65+. Это первое крупномасштабное исследование вакцины растительного происхождения.

Молекулярная биология рака

6. Ранее было показано, что белок TAp63 функционирует как супрессор рака, а потеря его активности может привести к развитию опухоли, однако механизм был неясен. Статья в Nature Communications описывает влияние TAp63 на уровни длинных декодирующих РНК (днкРНК) TROLL-2 и TROLL-3 и их роль в развитии опухоли. Ученые показали, что TROLL-2 и TROLL-3 стимулируют миграцию и инвазию раковых клеток, их повышенная экспрессия связана с развитием рака груди и других раковых опухолей человека, а их ингибирование подавляет образование нескольких типов опухолей у мышей. Для развития опухоли также важны белки WDR26 и NOLC1, обеспечивающие ядерный транспорт. При блокаде TAp63 днкРНК TROLL-2 и TROLL-3 связываются с WDR26 в ядре клетки, предотвращая его взаимодействие с NOLC1 и вызывая перемещение WDR26 из ядра в цитоплазму. В цитоплазме WDR26 активирует путь передачи сигналов AKT, что приводит к усилению миграции и инвазии клеток и стимулированию развития опухоли. (Наглядно механизм представлен на иллюстрации.) Результаты предполагают, что TROLL-2, TROLL-3, WDR26 или интенсивность их взаимодействия могут выступать маркерами прогрессирования опухоли или потенциальными мишенями для терапии.

Дофаминергические нейроны

7.Согласно новому исследованию, опубликованному в Journal of The American Geriatrics Society, вариации в гене катехол-О-метилтрансферазы (COMT), которая отвечает за расщепление дофамина в мозге, влияют на подвижность людей в пожилом возрасте. Ученые оценили скорость походки в норме, физическую слабость и полиморфизмы в гене COMT у более чем 3 500 людей старше 65 лет без симптомов болезни Паркинсона. Руководствуясь определением слабости по Линде Фрид, авторы разделили участников на 3 группы. Используя многопараметрические модели регрессии, ученые определили, что среди наиболее слабых пожилых людей индивиды с вариантом COMT, обеспечивающим высокий уровень дофамина, имели на 10% более быструю походку и реже были инвалидами. Тенденции были схожи для различных рас в США, но для афроамериканцев различия были статистически не значимы. Авторы далее продолжают работу, чтобы определить уровень дофамина, необходимый для нормальной физической активности в пожилом возрасте (подробнее — на PCR.news). 

8. Болезнь Паркинсона (БП) часто сопровождается мутацией в гене SNCA-A53T. Также большую роль в патологии играют оксидативнй стресс и стресс, вызванный эндоплазматическим ретикулумом (ЭР). В исследовании, опубликованном в Cell Reports, ученые культивировали дофаминергические нейроны in vitro из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) в моделях БП и, изучив транскриптомы единичных клеток, выделили несколько подтипов нейронов с различной чувствительностью к стрессу. Авторы исследовали нейроны с мутацией и без нее. В нейронах дикого типа они выделили 8 кластеров, среди которых DAn1 и DAn2 содержали наиболее зрелые дофаминергические нейроны. В популяции мутированных клеток кластеры были схожи, но с другими паттернами экспрессии некоторых генов. Далее культуры клеток обработали ротеноном, вызывая оксидативный стресс, или туникамицином, вызывая ЭР-стресс, имитируя гибель нейронов при болезни Паркинсона. Чувствительность к стрессу у DAn1 была выше, чем у DAn2, и изменения в уровнях мРНК генов сильно различались. Нейроны DAn2 демонстрировали активацию генов окислительного фосфорилирования и генов, участвующих в стрессовой реакции. Эти клетки были более устойчивы. Большую роль в ответе на стресс играли гены, отвечающие за синтез холестерина. Авторы подтвердили результаты с помощью ПЦР в реальном времени. Обработка нейронов антигипертензивным препаратом фелодипином до окислительного стресса помогла сохранить уровень экспрессии некоторых генов. При ЭР-стрессе такого эффекта не наблюдалось. Результаты работы хорошо согласуются с данными проведенных ранее GWAS, а также с результатами анализа проб черной субстанции пациентов с БП.

Секвенирование РНК единичных клеток

9. При секвенировании РНК единичных клеток по методу Seq-Well часть информации может быть утеряна во время амплификации кДНК при ПЦР. В Immunity представлен новый протокол для секвенирования РНК единичных клеток синтезом второй цепи (second-strand synthesis), который позволяет увеличить количество регистрируемых генов в 5 раз и количество регистрируемых транскриптов в 10 раз в каждой ячейке. Главная идея заключается в том, чтобы пометить кДНК второй праймерной последовательностью и таким образом уменьшить вероятность того, что данная кДНК ускользнет от амплификации и потеряется. Применив данную стратегию, авторы изучили около 40 000 клеток пациентов с пятью различными кожными заболеваниями. Анализ иммунных и других клеток выявил сходства и различия пяти патологий. Авторы уверены, что данная методика может помочь получить данные с высоким разрешением во многих других исследованиях.

Диагностика

10. Как правило, для скрининга генетических аномалий во время беременности проводят секвенирование клеток плода или матери. В Epigenetics вышла работа, авторы которой предлагают анализировать генетический материал, секретируемый плацентой в кровоток, т. е. внеклеточные ДНК и РНК, для выявления патологий. Ученые изучили 102 пробы материнской и 25 проб пуповинной плазмы и выявили метиломную и транскриптомную сигнатуры, предсказывающие осложнения при беременности. Например, в течение первого и начала второго триместра уровень ДНК, специфичной для плаценты, был повышен у женщин с гестационным сахарным диабетом (ГСД). Секвенирование нуклеиновых кислот также дало информацию о различиях в экспрессии некоторых генов при патологиях. Исследователи разработали модель, которая достаточно точно определяла риск развития преэклампсии (AUC = 0,86), ГСД (AUC = 0,64) и неблагоприятных исходов беременности в целом (AUC = 0,91).

11. Группа ученых из Англии, Австралии, США и Нидерландов проанализировала экзомные данные 31 058 трио «два родителя и потомок», включающих индивидов с нарушениями развития, и определила гены, мутации de novo в которых связаны с этими нарушениями. Выборка была создана путем объединения существующих исследований и наборов клинических данных из , Медицинского центра Университета Радбауд и GeneDx. Статистический анализ выявил 285 генов, связанных с отклонениями в развитии, роль 28 из которых ранее не была известна. Согласно математическим моделям, существует еще примерно 1 000 неизвестных на данный момент генов, мутации в которых также значимы в контексте развития человека. Около 60% детей, рожденных с подобными патологиями, не имеют диагноза, что препятствует лечению и ухудшает уровень жизни. По оценкам авторов, примерно у половины этих детей есть мутация в одном из неизвестных генов. Работа опубликована в Nature.

Новости компаний

12. Африканские центры по контролю и профилактике заболеваний и Комиссия Африканского союза выступили с инициативой по расширению эпиднадзора за патогенами на основе геномных данных. Известные организации, в том числе Microsoft, Illumina, Oxford Nanopore Technologies, Центры США по контролю и профилактике заболеваний, Фонд Билла и Мелинды Гейтс, поддержали инициативу и пообещали в ближайшие 4 года выступить партнерами программы, выделив в общей сложности $100 млн. на необходимые исследования. Программа  PGI (Pathogen Genomic Initiative) является частью проекта Africa Health Strategy, проходящего с 2016 по 2030 гг. Основным исследовательским центром выступит институт геномики патогенов (IPG ) Африканского центра по контролю заболеваний. Для начала организаторы планируют расширить возможности NGS в более чем 20 уже существующих институтах континента.

13. Национальные институты здоровья США (National Institutes of Health, NIH) начали второй этап программы 4D Nucleome, выделив $142 млн. в виде исследовательских грантов на ближайшие 5 лет. Проект был запущен в 2014 году для изучения ядра клетки в пространстве и времени. На первом этапе был создан ряд инструментов и ресурсов, в том числе почти 2 000 наборов данных из сотен экспериментов, 52 пакета программного обеспечения и 23 протокола и реагента, доступные на официальном портале. Направлениями нового этапа станет мониторинг генома млекопитающих в пространстве и времени, изучение влияний архитектуры генома на биологические процессы, составление баз данных и навигационных карт, мониторинг и манипуляции с нуклеосомами в контексте здоровья человека и различных заболеваний.

14. Pacific Biosciences (PacBio), Children's Mercy Kansas City и Microsoft заявили о сотрудничестве с целью улучшения диагностические возможности для редких заболеваний. В исследованиях редких заболеваний традиционные методы секвенирования генома, основанные на коротких прочтениях, как минимум в половине случаев не могут определить генную причину патологии. Технологии PacBio с более длинными ( HiFi) прочтениями повысят точность данных и позволят решить проблему. Организации будут использовать HiFi-прочтения PacBio, чтобы обнаружить вызывающие заболевания геномные варианты, пропущенные секвенированием с короткими прочтениями. Исследователи оценят, могут ли данные HiFi воспроизвести все патологические варианты, обнаруженные другими методами, и определят скорость их выявления. Компания Microsoft предоставит место для хранения и обработки данных.