Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 14-20 июня

Медицинская генетика

1. Ученые установили роль гена Fkbp10 в развитии несовершенного остеогенеза. Несовершенный остеогенез — это генетическое заболевание, приводящее к дефектам костной и других типов соединительной ткани и вызывающее нарушения подвижности суставов из-за тендинопатии — воспаления сухожилий. Ранее было известно, что мутации Fkbp10, приводящие к потере функции, сопровождаются симптоматикой, характерной для несовершенного остеогенеза. Исследователи из США создали линию мышей, в сухожилиях и связках которых Fkbp10 инактивирован. Оказалось, что белок, кодируемый этим геном, необходим для одного из этапов формирования коллагеновых фибрилл — гидроксилирования остатков лизина в проколлагене типа I. РНК-секвенирование клеток связок генномодифицированных мышей показало увеличение экспрессии белков сигнального пути Hedgehog (Hh), которое также подтвердилось при помощи ПЦР в реальном времени. Далее у мышей удалили еще и ген Smo, который кодирует белок Smoothened, важный компонент сигнального пути Hh. Такое подавление активности пути восстановило функциональность сухожилий и связок у мышей, не экспрессирующих Fkbp10. Таким образом, исследователи не только обнаружили роль гена Fkbp10 в несовершенном остеогенезе, но и продемонстрировали пути возможного вмешательства, позволяющие нивелировать патогенный эффект мутаций.

2. Опубликован клинический случай рождения младенца с 23 внутриутробными переломами. Переломы не были связаны с ранее известными патологическими мутациями, ведущими к синдрому несоверешнного остеогенезе или другой причине внутриутробных переломов. Но при этом известно, что мать ребенка страдала синдромом Элерса — Данлоса по типу гипермобильности. Полногеномное секвенирование позволило выявить генетические мутации, которые могли вызвать повышенную хрупкость костей. Наиболее вероятная причина — патогенная гомозиготная мутация в гене CCDC134. Также к внутриутробным переломам могли привести гомозиготные варианты генов COL15A1 и ZFPM1 и гетерозиготные варианты генов MYH3, BCHE, AUTS2. Авторы подчеркивают, что работа имеет значение не только для лучшего понимания генетических основ болезней, но и для выявления случаев жестокого обращения с детьми. Если бы этого младенца доставили в больницу через несколько недель после рождения, рентген показал бы множественные заживающие переломы. А поскольку обследование показало бы, что несовершенного остеогенеза у него нет, врачи заключили бы, что ребенка намеренно травмировали.

Популяционная генетика

3. Генетический анализ Helicobacter pylori показал, что заселение Северной и Южной Америки происходило одновременно, во время единственного события миграции из Сибири. В статье в PNAS международный коллектив исследователей представил результаты анализа ДНК желудочной бактерии-комменсала Helicobacter pylori как биомаркера древних миграций человека. Ученые собрали образцы H. pylori в 16 популяциях коренных народов Сибири, чтобы определить эволюционные связи между ними и коренными американцами, комменсальные бактерии которых уже были изучены. Всего было генотипировано 556 штаммов бактерии и секвенировано 54 генома. Выяснилось, что «американская» субпопуляция бактерий под названием hspIndigenousAmericas встречается также у народов севера Сибири. Она наиболее тесно связана с субпопуляцией hspAltai, обнаруженной только в Сибири. Вместе эти штаммы сформировали кладу, которую исследователи назвали hpNorthAsia. Чтобы восстановить историю эволюции H. pylori в Сибири, исследователи использовали приближенное байесовское вычисление (ABC). Результаты показали, что крошечная популяция H. pylori колонизировала Америку в ходе единственной миграции через Берингов пролив примерно 12000 лет назад.

Онкология

4. Генетическая модификация NK-клеток позволила им лучше бороться с глиобластомой. Глиобластома — наиболее агрессивный рак головного мозга, она активно рецидивирует, поскольку ее стволовые клетки устойчивы ко всем стандартным методам лечения. Ученые показали, что стволовые клетки глиобластомы, но не нормальные астроциты, чувствительны к лизису естественными клетками-киллерами (NK) in vitro. Цитометрия и секвенирование РНК единичных клеток образцов опухоли показали, что проникающие в глиобластому NK-клетки не обладают такой активностью in vivo, потому что приобретают измененный фенотип, связанный с нарушенной литической функцией. Согласно транскриптомным данным, эта тактика уклонения от иммунитета связана с прямым межклеточным контактом между клетками глиобластомы и NK-клетками через интегрин-опосредованную активацию TGF-β. Удаление рецептора TFG-β в NK-клетках восстановило их противоопухолевую активность.

5. Новую стратегию лечения рака предложили ученые из Бельгии: оказывается, ненасыщенные жирные кислоты омега-3 и омега-6 при накоплении в закисленной опухолевой клетке способствуют ферроптозу и, как следствие, замедляют процессы роста всей опухоли. При превышении буферной способности накопления триглицеридов в липидных каплях внутри клетки начинается перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот омега-3 и омега-6. Это приводит к цитотоксическим эффектам, которые закономерно усиливаются ингибиторами диацилглицеринацилтрансферазы (DGAT). Ученые проводили исследования на сфероидах — трехмерной системе культивирования опухолевых клеток. В присутствии докозагексаеновой кислоты (одна из омега-3 кислот) сфероиды сначала растут, а затем взрываются из-за перекисного окисления и ферроптоза. Далее ученые проверили полученные данные на мышах, предрасположенных к развитию опухолей, обогатив их диету докозагексаеновой кислотой. У этих мышей рост опухоли значительно замедлился по сравнению с контрольной группой. Исследователи заявляют, что использованная доза намного ниже минимальной рекомендуемой дозы. Взрослым рекомендуется потреблять не менее 250 мг омега-3 в день, а для наблюдаемого эффекта достаточно 50–100 мг.

Адресная доставка

6. Та же докозагексаеновая кислота, точнее, ее переносчик помог исследователям из Колумбийского университета открыть новый возможный способ доставки лекарств через гематоэнцефалический барьер. На долю докозагексаеновой кислоты приходится около 20% всех мембранных жирных кислот в нервной системе, но при этом она незаменимая, и нам необходимо получать ее с пищей. Через гематоэнцефалический барьер ее транспортирует белок-переносчик MFSD2A, строение которого описали авторы статьи, опубликованной в Nature. С помощью криоэлектронной микроскопии ученые получили структуру MFSD2A с разрешением 3,0 Å. Обнаружилось, что транспортер имеет большую полость, содержащую сайт связывания Na+ и липидного субстрата, и это впоследствии было подтверждено с помощью масс-спектрометрии. Функциональный анализ и моделирование молекулярной динамики помогли раскрыть детали взаимодействия MFSD2A с субстратами и ионами Na+, а также конформационных изменений, которые позволяют высвобождать субстраты в мембрану. Описание работы такого крупного переносчика проливает свет на механизмы транспортировки неполярных веществ через ГЭБ и может открыть путь к новым способам доставки нейротерапевтических препаратов.

Болезнь Альцгеймера

7. В MIT изучили протеом и паттерны фосфорилирования белков и пептидов мозга при болезни Альцгеймера и обнаружили специфические для этого заболевания нарушения сигналинга. Исследователи проанализировали ткани мозга 48 человек сходного возраста, у 25 из которых была диагностирована болезнь Альцгеймера. С помощью масс-спектрометрии с использованием тандемного масс-тегирования ученые провели количественную оценку относительных изменений протеома и фосфопротеома. Затем они использовали кластерный анализ и получили 100 различных кластеров, на шесть из которых приходилось почти три четверти общих различий между кластерами. Это были кластеры «олиго», «астро» и «микро», по названиям типов клеток, в которых они экспрессировались (олигодендроциты, астроциты, микроглия); «нейро» и «пневро» (белки нейротрансмиссии и фосфорилированные белки нейротрансмиссии); и «тау», по названию тау-пептидов, которые, как известно, гиперфосфорилируются при болезни Альцгеймера. Анализ сигнальных путей показал связь между накоплением токсичного белка, нейродегенерацией и работой глиальных клеток. Прогрессирующие изменения в этих клетках могут быть ключом к пониманию причин нейродегенерации. Значение опубликованной работы также в том, что она описывает новую модель развития болезни, учитывающую гетерогенность пациентов.

8. В журнале Nature Aging опубликована статья, авторы которой исследовали на мышах взаимосвязь между проницаемостью гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и аллели APOE4 при болезни Альцгеймера (БА). Аллель APOE4 гена аполипопротеина Е — самый распространенный маркер БФ. Исследователи обнаружили, что APOE4 связан с активацией белка, который вызывает воспаление и повышает проницаемость гематоэнцефалического барьера. Для моделирования БА они скрещивали мышей, несущих APOE4, с мышами линии 5xFAD. Контрольными группами служили мыши, не скрещенные с 5xFAD, а также мыши с «безопасной» аллелью APOE3. Выяснилось, что наличие APOE4 на фоне БА ускоряет разрушение гематоэнцефалического барьера и повреждает его клетки — перициты. При этом данный эффект оказался связанным с увеличением уровня провоспалительного белка циклофилина А. Циклофилин А содержится в перицитах и контролирует, насколько эффективно кровеносные сосуды поддерживают целостность ГЭБ. У мышей с APOE4 циклофилин А вызывал активацию матриксной металлопротеиназы 9 (MMP9), фермента, разрушающего кровеносные сосуды. Затем ученые попытались «вылечить» мышей при помощи ингибитора циклофилина А. Ингибитор не только улучшил целостность ГЭБ, но и остановил потерю нейронов и предотвратил поведенческие нарушения.

9. Возможно, болезнь Альцгеймера (БА) удастся вылечить иммуномодуляторами. К такому выводу пришли авторы статьи, опубликованной в журнале Brain. У пожилых беличьих обезьян после курса лечения олигодезоксинуклеотидами CpG ( CpG ODN) в головном мозге стало на 59% меньше отложений амилоидных бляшек по сравнению с животными из контрольной группы. Беличьи обезьяны, или саймири — идеальный объект для изучения болезни Альцгеймера, так как у них с возрастом естественным образом развивается нейродегенерация. Известно, что ключевую роль в патогенезе болезни Альцгеймера играет нарушение регуляции врожденного иммунитета и микроглии. Агонисты toll-подобных рецепторов (TLR) — рецепторов клеток врожденного иммунитета, — таким образом, являются перспективными кандидатами в лекарства. Ученые показали, что агонист TLR9 под названием CpG ODN 2006 уменьшает количество амилоидных бляшек, агрегатов тау-белка и ослабляет проявления когнитивных нарушений у обезьянок (также на PCR.news).

Молекулярная диагностика

10. Усовершенствованный тест на туберкулез Xpert® MTB/RIF Ultra оказался достоверно чувствительнее своего предшественника. Статья с данными клинических исследований опубликована в журнале European Respiratory Journal. Тест Xpert® MTB/RIF разработан в 2010 году, а Xpert® MTB/RIF Ultra — в 2018-м. Для сравнения эффективности двух тестов ученые использовали одни и тот же образцы мокроты, а в качестве стандарта использовали жидкие и твердые культуры. Исследование проводилось в Мозамбике в районе Манхиса, где очень высока распространенность туберкулеза и ВИЧ. Первая группа пациентов посещала медицинские учреждения и имела симптомы туберкулеза, во вторую были включены люди, контактировавшие с больными и участвующие в исследовании Xpatial-TB. В когорте больных (около 1400 человек), тест Ultra оказался значительно более чувствителен, чем Xpert, хотя его специфичность была немного ниже. Для когорты контактных лиц (252 человека) показатели были сходными. Это крупнейшее на сегодняшний день исследование, сравнивающее эффективность Xpert® Ultra и Xpert® на одних и тех же образцах мокроты.

Органоиды

11. Ученые вырастили органоиды почки, воспроизводящие систему собирательных трубочек. Используя сначала мышиные, а затем и человеческие клетки-предшественники зачатка мочеточника, авторы статьи в Nature Communications разработали коктейль из молекул, которые индуцируют образование сферических органоидов, похожих на зачатки мочеточника. Они представляют собой ветвящиеся трубки, которые дают начало системе собирательных трубочек. Для этого пришлось перебрать сотни различных составов среды. Ученым также удалось найти другой коктейль, побуждающий человеческие стволовые клетки превращаться в органоиды зачатка мочеточника. РНК-секвенирование полученных органоидов показало, что по профилю экспрессии они почти не отличаются от клеток кончика зачатка мочеточника. Новые типы органоидов почек — это мощные инструменты не только для изучения биологии развития и патофизиологии, но и для поиска новых методов лечения и регенеративной терапии.

Новые антибиотики

12. Новое исследование может привести к разработке новых терапевтических средств против инфекции Clostridioides difficile. В развитых странах наиболее частая причина желудочно-кишечных инфекций со смертельным исходом — именно эта бактерия. Основные факторы ее вирулентности — это два экзотоксина, TcdA и TcdB. Рецептором для TcdB в теле человека служит хондроитинсульфат протеогликан 4 (CSPG4), но молекулярный механизм связывания и распознавания этих двух молекул оставался неизвестным. При помощи криоЭМ ученые определили структуру комплекса TcdB-CSPG4 и выявили уникальный сайт связывания двух белков. Мутации, которые избирательно нарушают связывание CSPG4 с TcdB, снижают токсичность TcdB у мышей, а полный нокаут гена CSPG4 приводит к уменьшению тяжести повреждения тканей толстой кишки во время инфекции, вызванной клостридией. Единственное на данный момент одобренное FDA антитело против TcdB, безлотоксумаб, блокирует образование комплекса, но проявляет низкую нейтрализующую активность ко многим вариантам TcdB из гипервирулентных штаммов. Авторы статьи разработали «приманку» для токсина, имитирующую CSPG4, на основе полученной трехмерной структуры. Она превосходит безлотоксумаб в способности нейтрализовать TcdB из гипервирулентного штамма (TcdB2). Создание подобных белковых комплексов может оказаться хорошей стратегией для разработки антибиотиков широкого спектра действия.

Клеточная биология

13. Ученые из Геттингена (Германия) описали, как промежуточные филаменты тубулин и виментин взаимодействует с микротрубочками, стабилизируя их и защищая от распада. Микротрубочки постоянно растут и распадаются, и поддержание баланса между двумя этими процессами важно для функционирования клетки. В ходе in vitro экспериментов с единичными волокнами ученые увидели, что взаимодействия микротрубочек с тубулином увеличивает скорость их полимеризации, а с виментином — не влияет ни на скорость роста, ни на интенсивность деполимеризации, но при этом значительно снижает вероятность спонтанного распада микротрубочки. Чтобы понять природу наблюдаемого стабилизирующего эффекта, ученые измерили силы взаимодействия между отдельными микротрубочками и филаментами виментина в реальном времени при помощи микроскопа. Для этого они пометили микротрубочки и виментин биотиновой меткой и в микрофлюидной системе при помощи четырех шариков с иммобилизированным стрептавидином крестообразно растянули две взаимодействующие фибриллы. Вычисленные значения использовали для моделирования межмолекулярных взаимодействий. Наблюдения в сочетании с моделированием дали детальное понимание физической природы взаимодействий микротрубочек с промежуточными филаментами.

Новости компаний

14. Норвежский исследовательский совет выделил 16 миллионов норвежских крон (1,9 миллиона долларов) компании Genetic Analysis на разработку диагностического теста микробиома для выявления воспалительных заболеваний кишечника. Базирующаяся в Осло норвежская компания молекулярной диагностики заявила, что использует эти средства для простой в применении теста на состав микробиоты будет также прогнозировать прогрессирование заболевания и предлагать схемы лечения пациентов с язвенным колитом. Платформа GA-map основана на мультиплексном подходе для одновременного анализа большого количества бактерий в одной пробирке. Валидация теста пройдет при сотрудничестве с партнерами в университетской больнице Акерсхус в Норвегии, а также в университетской больнице Сальгренска и Гетеборгском университете в Швеции.