Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 16–22 августа

Популяционная геномика

1. Геномы людей неолита и бронзового века с территории восточной Хорватии дополнили знания о миграционных процессах в Европе. Международная команда ученых секвенировала 28 полных геномов людей, живших в период с 4700 г. до н. э. по 400 г. н. э., то есть от среднего неолита до римского периода. Геномы были получены из останков, найденных на двух археологических сайтах, расположенных на территории современной Хорватии. В геномах людей бронзового века найдены признаки контактов с людьми, жившими севернее, на территории Карпатского бассейна. При этом у их современников из западной Хорватии таких следов ранее обнаружено не было. Ученые также частично восстановили образ жизни людей прошлых эпох. Так, у индивидов из каменного века обнаружили признаки близкородственного брака между двоюродными родственниками, хоть это и не было общей практикой. В бронзовом веке у всех мужчин одного из поселений Y-хромосомы оказались схожими между собой, в то время как митохондриальные геномы имели разнообразие. Это указывает на то, что общество было патрилокальным — мужчины оставались жить на земле отцов, а жен брали из других поселений.

2. Перемещаемся на север Европы. В рамках проекта, посвященного изучению происхождения финно-угорской популяции, эстонские ученые с коллегами из других стран опубликовали в AJHG работу об историческом вкладе популяции Эстонии в формирование финской популяции. Ранее считалось, что миграция из Эстонии в Финляндию происходила до нашей эры. В новой работе авторы анализировали генетические данные 143 000 современных эстонцев, 99 финнов и 14 древних эстонских геномов. Они сделали вывод о миграционном потоке, происходившем примерно в 800–1000 годах нашей эры. Это может объяснять близость финского и эстонского языков. Проект будет продолжен, говорят авторы. В планах — получить средневековые геномы из разных мест в Финляндии и близлежащих странах. Опыт работы с эстонскими средневековыми геномами с низким покрытием будет очень кстати.

3. Еще одна работа, посвященная взаимосвязи генетической и культурной истории, вышла на этой неделе в Science Advances. Авторы сделали попытку определить, каким образом культурные особенности отражают генетические взаимосвязи между популяциями. Они выбрали 11 языковых семей Северо-Восточной Азии. В их число вошли, например, чукотско-камчатская, эскимосско-алеутская, корейская, японская языковые семьи. Впервые были генотипированы представители нивхов — народа с острова Сахалин. При анализе культурных особенностей ученые сосредоточились на языке (с точки зрения грамматики, лексики и фонологии) и музыкальных традициях (с точки зрения структуры песен и их стиля). Из всех изученных аспектов грамматика языка наилучшим образом соотносится с генетическим родством представителей языковых групп, при этом музыкальные традиции не отражают генетическое родство и в большой степени подвержены заимствованию. В лингвистическом анализе участвовали российские ученые из Высшей школы экономики.

Гены и внешность

4. Влияние генов на черты лица изучали и ранее, но в основном на европейцах. Известно более ста генетических локусов, ассоциированных с морфологией лица человека, при этом для африканской популяции идентифицировали только два уникальных локуса. В новом исследовании ученые проанализировали 2 595 3D-изображений лиц детей из Танзании (Восточная Африка). Полногеномный поиск ассоциаций выявил 20 локусов, ассоциированных с внешностью, десять из них были общими с ранее известными локусами у европейцев. Эти локусы активны в черепно-лицевой ткани на эмбриональной стадии развития, и это коррелирует с представлениями о том, что внешность закладывается на самых ранних этапах. Семь локусов были ассоциированы с областью носа, четыре — с областью глаз и три с двумя и более участками лица. Авторы исследования считают, что в разных популяциях за черты лица отвечают одни и те же гены, но между популяциями может разниться частота встречаемости определенных аллелей.

Моделирование тканей

5. Многообещающая разработка ученых из Израиля — 3D-модель глиобластомы — описана в Science Advances. Получают такие модели методом 3D-биопринтинга, а исходные клетки берут непосредственно у пациента. Структура модели приближена к реальной опухоли и включает в себя не только раковые клетки, но и астроциты и микроглию. Кроме того, напечатанная опухоль пронизана сетью сосудов, покрытых перицитами и клетками эндотелия. До сих пор ученые использовали 2D-модели, состоящие только из клеток глиобластомы. Лекарства, которые работали на 2D-модели, редко подтверждали свою эффективность в клинических исследованиях. Авторы новой работы сравнили свою 3D-модель, стандартную клеточную 2D-модель и мышиную модель с ортотопическими опухолями и подтвердили: новая модель лучше, чем 2D-модель, отражает особенности роста опухоли, ответа на препараты, а также генетические особенности. Новую модель можно применять для тестирования лекарств, поиска новых терапевтических мишеней и персонифицированного подбора терапии.

6. Еще одну модель, связанную с мозгом, представили ученые из США и Китая. Из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациента получили органоид, воспроизводящий передний мозг пациента с синдромом ломкой X-хромосомы. Это генетическое заболевание возникает из-за отсутствия белка FMRP, который в норме регулирует трансляцию некоторых мРНК. С помощью модели ученые показали, что существует целый ряд мРНК, специфичных для человека и регулируемых FMRP, так что мышиные модели синдрома ломкой X-хромосомы могут быть нерелевантны.

7. Шаг на пути к регенеративной медицине сердца, а в перспективе — к созданию искусственного импланта сердца совершили ученые из США и Японии. Они получили культуру предшественников эпикардиальных клеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Предшественники эпикардиальных клеток участвуют в раннем развитии сердца и после рождения человека формируют эпикард, дифференцируясь в клетки других типов. На данный момент предшественники эпикардиальных клеток — это наиболее продвинутая стадия развития, до которой искусственно удалось довести дифференцировку индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. И в 2D-культуре, и в сфероидах такие клетки взаимодействовали с кардиомиоцитами, стимулировали их деление и формировали тканеподобные образования.

8. Ранее сообщалось о перепрограммировании клеток кожи в клетки, аналогичные мышечным, что в перспективе может быть полезно для терапии мышечной дистрофии. Такие клетки обладают чертами и мышечных, и стволовых клеток, так как могут бесконечно делиться в лаборатории, пока не сформируют необходимую ткань. Авторы новой работы рассказали в Genes & Development, какие молекулярные процессы за этим стоят. Для перепрограммирования клеток они запускали транскрипцию фактора MyoD, но этого было недостаточно. Важнейший процесс для создания клеток, наиболее близких к мышечным — это Tet-зависимое деметилирование ДНК. А вот de novo метилирование оказалось не таким важным.

Кольцевая РНК

9. Кольцевые РНК и раньше были известны как маркеры рака. Авторы статьи, опубликованной в PNAS, обнаружили новую кольцевую РНК — CircURI1, уровень которой повышен при раке желудка. Оказалось, что CircURI1 взаимодействует с ядерным рибонуклеопротеином M и влияет на процессы альтернативного сплайсинга генов, ответственных за клеточную миграцию. Это приводит к подавлению метастазирования. Работа проливает свет на молекулярные механизмы метастазирования при раке желудка.

Доставка лекарств

10. В Science опубликована статья, в которой предлагается принципиально новый подход к доставке мРНК в клетки, названный SEND. Он основан на использовании эукариотического белка PEG10, унаследованного от ретровирусов. Такие белки могут формировать капсидоподобные структуры с собственной мРНК внутри. Если слить нетранслируемую область гена PEG10 с интересующей нас мРНК, получится капсид, в который упакована эта мРНК. Сильной стороной метода по сравнению, например, с вирусной доставкой, может стать его пониженная иммуногенность, так как в качестве носителя используется эндогенный белок человека. Авторы работы успешно доставили мРНК-компоненты системы CRISPR-Cas9 в клетки in vitro. В планах — адаптация системы к доставке в организме.

Технологии

11. Японские ученые побили все рекорды по одновременной визуализации большого числа клеток. Созданная ими система визуализации AMATERAS позволяет одновременно фиксировать изображение более чем миллиона клеток с разрешением порядка нескольких микрометров. При таком разрешении можно дифференцировать клетки друг от друга. Размер поля зрения — более сантиметра. В систему визуализации входит 120-мегапиксельная камера и телецентрический макрообъектив. Система быть полезна для изучения редких аномалий, происходящих лишь в малом числе клеток в популяции. Авторы предполагают, что ее также можно использовать в нейронауках, иммунологии, изучении рака. Для демонстрации возможностей системы они получили изображение целого мозга мыши одним кадром. Также им удалось оценить частоту спонтанной пульсации Ca²⁺в популяции клеток HeLa — такие колебания были замечены в 0,0017% клеток.

12. Существует множество подходов для клеточного скрининга функций генов, но провести скрининг на организмах гораздо сложнее. Исследователи из США разработали систему MIC-Drop, позволяющую быстрее, чем ранее, выявлять гены, отвечающие за фенотип или развитие у рыбок Danio rerio. В предыдущих вариантах скрининга большая часть времени уходила на индивидуальное введение в каждый эмбрион смеси для CRISPR-модификации с конкретной гидовой РНК. В новой системе именно эта стадия оптимизирована. Ученые отработали методику получения капель нанолитрового размера, где каждая капля содержит конкретную гидовую РНК в нескольких копиях. Капли разделены слоем масла. Вводить такие капли можно одной и той же иглой сразу в серию эмбрионов. Потом среди эмбрионов выделяют те, которые отличаются определенным фенотипом, и с помощью секвенирования определят, какой ген был подавлен. При этом нет необходимости как-либо помечать рыбок при выращивании, их можно поместить в один аквариум. С помощью нового метода авторы проанализировали 188 генов, экспрессирующихся в сердце, и обнаружили несколько новых генов, важных для развития сердечно-сосудистой системы у Danio rerio.

Онкология

13. Адоптивный перенос аутологичных опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (ACT-TIL) — метод лечения меланомы, при котором лимфоциты пациента извлекают из образца опухоли, индуцируют их пролиферацию и возвращают пациенту для воздействия на опухоль. В новом исследовании ученые Национального института онкологии (США) выяснили, как влияет на эффективность ACT-TIL предшествующая терапия. Оказалось, что в случае метастазирующей меланомы у пациентов, которые ранее получали иммунотерапию (антитела к PD-1 или PD-L1) или ингибиторы MAPK-пути, значительно реже развивается продолжительный объективный ответ на ACT-TIL. Испытания ACT-TIL ведутся с 2000 года, и данные, взятые в исследование, были получены в разное время в прошедшие 20 лет. Авторы отмечают, что за это время могли меняться условия исследований. Тем не менее, полученные результаты могут говорить в пользу стратегии, предполагающей по использование ACT-TIL в качестве первичной терапии.