Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 16–22 марта (без коронавируса)

Инфекционные заболевания

1. ВИЧ прячется от терапии в покоящихся Т-клетках памяти, которые экспрессируют рецепторы PD-1 и CTLA-4, подавляющие активацию лимфоцитов. Авторы статьи в Nature Medicine изучили последствия блокады этих молекул посредством антител на макаках-резус, зараженных вирусом иммунодефицита обезьян и получавших антиретровирусную терапию. Так, двойная блокада приводила к активации Т-клеток памяти, их пролиферации и дифференцировке, а также распространению вируса в лимфоцитах крови. Также в лимфоузлах снижалось количество вирусной ДНК и РНК. Тем не менее, после блокады число CD8+ T-клеток, способных бороться с вирусом, не увеличилось. Значит, предложенный способ борьбы с резервуаром вируса не может привести к ремиссии без дополнительных вмешательств.

2. Тромбоциты участвуют не только в свертывании крови, но и в иммунном ответе. Также они могут поглощать патогены in vitro, в том числе ВИЧ. Ученые показали, что ВИЧ присутствует в тромбоцитах пациентов, получающих антиретровирусную терапию. Он сохраняет способность к репликации и заключен во внутриклеточный компартмент, который защищает вирус от антител, сенсоров врожденного иммунитета и разрушающих ферментов. Также тромбоциты могут передавать вирус макрофагам in vitro. Исследователи полагают, что либо тромбоциты могут напрямую поглощать ВИЧ, либо вирус проникает в мегакариоциты — предшественники тромбоцитов в костном мозге. Пациенты, тромбоциты которых содержали ВИЧ, плохо отвечают на терапию. По всей видимости, тромбоциты являются способом защиты и распространения вируса. Статья опубликована в Science Translational Medicine.

3. Организм некоторых людей устойчив к инфекции Mycobacterium tuberculosis, у других же развивается туберкулез. До сих пор было неясно, воспроизводят ли мышиные модели различные реакции человеческого организма на возбудитель. В Nature Immunology вышла статья, посвященная сравнению транскриптомных профилей крови устойчивых и неустойчивых к туберкулезу линий мышей, инфицированных разными штаммами палочки Коха, и пациентов. Оказалось, что у чувствительных к заражению мышей и пациентов с туберкулезом развивается сходная реакция, индуцируемая интерферонами первого типа, а также активируются нейтрофилы. У устойчивых мышей активируются B-клетки, натуральные киллеры и эффекторные Т-лимфоциты, которые, по-видимому, важны для остановки и контроля инфекции. Также оказалось, что у пациентов с латентной формой туберкулеза паттерн транскриптома совпадает с таковым у больных с развившимся заболеванием и у подверженных инфекции мышей.

Изучение и терапия раковых заболеваний

4. Сигнальный белок Stat3 подавляет рост нормальных и стимулирует рост опухолевых клеток. Канадские ученые нашли возможное объяснение этого феномена. Оказалось, что в эпителиальных клетках молочной железы белок интегрин α6 распределен полярно, а при делении — ассиметрично расходится в дочерние клетки, из-за чего они делятся медленно. В раковых клетках из-за активности Stat3 веретено деления ориентируется не так, как в нормальных, и интегрин распределяется равномерно, что способствует росту опухоли. Авторы статьи, опубликованной в Cell Reports, подтвердили это используя ингибитор Stat3 и нарушая поляризацию интегрина α6. Предложенная модель конкретизирует действие ингибиторов Stat3, проходящих клинические испытания в качестве противоопухолевых препаратов.

5. Иммунотерапия рака направлена в основном на активацию CD8+ Т-киллеров. Однако, некоторые опухоли невидимы для этих клеток: они либо не экспрессируют MHC I класса, либо не несут новых антигенов. В этом случае могут помочь натуральные киллеры (NK) — клетки врожденного иммунитета. Они распознают лиганды, экспрессируемые клетками в случае стресса, и отсутствие MHC I. Исследователи из Беркли активировали NK с помощью циклических динуклеотидов. Эти молекулы активируют белок STING, который, в свою очередь, запускает синтез многих провоспалительных агентов, в частности — интерферона первого типа. Последний активирует NK и напрямую, и через стимуляцию дендритных клеток. Авторы статьи подтвердили эффективность NK в уничтожении опухолевых клеток на мышиных моделях.

6. Piwi-белки связываются с пиРНК и выполняют регуляторные функции, например, в предшественниках половых клеток. Они аберрантно экспрессируются в некоторых опухолях, стимулируя их развитие. Китайские исследователи показали, что белок PIWIL1 улучшает миграцию и метастазирование клеток протоковой аденокарциномы поджелудочной железы. Без пиРНК он связывается с комплексом APC/C — одним из регуляторов клеточного цикла, способствуя деградации белка пинина, участвующего в клеточной адгезии. Интересно, что в нормальных клетках APC/C участвует в деградации самого PIWIL1. Авторы подтвердили гипотезу на мышиных моделях, а также проанализировали экспрессию PIWIL1 и пинина в образцах аденокарциномы и ее метастазов, полученных у пациентов (подробнее на PCR.news).

7. Медь служит кофактором ферментов, участвует в пролиферации клеток, нейтрализации свободных радикалов и, как оказалось, регулирует активность киназ, отвечающих за метаболизм клетки. Исследователи из Университета Пенсильвании подтвердили, что киназы ULK1/2, активирующие процесс аутофагии, напрямую связывают медь, а их активность зависит от концентрации иона Cu²⁺. Так, выключение клеточного транспортера меди Ctr1 нарушило работу сигнального пути киназ и формирование аутофагосом. Аутофагия важна для выживания опухолевых клеток, когда им не хватает питательных веществ. При выключении Ctr1 у модельных мышей с аденокарциномой легких в опухоли снизилась активность аутофагии, клетки хуже делились и стали более чувствительными к голоданию. Эти данные можно использовать для разработки терапии, направленной на снижение количества меди в опухоли или на нарушение ее связывания с киназами.

Иммунология

8. Интерлейкин-2 (IL-2) — ростовой фактор для некоторых линий лимфоцитов, рецепторы которых с разной аффинностью связывают этот цитокин. IL-2 может находится в разных конформациях, а мутации, антитела или небольшие молекулы влияют на них, изменяя специфичность интерлейкина к рецепторам клеток. Авторы статьи в PNAS изучили разные конформации IL-2 с помощью ЯМР-спектроскопии. Так, они описали две конформации белка, находящиеся в растворе в равновесии: «закрытую», лучше связывающуюся с рецептором, и «открытую». Также исследователи описали изменения в равновесии под действием мутаций и антител. Полученные данные можно использовать в разработке лекарств, влияющих на конформацию IL-2 так, что он будет лучше связываться с рецепторами Т-регуляторных клеток для терапии аутоимунных заболеваний или с рецепторами Т-эффекторов для иммунотерапии рака.

9. Кишечник и печень тесно связаны, из-за чего аутоиммунные заболевания одного органа могут провоцировать воспаление второго. Микробиом также влияет на развитие аутоиммунных заболеваний, например, язвенного колита. В статье в Cell Systems авторы описывают систему, моделирующую связь печени, кишечника и иммунных клеток. Так, в две микрофлюидные камеры планшета они помещали клетки кишечника, пораженного язвенным колитом, и клетки печени (гепатоциты и клетки Купфера), добавляя к ним циркулирующие CD4+ Т-клетки. Авторы оценивали экспрессию генов, синтез цитокинов и метаболом системы. Известно, что короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), выделяемые бактериями кишечника, влияют на воспаление. Исследователи показали, что без добавления иммунных клеток в систему, SCFA снижают воспаление в клетках кишечника. При наличии в системе Т-клеток SCFA стимулируют их, активируя воспаление и повышая риск повреждения печени. Подобные мультиорганные системы можно использовать для моделирования и других заболеваний.

Клеточная биология

10. Апоптоз важен для развития организма, обновления тканей. При этом клетки, вставшие на путь гибели, выделяют некоторые вещества, которые влияют на окружающие ткани: например, усиливают регенерацию. В Nature вышла статья, авторы которой проанализировали выделяемые апоптотическими клетками метаболиты. Оказалось, что клетки разных линий выделяют восемь одинаковых молекул. Шесть из них вызывают изменение экспрессии генов макрофагов, отвечающих за подавление воспаления, пролиферацию и восстановление ткани. По отдельности метаболиты никак не действовали, однако сочетание трех из них (спермидина, гуанозин- и инозинмонофосфата) частично воспроизводило эффект. Авторы показали, что молекулы секретировались через каналы, образуемые паннексином 1 под действием каспаз. Также метаболиты снижали симптомы реактивного артрита и отторжения пересаженного легкого у модельных мышей.

11. Базальный слой эпидермиса отвечает за его обновление и восстановление при ранении. Он состоит из гетерогенных клеток, часть из которых — стволовые и клетки-предшественники. Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне провели РНК-секвенирование отдельных клеток базального слоя эпидермиса мыши и определили, что у них есть четыре состояния в нормальной коже. Также авторы статьи с помощью гибридизации in situ и прижизненной микроскопии картировали эти состояния в нормальной и поврежденной коже. Ученые показали, что клетки базального слоя пластичны — они могут переходить из одного состояния в другое. При заживлении раны у них изменяются паттерны экспрессии. У клеток разных состояний различаются метаболизм и пространственное положение.

Диагностика

12. Отторжение трансплантированной почки диагностируют с помощью биопсии. Эту процедуру нужно периодически проводить даже для клинически стабильных пациентов. Авторы статьи в Science Translational Medicine разработали неинвазивный и информативный способ диагностики отторжения по биомаркерам в моче. Они взяли за основу показатели, которые ранее использовались для выявления хронического заболевания почек: свободно циркулирующая ДНК (сцДНК), метилированная сцДНК, кластерин, общий белок, креатинин и CXCL10. Измерения проводили на 601 образце мочи, отобранном у реципиентов непосредственно перед биопсией почки. Полученный на основании результатов анализа показатель с точностью 96% предсказывал острое отторжение или стабильность трансплантатов. Также исследователи показали, что метод может определить развитие отторжения еще до повышения креатинина в крови.

Новые методы

13. Флуоресцентные метки должны одновременно быть фотостабильными, яркими, небольшими и пришиваться к мишени только в одной точке. Однако стандартные органические флюорофоры, белки или квантовые точки не обладают всеми характеристиками сразу. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали метку ДНК-FluoroCube, состоящую из четырех двухцепочечных спиралей ДНК по 16 пар оснований, к которым прикрепляются шесть молекул органического красителя. Размер метки составил почти 6 нм, что чуть больше GFP. При этом она была в 54 раза более стабильна и испускала в 43 раза больше фотонов, чем отдельные молекулы соответствующего красителя. Авторы статьи оценили стабильность и яркость метки, сшитой с разными красителями, а также проверили ее работу на моторном белке кинезине (подробнее на PCR.news).

14. Пространственно-временная организация трансляции важна для работы ассиметричных клеточных структур. Южнокорейские исследователи предложили метод изучения локализации трансляции на основе оптогенетики: mRNA-LARIAT (активируемая светом обратимая инактивация мРНК в собираемых ловушках). В клетку вводят мультимерный белок (MP), который связывает криптохром — светочувствительный белок. Последний сшит с участком антитела к GFP, а флуоресцентный белок связан с меткой на специфической мРНК. При освещении криптохром активируется и привязывает мРНК к белку MP, образуя кластеры. В результате рибосомы не могут взаимодействовать с мРНК, синтез белка нарушается. Ученые протестировали систему на экзогенных мРНК и эндогенных мРНК β-актина: при сборке кластеров нарушилась клеточная подвижность.