Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 18–24 февраля

Иммунология и вакцины

1. Стоит начать не с самой, возможно, высокоимпактной, но технически очень интересной работы: искусственной эволюции Т-клеточного рецептора, специфичного к цитомегаловирусу. При кажущейся относительной безобидности, CMV активно подрывает здоровье людей. «Изготовить» искусственный TCR гораздо труднее, чем, например, антитело: E. coli не подходят, фаговый дисплей, соответственно, тоже, в качестве лиганда-«приманки» для селекции нужно использовать MHC-тетрамер со связанным пептидом, да еще и дисплей самого Т-клеточного рецептора проводить на поверхности клеток животных или человека. Однако исследователи из Техаса справились с технологическими трудностями. И то, что статья опубликована в JBC, показывает: даже очень сложные по меркам прошлых десятилетий технологии белковой инженерии постепенно становятся рутинными. И обещают нам разработку эффективных лекарств и вакцин в ближайшем будущем.
2. Цитомегаловирус популярен и в среде структурных биологов. Цели исследования все те же: идентификация мишеней и разработка лекарств и вакцин. Сравнив структуры оболочки человеческого CMV и его мышиного аналога, MCMV, полученные методом криоэлектронной микроскопии, исследователи выяснили, что белок тегумента вируса (pp150), образует в MCMV иные структуры, чем в человеческом вирусе. Более того, оказалось, что pp150 из MCMV можно удалить — и вирус лишь несколько потеряет в инфекционности, тогда как CMV без pp150 инактивируется. Это открытие заставляет пересмотреть подходы к разработкам ингибиторов CMV, значительная часть которых проводится на модели мышиного вируса. Белки капсида вируса остаются валидными мишенями, говорят исследователи, в то время как к идее ингибирования сборки pp150 следует относиться с осторожностью. Работа, опубликованная в PLoS Pathogens, ещё раз напоминает о сложности моделирования живых систем, но кроме этого, является свидетельством быстрого развития крио-ЭМ, всего несколько лет назад считавшейся доступной лишь небольшому числу виртуозов от структурной биологии.
3. Сложные задачи ставит перед создателями вакцины и сама иммунная система пациентов. У пожилых людей, например, она «отказывается» реагировать на изменения в антигенной структуре вакцины и производит антитела с фиксированной специфичностью. Такие антитела редко мутируют и хуже связывают антигены-мишени, чем антитела молодых людей, заключили исследователи из Университета Чикаго. Поэтому вакцинация от гриппа далеко не всегда защищает пожилых людей от инфекции. Механизм нарушений, снижающий эффективность иммунного ответа, пока не известен, но похоже, что иммунная система пожилых пациентов страдает своего рода нарушениями памяти: она лучше «помнит» предыдущие вакцинации и индуцирует антитела, имеющие большую аффинность к этим антигенам, чем к новым вакцинам. Причину, по которой «генералы всегда готовятся к предыдущей войне», конечно же будут изучать, подчеркивают авторы работы в Cell Host&Microbe.
4. Ещё один неожиданный результат был получен при разработке очередной вакцины против ВИЧ. Вакцина частично защищала обезьян от экспериментальной инфекции гибрида человеческого и обезьяньего вирусов (SHIV), но при этом вовсе не индуцировала формирование нейтрализующих антител против поверхностного антигена вируса — gp120! Этот феномен исследователи под руководством Джея Берзофски из NIH, объяснили как присутствием активного Т-клеточного иммунного ответа к вирусу, так и особым механизмом памяти у врожденного иммунитета. Клетки, опосредующие врожденный иммунитет, подвергнувшись воздействиям определенных антигенов в прошлом, «обучаются» и активнее реагируют на другие посторонние антигены, считают иммунологи. Они отмечают, что поскольку испытанная вакцина индуцировала мукозальный иммунитет, интересно было бы провести совместную вакцинацию этим препаратом и вакциной, вызывающей системный, в первую очередь антительный защитный ответ. Интересный, но пока труднообъяснимый факт — корреляция защитного эффекта с вызванными вакцинацией изменениями кишечной микробиоты. Работа, опубликованная в JCI, не только открывает новые перспективы в создании вакцин, но и в очередной раз демонстрирует сложность иммунной системы и её взаимодействий с другими компонентами организма.
5. Использование стволовых клеток в терапии и тканевой инженерии— перспективное направление. Но есть проблема: использовать на данный момент можно только «свои» клетки, чужие будут отторгнуты. И тут помогает работа с молекулами MHC. Если комплекс тканевой совместимости удалить с поверхности индуцированных стволовых клеток с помощью CRISPR-редактирования, как это сделали исследователи из Университета Калифорнии в Сан-Франциско, иммунной реакции на введенные донорские клетки не последует. Работа, опубликованная в Nature Biotechnology, позволяет надеяться, что любую клетку от любого донора можно будет не только превратить в стволовую, но и пересадить ее или созданную на ее основе ткань любому пациенту, не боясь отторжения.

Грипп летучих мышей

6. Птичий, свиной грипп, вирус гриппа двойного назначения — публикаций на тему искусственной и естественной перекрестной инфекционности вируса гриппа типа А в последние годы было много. Не только в сенсациях дело: появление нового варианта вируса типа А зачастую вызывает пандемию гриппа и высокую смертность. Швейцарские исследователи установили, что вирус гриппа, поражающий летучих мышей, инфекционен в культуре клеток человека, цыплят и крупного рогатого скота. Более того, основной мишенью, обеспечивающей попадание вируса в клетку, является молекула комплекса гистосовместимости MHC II. И хотя случаи инфекции людей этим типом вируса пока не зарегистрированы, вероятность такого события далека от нулевой.

Три интересных результата на мышиных моделях

7. Механизм депрессии долгое время не поддавался анализу, антидепрессанты находили и изучали в основном эмпирически. Но вот генетический анализ показал, что вариант гена SIRT, роль которого состоит в регуляции клеточных энергостанций — митохондрий, ассоциирован с повышенным уровнем депрессии. Исследователи разработали активатор белка — продукта данного гена и выяснили, что в экспериментах на мышах эта молекула работает как эффективный антидепрессант. Это наблюдение может иметь многочисленные и далеко идущие последствия, указывают авторы работы. Во-первых, можно посмотреть, нет ли у какого-либо известного антидепрессанта похожего механизма действия. Во-вторых, используя знания о механизме развития депрессии, можно глубже исследовать связанные с этим структуры мозга и их взаимодействие с другими отделами ЦНС, и конечно, разрабатывать новые, более эффективные и безопасные антидепрессанты.
8. Мышиная модель использовалась и для разработки генотерапии наследственной глухоты, вызванной мутациями в гене отоферлина и известной как DFNB9. По разным подсчетам, мутации в этом гене вызывают от 2 до 8% всех случаев. Над созданием генотерапии с использованием аденовирусных векторов (AAV) ученые работают много лет, есть результаты, однако не все доклинические исследования оказываются успешными. В некоторых случаях важно не просто осуществить доставку гена, но сделать это в тот период развития, когда изменения, вызванные продукцией некорректного белка, не стали необратимыми. Или, напротив, убедиться в том, что и при окончании развития повреждённого органа «терапевтическое окно» всё ещё остаётся открытым. А с отоферлином есть и другие проблемы: полноразмерный белок слишком велик для упаковки в единственный аденовирус, поэтому его приходится делить на два фрагмента и рассчитывать, что в клетке произойдет их корректная рекомбинация. Авторы работы, опубликованной в PNAS, сумели добиться успеха: после генотерапии в форме локальной инъекции аденоассоциированного вируса мыши, дефектные по гену отоферлина, восстанавливают слух. Этот результат дает надежду многим пациентам, и не только с потерей слуха, но и с другими наследственными заболеваниями.
9. Для исследований в области экспериментальной стоматологии мыши выбраны не случайно: у них имеется всего один набор зубов, тогда как у людей зубы однократно меняются, а у некоторых счастливчиков вроде акул и рептилий они растут и меняются всю жизнь. Британские ученые решили выяснить, что мешает смене зубов у мыши. Новые зубы формируются из так называемой зубной ламины. Рудименты этого образования у мышей обнаружили и выяснили, что в нем не экспрессируется Wnt – хорошо известный регулятор формирования зубов у позвоночных. Восстановление экспрессии Wnt на эмбриональной стадии развития мышей привело к восстановлению ламины из рудиментов и формированию дополнительного набора зубов у животного. Исследователи надеются, что используя модуляцию экспрессии Wnt, можно будет индуцировать развитие дополнительных зубов и у человека! Рудиментарная ламина найдена и у Homo sapiens, причtм вероятно, что механизм супрессии развития второй смены зубов похож на мышиный. В работе, опубликованной в Development, исследователи задаются закономерным вопросом: какие эволюционные факторы ограничивают количество смен зубов? Ведь это не даёт никаких очевидных преимуществ, скорее наоборот.

Эволюция

10. Исследователи из штата Джорджия опубликовали свои наблюдения эволюции в реальном времени в Scientific Reports. Предположения о том, что многоклеточность возникла в том числе из-за селекционного давления хищников, возникали давно. В этой работе возникновение многоклеточности наблюдали в реальном времени. В ответ на атаки хищных парамеций одноклеточные хламидомонады в течение 750 поколений приобрели многоклеточность в двух из пяти исследуемых популяций. И оказалось, что многоклеточным хламидомонадам действительно легче защититься от хищных инфузорий, чем их одноклеточным собратьям.

ВИЧ

11. Вернемся с небес на землю — от организмов к отдельным молекулам. Хорошо известное онкологам антитело, специфичное к PD-1, оказалось возможным использовать для терапии ВИЧ. Канадские исследователи предположили, что активация зараженных Т-клеток, несущих большое число молекул PD-1 на внешней мембране, может активировать латентный вирус и сделать его уязвимым для терапии. И действительно, при терапии пациента с меланомой, инфицированного ВИЧ, антителом к PD-1 в комбинации с бриостатином, другим «антилатентным» агентом, продукция вируса росла, а взаимодействие PD-1 с его лигандом, PD-1L, повышало степень латентности инфекции. Таким образом, полагают авторы работы в Nature Communications, блокада сигнала PD-1L/PD-1 может помочь избавиться от резервуара вируса в организме. Есть и ограничения: терапия такого рода сопровождается значительными побочными эффектами и не всегда действенна. Но учитывая ее успех, а также наличие новых мишеней, похожих на PD-1, например, LAG3, новая методика борьбы с латентным ВИЧ конечно же будет развиваться.
12. Еще одна постоянная тема исследований — коэволюция вируса и хозяина. В работе, опубликованной в PNAS, рассказывается, как вариации вирусного рецептора CD4 у шимпанзе могут препятствовать инфекции. Исследователи обратили внимание на крайне неравномерное распространение вируса иммунодефицита обезьян (SIV) в популяциях шимпанзе. Оказывается, гликозидные цепочки некоторых вариантов CD4, модифицирующие рецептор, буквально сталкиваются с гликозидной «шубой» gp120, в результате слияние вирусной и клеточной мембран блокируется. Исследование натолкнуло авторов работы на мысль о возможности использовать обнаруженный феномен для улучшения вакцины против ВИЧ.
13. Поиск «вторых» и «третьих» способов использования уже одобренных препаратов — весьма популярная тема в медицинской химии и биомедицине. Не только противоопухолевые препараты могут помочь ВИЧ-инфицированным, но и препараты, разработанные специально для борьбы с ВИЧ, оказываются востребованными в совершенно неожиданных областях. Оказалось, что корецептор CCR5, который вирус использует для проникновения в клетку, играет важную роль в усугублении повреждений при инсульте. Ингибирование CCR5 препаратом маравирок, предназначенным для лечения ВИЧ-инфицированных, в мышиной модели инсульта приводило к улучшению моторных функций по сравнению с необработанными животными. Кроме того, было отмечено, что пациенты с инсультом, имеющие мутацию в CCR5, как правило, восстанавливались лучше. Фактически результаты, опубликованные в Cell, означают идентификацию первой валидированной мишени для специфической терапии инсульта.

Борьба с бактериальными инфекциями

14. У возбудителя туберкулёза обнаружена система токсин-антитоксин, которая включается, если бактерия попадает в неблагоприятные условия. Массовый суицид позволяет части микроорганизмов выжить в трудных условиях за счет остановки размножения и гибели большей части популяции. В обычных условиях суицидный токсин ингибируется антитоксином. Международная команда исследователей, описавшая эту систему в Molecular Cell,предлагает активировать механизмы суицида в условиях, когда сама бактерия и не помышляет о самоубийстве, и видят в этом возможную альтернативу антибиотикам (подробнее см. на PCR.news).
15. А вот триклозан, считающийся антисептиком, способен повышать устойчивость бактерий к антибиотикам. Исследователи установили, что он активирует в бактериях синтез стреcc-фактора ppGpp, приводя таим образом к блокировке воздействия на клетку таких эффективных антибиотиков, как фторохинолоны. Есть подозрения, что триклозан значительно снижает эффективность терапии урогенитальных инфекций, по крайней мере в мышиных моделях (подробности). Полученные данные еще раз показывают, как велико разнообразие факторов, влияющих на антибиотикорезистентность, и как тщательно нужно анализировать воздействие химических соединений на человека и окружающую среду.

Лечение альбинизма у людей

16. Напоследок примечательная новость. Небольшое пилотное клиническое исследование в Национальном институте глаз (США) показывает, что препарат нитизинон увеличивает выработку меланина у некоторых людей с альбинизмом типа 1В (ОСА-1В) — редким генетическим заболеванием, вызванным мутацией в гене фермента тирозиназы, необходимого для производства меланина. Нитизинон уже одобрен FDA для лечения другого редкого заболевания — тирозинемии. Авторы исследования полагают, что открытая ими терапия защитит людей с таким заболеванием от солнечного ультрафиолетового излучения, а также будет способствовать развитию нормального зрения.