Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 18–24 мая (без коронавируса)

Неврология

1. В работе, опубликованной в Nature Communications, было изучено влияние вируса Зика на мозг и поведение детенышей макаков-резусов, инфицированных в возрасте до 12 месяцев, что эквивалентно 4–5 годам возраста человека. Оказалось, что у инфицированных уже после рождения детенышей наблюдается увеличение боковых желудочков, а также уменьшение объемов и изменение функциональной связности между областями мозга, отвечающими за социально-эмоциональное поведение, когнитивную и моторную функции (миндалевидное тело, гиппокамп, мозжечок). У таких животных нейропатологические изменения соответствовали поведенческим нарушениям и дефициту памяти. Исследование демонстрирует, что послеродовая инфекция вирусом Зика может иметь долгосрочные последствия для развития нервной системы.

2. Другая работа в Nature Communications раскрывает молекулярные механизмы, предотвращающие старение мозга и развитие нейродегенеративных заболеваний, например болезни Альцгеймера. Авторы показали, что у модельных мышей с дефицитом фемента гистидинацетилазы HDAC1 наблюдается нарушение активности ДНК-гликозилазы OGG1, накопление в промоторных областях характерных повреждений ДНК — 8-oxoG (окисление гуанина), а также репрессия транскрипции критических для функционирования мозга генов. Все это приводит к возрастным накоплениям повреждений ДНК и когнитивным нарушениям. Примечательно, что фармакологическая активация HDAC1 ослабляет вредные эффекты 8-oxoG у старых мышей дикого типа и мышей-моделей болезни Альцгеймера. Работа подчеркивает терапевтический потенциал HDAC1 для предотвращения старения мозга и нейродегенерации.

GWAS: ген природной стройности

3. Исследование геномных ассоциаций (GWAS), опубликованное в Cell, показало, что ген киназы анапластичекой лимфомы ALK связан с природной стройностью. В ходе работы были проанализированы образцы более 4 000 индивидов из эстонского биобанка, из которых 881 человек были классифицированы как худые, а остальные 3 173 человека вошли в контрольную группу. В результате ген ALK был отобран в качестве гена-кандидата стройности. Дальнейшие эксперименты на модельных животных показали, что потеря ALK приводила к снижению уровня триглицеридов у дрозофил, а у мышей с делецией этого гена были худыми с выраженной устойчивостью к вызванной диетой ожирению. Кроме того, было обнаружено, что экспрессия ALK в нейронах гипоталамуса контролирует расход энергии через симпатический контроль липолиза.

Палеогенетика

4. Исследование, представленное в Cell, демонстрирует наличие генетического родства людей, живших в районе озера Байкал во время верхнего палеолита, и первых американцев. Такой вывод был сделан на основе анализа генетических данных 19 индивидов, обитавших в этом регионе Сибири в разные эпохи, от верхнего палеолита до раннего бронзового века. Кроме того, авторы показали, что формирование популяций раннего неолита и бронзового века на Байкале — это результат длительного, в течение 8–6 тысячелетий до нашей эры, смешения сибирских, северо-евразийских и северо-восточных азиатских популяций.

5. Результаты совместной работы итальянских, немецких и швейцарских ученых, опубликованные в BMC Biology, доказывают, что генетическое расхождение людей Северной и Южной Италии началось несколько тысяч лет назад. Такой вывод был сделан на основе анализа геномов 38 человек из разных регионов Италии, чьи семьи жили на одном месте в течение нескольких поколений. В ходе исследования авторы сравнивали геномы современных итальянцев не только друг с другом, но и с геномами других популяций, включая древние. При сравнении последовательностей геномов современных и древних образцов было обнаружено, что генетическое расхождение между предками северных и южных итальянских групп началось еще во временя позднего ледникового периода, примерно 19 000–12 000 лет назад. Авторы предположили адаптивную эволюцию в локусах, связанных с инсулином, у людей северных регионов и адаптацию к патогенам и ультрафиолетовому излучению у людей южных регионов Италии.

6. Журнал Science Advances представил работу международной группы исследователей, изучавшей геномику различных популяций коз. В ходе анализа геномов образцов от 164 современных домашних коз, 52 древних коз, 24 современных диких коз и 4 древних диких коз были обнаружены свидетельства древнего случая интрогрессии от западнокавказского вида, похожего на тура, предкам домашних коз. Приобретенный в результате интрогрессии локус содержит ген MUC6, кодирующий муцин, который обеспечивает устойчивость желудочно-кишечного тракта к патогенам. Другой локус STIM1-RRM1, по которому шел отбор, может быть связан с функцией нервной системы и поведением. Исследованные аллели в этих двух локусах появились у домашних коз по меньшей мере 7 200 и 8 100 лет назад. Выявление таких эволюционных трансформаций дает новое понимание механизмов одомашнивания животных.

Диагностика и биомаркеры

7. Science Translational Medicine сообщает, что группа американских и британских ученых разработала алгоритм машинного обучения, который может быстро анализировать медицинскую литературу для ускорения диагностики менделевских расстройств. Алгоритм, получивший название AMELIE (Automatic Mendelian Literature Evaluation), анализирует все 29 миллионов тезисов PubMed, а затем проверяет сотни тысяч полнотекстовых статей в поисках информации, подтверждающей генетическую причину и связанные с ней фенотипы. Затем AMELIE приоритизирует варианты в соответствии с объяснениями того или иного фенотипа. Использование алгоритма для диагностики менделевских патологий оказалось в 3–19 раз более эффективным, чем традиционные подходы к диагностике таких отклонений.

8. Как сообщает Cell Reports Medicine, международная группа исследователей совместно с компанией Sera Prognostics, Inc. обнаружила микроРНК (miRNA), которая позволяет выявлять беременных женщин с высоким риском развития преэклампсии — патологического состояния, которое часто является причиной материнской и неонатальной смертности, низкого веса младенцев при рождении и преждевременных родов. При анализе сывороток от 73 пациенток с преэклампсией и 139 контролей на сроке от 17 до 28 недель гестации была выявлена miR-155-5p, которая опосредует репрессию эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS), вызванную фактором некроза опухоли TNF-α. Последующая проверка этих биомаркеров miRNA на большой независимой когорте беременных позволит разработать тест для скрининга женщин на ранних сроках беременности для определения риска развития преэклампсии.

9. Согласно популяционному когортному исследованию, опубликованному в PLOS Medicine, повышенный уровень гликированного гемоглобина A1c до зачатия связан с более высоким риском материнской смертности и неблагоприятных исходов беременности среди женщин как с выявленным до беременности сахарным диабетом, так и без него. Основная когорта включала 31 225 женщин в возрасте 16–50 лет, в том числе 28 075 (90%) без диабета. Поскольку в настоящее время нет рекомендаций по тестированию A1c у недиабетических беременных женщин, полученные результаты указывают на необходимость дополнительных исследований информативности скрининга A1c.

10. Исследование, опубликованное в Nature, посвящено связи сиалилирования IgE с аллергией на арахис. В ходе сравнительного анализа образцов крови людей с аллергией на арахис и без нее было обнаружено увеличение содержания IgE, связанного с сиаловой кислотой, у аллергиков. Эксперименты на модельных животных показали, что удаление сиаловой кислоты из IgE ослабляет дегрануляцию эффекторных клеток и проявления анафилаксии. Полученные результаты указывают на необходимость изучения посттрансляцинных модификаций иммуноглобинов, а также открывают перспективы как для улучшения диагностики пациентов с аллергиями, так и для разработки новых терапевтических подходов.

Атлас эпителиальных клеток трахеи курильщиков

11. В статье, опубликованной в Nature Communications, описано создание атласа типов и состояний эпителиальных клеток, определяющего клеточно-специфические ответы на курение. Атлас был создан на основании результатов секвенирования РНК единичных клеток эпителия трахеи курящих и некурящих людей. Анализ показал, что курение затрагивает все типы клеток, включая стволовые и железистые клетки.

Терапевтическая вакцина от рака

12. Работа китайских исследователей, представленная в Science Advances, сообщает о разработке новой терапевтической противоопухолевой вакцины на основе микрокапсул из полилактида, которые могут эффективно активировать иммунную систему и препятствовать развитию опухоли. После вакцинации микрокапсулы создают благоприятную иммунизационную микросреду in situ, в которой отмечается синергический эффект кинетики антигенов, поведения рекрутированных клеток и кислотной среды, создаваемой продуктами разложения капсулы. Применение вакцины на модельных животных с разными типами опухолей показало эффективную активацию Т-клеточного ответа, ингибирование роста опухоли, антиметастатический эффект и предотвращение послеоперационных рецидивов.

Микробиом

13. Публикация в Cell показывает, что кетогенная диета и диета с высоким содержанием жира по-разному изменяют микробиоту кишечника человека и мыши. Метагеномный и метаболический анализ образцов кала показал, что кетоновые тела селективно ингибируют рост бифидобактерий и снижают уровень провоспалительных Th17-клеток в кишечнике. Наличие связи между ожирением и хроническим воспалением позволяет предположить, что снижение уровня провоспалительных Th17-клеток как в кишечнике, так и в жировой ткани на кетодиете может быть потенциальным механизмом регулирования различных метаболических синдромов.

14. Результаты совместной работы немецких и американских исследователей, представленные в Nature Communications, показывают влияние микробиома кишечника на метаболизм липидов хозяина. В ходе экспериментов на культуре эпителиальных клеток и модельных животных было обнаружено, что сериновая пальмитоилтрансфераза позволяет микроорганизмам Bacteroides spp. продуцировать сфинголипиды, которые попадают в эпителий кишечника, а затем и в печень. Эти данные указывают на то, что Bacteroides spp. служат дополнительным эндогенным источником сфинголипидов, тем самым влияя на гомеостаз липидов хозяина.

Эволюция гемоглобина

15. Nature представляет результаты работы международной команды ученых, выяснявшей происхождение гемоглобина позвоночных — гетеротетрамера паралогичных α- и β-субъединиц, который обеспечивает дыхательный транспорт и обмен кислорода. С помощью реконструкции белков и оценки их биофизических свойств исследователи показали, что современный гемоглобин развился из древнего мономера, так называемого исторического «недостающего звена» — некооперативного гомодимера с высоким сродством к кислороду, существовавшего до дупликации генов. Введения всего двух замен после появления дупликации генов (обуславливает синтез α- и β-субъединиц) оказалось достаточно, чтобы вызвать сильную тетрамеризацию с более древними остатками на противоположной субъединице. Также эти замены заметно снижают сродство к кислороду и придают кооперативность. Исследование показывает, что эволюция может создавать новые сложные молекулярные структуры и с новыми функциями при помощи простых генетических механизмов (подробнее — на PCR.news).