Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 19–25 апреля (без коронавируса)

Онкология

1. Рак груди и простаты чаще всего метастазирует в кости. Ученые из Медицинского колледжа Бэйлора (США) поставили ряд опытов на мышах и выяснили, что микроокружение кости способствует дальнейшему метастазированию клеток рака груди и рака простаты: вторичные метастазы распространяются по различным органам и потенциально способны приводить к гибели. Для изучения механизмов метастазирования использовались различные методы, в том числе метод эволюционирующего баркодирования. Исследователи обнаружили, что метастазирование стимулируется эпигенетическим перепрограммированием клеток. Основными источниками метастазов становятся попавшие в костное микроокружение раковые клетки, приблизившиеся по свойствам к стволовым. Так, клетки ER+ рака груди, попав в костное микроокружение, снижают уровень экспрессии ER, становясь тем самым менее доступными для терапии. Кроме того, было обнаружено, что к состоянию стволовых клеток и, следовательно, усиленной способности к метастазированию раковые клетки приближает активность гистон-лизин-N-метилтрансферазы EZH2.

2. Прошла третья фаза клинических испытаний препарата сацитузумаб говитекан (Sacituzumab govitecan), направленного на терапию трижды негативного рака молочной железы. Этот препарат представляет собой конъюгат антитела к поверхностному антигену трофобластов Trop-2 с ингибитором топоизомеразы I SN-38. SN-38 и анти-Trop-2 антитело соединены гидролизуемым линкером. В третьей фазе клинических испытаний препарат сравнивали с химиотерапевтическими агентами. Результаты такого сравнения показали, что cацитузумаб говитекан обеспечивает лучшую выживаемость среди пациентов с метастазирующим трижды негативным раком молочной железы без метастазов в мозге.

3. В Nature Medicine опубликованы результаты двух пилотных клинических испытаний CD22-CAR-T клеток для терапии острых лимфобластных лейкозов после рецидива. CD22, как и CD19, экспрессируется B-клетками, а его можно использовать в качестве альтернативного опухолевого антигена. Антигенсвязывающий домен CAR-T клеток, как правило, состоит из вариабельных частей легкой и тяжелой цепи антитела к целевому опухолевому антигену, между которыми имеется линкер. Ранее было показано, что укорочение этого линкера приводит к антиген-независимому сигналингу. В то же время один из вариантов конструкции CAR (с 4-1-BB в качестве костимулирующего домена) показал в таких условиях улучшенные эффекторные свойства. В клинические испытания был запущен вариант CD22-CAR-T клеток с укороченным линкером и костимулирующим доменом 4-1-BB. Его улучшенная противораковая активность, продемонстрированная ранее на мышах и человеческих клеточных линиях, была подтверждена на людях.

Кишечная микрофлора

4. Авторы исследования, опубликованного на этой неделе в eLife, обнаружили, что избыточный рост дрожжевых грибков Pichia kudriavzevii в кишечнике новорожденных может увеличить риск возникновения астмы. Изучение 123 новорожденных показало, что избыточное количество Pichia kudriavzevii в стуле младенцев в первые три месяца жизни ассоциировано с повышенным риском астмы. Эти наблюдения подтвердились в опытах на мышиной модели. Новорожденным мышам, кишечная микробиота которых еще не сформировалась до конца, вводили Pichia kudriavzevii. Степень возникающего в легких воспаления у таких мышей была выше по сравнению с контрольной группой, не получавшей Pichia kudriavzevii.

Молекулярное картирование тканей

5. Группа ученых из разных стран разработала алгоритм Tomographer, позволяющий картировать пространственный транскриптом в различных тканях. Суть разработанной авторами статьи техники состоит в следующем. Образец ткани разрезается вдоль определенной оси на последовательные фрагменты, каждый из которых затем разрезается на полоски под различными углами. Клетки из полосок используют для выделения тотальной мРНК. Каждая мРНК соотносится с активным на данный момент в клетке геном. Данные, полученные на таких полосках ткани, подаются на ввод алгоритму Tomographer для реконструкции пространственного паттерна экспрессии гена. В качестве примера использования метода авторы картировали молекулярную анатомию мозга бородатой агамы Pogona vitticeps. Статья, посвященная разработанному алгоритму, опубликована на этой неделе в Nature Biotechnology.

6. Карта старения мышц, созданная учеными из США и Германии, в перспективе позволит найти терапию для предотвращения потери функциональности мышц с возрастом. Ученые охарактеризовали изменения в структуре, функции и активности генов в скелетной мускулатуре мышей различного возраста. Учитывались такие параметры, как типы мышечных волокон, вес мышц, содержание жира. Старые мыши проявляли клинические признаки саркопении — разновидности возрастной дегенерации скелетной мускулатуры. Изучение активности генов позволило выявить некоторые маркеры старения мышц, гены, для которых наблюдалось прогрессирующее нарушение активности. Данные об активности генов затем перевели в белок-белковые взаимодействия и изучили их изменения с возрастом. Ученые выявили молекулы, активность которых наиболее значимо изменяется в различные периоды жизни. Одной из ключевых в данной работе оказалась небольшая молекула Klotho. Ее введение пожилым мышам на 17% увеличило их мышечную силу и выносливость и на 60% увеличило вес относительно группы, не получившей молекулу. Однако введение Klotho самым старым мышам не давало такого эффекта. Таким образом, Klotho скорее способна замедлять развития саркопении в более раннем возрасте, нежели компенсирость ее последствия в позднем.

Молекулярная биология

7. Ученые из Университета Монаша (Австралия) обнаружили молекулярный механизм, благодаря которому суберанилгидроксамовая кислота (SAHA) предотвращает и обращает повреждения сердца от неишемической кардиомиопатии, также известной как синдром Такоцубо. Эксперименты проводились на мышах, которые были разделены на четыре группы. Первая группа представляла собой здоровый контроль; вторая получала только SAHA; третьей группе вводили только изопреналин, индуцирующий синдром Такоцубо; четвертая группа получала SAHA в комбинации с изопреналином. Введение изопреналина приводило к значительному повышению содержания коллагена в поврежденном левом желудочке, в то время как введение SAHA после изопреналина приводило к обращению эффекта и снижению количества коллагена. Важную роль в транскрипции в сердце играют метилирование (me) и ацетилирование (ac) гистона H3. Было обнаружено, что модификация H3K9/14ac значительно изменялась в ходе индуцированной изопреналином кардиомиопатии и после введения подопытным мышам SAHA.

8. Повреждения кожи заживают, как правило, с образованием шрамов. Шрамообразование обусловлено специфической популяцией фибробластов, в которых при повреждении активируется экспрессия Engrailed-1 (En1). Отличия шрамов от неповрежденной кожи состоят в отсутствии волосяных фолликулов, наличии более плотного внеклеточного матрикса и, как следствие, меньшей подвижности и растяжимости, чем нормальная кожа. Авторы работы, опубликованной в Science, исследовали функционирование Engrailed-1-негативных фибробластов при шрамообразовании и обнаружили, что ингибирование механической передачи сигнала в таких клетках блокирует образование шрамов при заживлении ран. Вместо этого активируются процессы регенерации и поврежденный участок замещается нормальной кожей. Ингибирование сигнала производилось как химическим способом (при помощи вертепорфина), так и нокаутированием Yes-ассоциированного белка, участвующего в механической передаче сигнала. Оба варианта приводили к заживлению ран без шрамообразования. Аналогичные результаты давала блокировка активации En-1 на уровне Engrailed-1-негативных фибробластов, разрушаемых при помощи дифтерийного токсина.

Судьба мРНК при аутофагии

9. Аутофагия — это высококонсервативный механизм эукариотических клеток, поддерживающий гомеостаз в условиях дефицита питательных веществ. Многие органеллы и другие клеточные компоненты деградируют в ходе аутофагии в ответ на голодание клетки. К настоящему моменту известно довольно много про переработку органелл при аутофагии, однако судьба РНК остается малоизученной. Авторы работы, опубликованной в Nature Communications, исследовали деградацию мРНК в ходе аутофагии на дрожжевой модели. Они выяснили, что мРНК при аутофагии доставляется в вакуоли. Чтобы это подтвердить, авторы использовали мутантный штамм дрожжей rny1Δ, лишенный вакуолярной рибонуклеазы Rny1. В клетках rny1Δ, где аутофагия индуцировалась рапамицином за счет ингибирования им TOR, мРНК детектировалась в вакуоли. В то же время она не обнаруживалась в вакуоли в штамме atg2Δ, неспособном к аутофагии. Это означает, что именно аутофагия стимулирует перенос мРНК в вакуоль для дальнейшей деградации. При этом перенос мРНК в вакуоли происходит селективно. В первую очередь отбираются мРНК, вовлеченные в биосинтез аминокислот, а также те, что кодируют рибосомальные белки. Доставка мРНК в вакуоль стимулируется ассоциацией мРНК с рибосомой за счет 5′UTR.

Вирусы

10. Ученые из Сингапура опубликовали работу, посвященную неврологическим осложнениям при болезни «рука-нога-рот». Болезнь «рука-нога-рот» является, как правило, мягко протекающей вирусной инфекцией, распространенной среди маленьких детей. Заболевание эндемично для Сингапура и вызывается, в большинстве случаев, кишечными вирусами, такими как энтеровирусы и вирусы Коксаки. Энтеровирус А71 (EV-A71) ассоциирован с тяжелой формой протекания данного заболевания. Он инфицирует моторные нейроны в нервно-мышечных синапсах и внедряется, таким образом, в ЦНС. Опыты на мышах показали, что с вирусными частицами в нервно-мышечных синапсах и в спинном мозге колокализуется белок периферин (PRPH). В экспериментах на клетках ученые выяснили, что поверхностная экспрессия периферина в клетках нейробластомы облегчает проникновение вируса в клетку, в то время как внутриклеточный PRPH взаимодействует с компонентами вируса и влияет на репликацию EV-A71. Кроме того, EV-A71 взаимодействует со многими интерактантами периферина. При этом PRPH не играет никакой роли в инфекции вирусом Коксаки A16, что позволило авторам сделать предположение об уникальности механизма использования периферина вирусом EV-A71 для проникновения в ЦНС.

11. ДНК и РНК из окружающей среды могут играть важную роль в мониторинге патогенов, утверждают авторы работы, опубликованной в BioScience. Новые техники, основанные на ДНК или РНК окружающей среды (eDNA или eRNA), применяются сейчас для детекции патогенов в водных средах. С их помощью можно определить наличие либо отсутствие патогена и его географическое распространение. Постоянный мониторинг патогенов, основанный на eDNA и eRNA, потенциально способен оказать положительное влияние на здоровья людей и животных, поскольку он позволит заранее предсказывать вспышки заболеваний и принимать соответствующие меры. Ученые рассмотрели несколько кейсов применения такого подхода, в том числе мониторинг панзоотического фибропапилломатоза зеленых морских черепах Chelonia mydas. Заболевание вызывает черепаший герпесвирус ChHV5. Анализ eDNA морских черепах и ChHV5 в морской воде позволит отследить трансмиссию вируса.

Редактирование генома

12. Ученые из Университета штата Пенсильвания разработали новый подход к генной терапии на основе CRISPR-Cas9: они предлагают вносить фрагменты кодирующей последовательности полноценного гена в место двухцепочечного разрыва, индуцированного нуклеазой Cas9. Новая стратегия опирается на вставке конструкции, содержащей кодирующую последовательность гена (полноразмерную либо отдельные экзоны), 5`-UTR и терминаторы транскрипции и трансляции, за счет негомологичного соединения концов. В результате должен транскрибироваться не мутантный, а нормальный ген. Стратегию проверили на модельных мышах с неонатальным диабетом, который вызывается большой делецией или нонсенс-мутацией в гене PERK. Метод удобен тем, что при помощи одного редактирования можно исправить сразу несколько мутаций в конкретном гене.

Трансплантация стволовых клеток при инсульте

13. При подкорковом инсульте белого вещества (white matter stroke, WMS), составляющем до 30% всех инсультов, страдают в первую очередь астроциты, аксоны и миелин. Ранее удавалось вызвать ремиелинизацию при трансплантации пост-инсультным мышам незрелых астроцитов. Теперь же на мышиной модели WMS на мышах ученые показали, что трансплантация предшественников глии, дифференцированных из человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (hiPSC-GEPs), вскоре после инсульта приводит к формированию клеток с фенотипом зрелых астроцитов и оказывает терапевтический эффект на поврежденные аксоны. Трансплантация hiPSC-GEPs эффективнее восстанавливала моторные и когнитивные функции по сравнению с трансплантацией других типов клеток, дифференцированных из PSC. Таким образом, применение глиальных предшественников может лечь в основу терапии WMS.

Дифференцировка клеток

14. Метаплазия — это замещение одного типа полностью дифференцированных клеток другим. Одна из разновидностей метаплазии — замещение кератиноцитов столбчатыми эпителиоцитами при хроническом рефлюксе. Такой вид метаплазии повышает риск аденокарциномы пищевода примерно в пятьдесят раз. В журнале Cell Stem Cell опубликована работа, посвященная механизмам развития такой метаплазии. На модельных трансгенных мышах было показано, что активация пути Hegdehog в клетках пищевода влияет на статус их дифференцировки. При этом происходит дедифференцировка клеток в эмбриональные клетки-предшественники пищевода. Часть таких клеток претерпевает полный переход из плоских клеток в столбчатые. Происходящее ассоциировано также с ремоделированием хроматина и с участием в данном процессе фактора транскрипции Sox9 — он необходим для перехода в столбчатые эпителиоциты, но не для дедифференцировки.

15. Клеточное разнообразие нейронов гипоталамуса высоко, в нем содержатся нейроны, регулирующие поведенческие, эндокринные и автономные функции. Профилирование транскриптомов 43 261 клеток, полученных из нейроэпителия гипоталамуса, позволило картировать дифференцировочный ландшафт гипоталамуса мыши и проследить в нем траектории радиальных глиальных клеток (RGC), промежуточных клеток-предшественников (IPC), новообразованных нейронов и пептидергических нейронов. Анализ клонов показал, что радиальные глиальные клетки способны производить различные подтипы нейронов. Так, потомством радиальной глиальной клетки могут быть Ascl1+ и Neurog2+ промежуточные клетки-предшественники. Клетки Ascl1+ производят потомство двух типов: глутаматергические и ГАМК-ергические нейроны. В целом исследование демонстрирует, как разные поколения клеток вносят вклад в развитие нейронов гипоталамуса. Ученые считают, что лучше всего процесс диверсификации нейронов опишет каскадная модель.