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

Механизмы метастазирования рака груди, предотвращение повреждений сердца при синдроме Такоцубо, пространственное картирование транскриптома тканей, заживление ран без шрамов, идентификация нуклеиновых кислот патогенов в окружающей среде и судьба мРНК при аутофагии.

Художник
Наталья Дюкова

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.

Добавить в избранное

Вам будет интересно