Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 2–8 августа

Стволовые клетки для лечения разрыва мениска, генетика народов Среднего Востока и Америки, диагностика малярии с помощью смартфона, эпигенетические биомаркеры ишемической болезни сердца, молекулярные механизмы локального подавления кроссинговера, гены женского репродуктивного долголетия и многое другое.

Художник:
Наталья Дюкова

Популяционная генетика

1. В Cell опубликованы результаты анализа геномов 137 жителей Среднего Востока, проживающих на территориях современных Саудовской Аравии, ОАЭ, Йемена, Сирии, Иордании и Ирака. Авторы изучили историю эволюции народов, проживающих в этом регионе, и попытались восстановить историю древних миграций с помощью особого метода секвенирования (подробнее на PCR.NEWS). В геномах жителей региона не найдено следов миграций людей из Африки, более ранних, чем та, от которой произошли все внеафриканские люди. По данным ученых, 15–20 тысяч лет назад население Среднего Востока начало разделяться на две основные ветви: левантийскую и аравийскую. Обе ветви претерпевали сильные сокращения численности из-за опустынивания климата, и это способствовали закреплению в них некоторых генных особенностей, имеющих медицинское значение. Кроме того, в геномах аравийских популяций гораздо меньше неандертальских следов, чем у населения Европы и Восточной Азии.

Биомаркеры

2. У американских индейцев повышен риск ишемической болезни сердца (ИБС), и чтобы своевременно начать лечение, нужны биомаркеры, указывающие на предрасположенность к ней. В исследовании, опубликованном в JAMA Cardiology, обнаружены эпигенетические ДНК-сигнатуры, связанные с высоким риском ИБС. В мультикогортном исследовании использовали данные по 2321 взрослому представителю коренных народов Америки из 12 популяций в четырех штатах. Ученые выбрали 505 дифференциально метилируемых сайтов, связанных с риском ИБС, которые можно выявить в клетках крови.

3. Еще одно исследование, посвященное диагностическим эпигенетическим маркерам в клетках крови, вышло в журнале Translational Psychiatry. Авторы работы предложили новый подход, основанный на машинном обучении, для классификации случаев шизофрении. Тренировку алгоритма проводили на участках генома, для которых характерна системная эпигенетическая межиндивидуальная вариабельность; в исследовании участвовали 414 пациента с шизофренией и 433 здоровых человека. С помощью нового алгоритма для 303 пациентов риск шизофрении был определен с положительной прогностической ценностью 80%, что намного лучше предсказания на основании полигенных рисков.

Генетика репродукции

4. Международный коллектив ученых на страницах Nature сообщил о выявлении множества генов, ассоциированных с репродуктивным долголетием у женщин. В исследовании использовали данные Биобанка Великобритании и компании 23&Me о более чем 200 тысячах женщин европейского происхождения. Авторы выявили 290 генов, связанных с преждевременным старением яичников. Большинство этих генов вовлечено в клеточный ответ на повреждения ДНК, и утрата функции многих из них ассоциирована с ранней менопаузой. Ученые продемонстрировали, что ответ на повреждения ДНК — один из основных молекулярных механизмов, определяющих скорость старения яичников. Более того, манипуляции с генами-предикторами ранней менопаузы, выявленными у человека, повышают фертильность и увеличивают репродуктивный возраст у самок мышей.

Молекулярная биология

5. У большинства биологических видов количество актов кроссинговера и места, в которых они могут происходить, строго контролируются. Каждая хромосома претерпевает как минимум один «обязательный» кроссинговер, и акты кроссинговера вблизи него подавляются. Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) не является исключением. Авторы  статьи в Nature Communications изучили, каким образом у этого растения выбираются сайты для кроссинговера. Используя количественную цитогенетику сверхвысокого разрешения и математическое моделирование, они показали, что сайты кроссинговера можно предсказать по появлению фокусов E3 лигазы HEI3. Регулярно расположенные крупные фокусы HEI3 обеспечивают подавление кроссинговера в нежелательных сайтах, при этом чем выше уровень экспрессии HEI3 в клетке, тем сильнее подавляется кроссинговер. Ученые предполагают, что описанный ими механизм присущ не только растениям, но и другим эукариотам.

6. Финские ученые установили неожиданную связь между вариантом гистона H2A и развитием миомы матки. Они всесторонне изучили особенности экспрессии генов и организации хроматина в патологических клетках. Оказалось, что при миоме часто возникают соматические мутации в генах, кодирующих белки семейства погрузчиков гистонов SRCAP, а наследование этих мутаций повышает риск развития миом. Из-за нарушений в работе белков SRCAP в клетках миом изменяется расположение и количество вариантного гистона H2A.Z в хроматине. Когда H2A.Z находится в неправильных локусах, может нарушиться экспрессия ряда генов, это приводит к неправильной дифференцировке клеток и в итоге к появлению миомы. Статья опубликована в Nature.

Молекулярная диагностика

7. В Nature Electronics появилось сообщение о новой технологии для диагностики малярии. Платформа на основе смартфона позволяет выявить малярию за счет мультиплексной ДНК-диагностики, которая отличает эндемичный для Восточной Африки вид Plasmodium falciparum от других малярийных паразитов. Метод сочетает использование дешевого микрофлюидного теста с алгоритмами машинного обучения и блокчейн-технологиями, обеспечивающими сохранность данных. Применение платформы в полевых условиях в Уганде показало, что она обеспечивает выявление 98% случаев малярии.

Нейробиология

8. Эндоканнабиоидная система головного мозга — важнейший регулятор выделения нейромедиаторов, однако ее изучение затруднено высокой лабильностью входящих в ее состав липидных сигналов. Авторы работы, опубликованной в Neuron, с помощью новой технологии нейровизуализации смогли показать на бодрствующих мышах, что активность нейронов гиппокампа прежде всего регулируется эндоканнабиноидом 2-арахидоноилглицерином, а не анандамидом. Именно это вещество имитируется самым психоактивным компонентом марихуаны. Ученые установили, что во время эпилептических припадков происходит быстрый синтез и высвобождение 2-арахидоноилглицерина, после чего он быстро конвертируется в арахидоновую кислоту — субстрат для синтеза простагландинов. Под действием простагландинов во время эпилептического припадка происходит локальное сужение сосудов в зоне возбуждения, что усиливает последствия приступа, хотя и снижает его выраженность.

9. Одним из проявлений болезни Паркинсона на клеточном уровне является нарушение митофагии — утилизации митохондрий в лизосомах. Авторы исследования, опубликованного в eLife, установили связь между киназой LRRK2, которая часто мутирует при болезни Паркинсона, и нарушенной митофагией: чрезмерная активность LRRK2 негативно влияет на этот процесс. Более того, фармакологическое ингибирование LRRK2 позволяет устранить дефекты митофагии у мышей, обладающих сверхактивным вариантом фермента. Авторы надеются, что ингибирование LRRK2 может стать одним из подходов к терапии болезни Паркинсона.

Стволовые клетки

10. В Stem Cells Translational Medicine вышла  статья японских ученых о безопасности мезенхимальных стволовых клеток (МСК) для лечения боли в коленях. Эти клетки часто имеют трисомию по хромосоме 7. Пять лет назад десяти пациентам с дегенеративным разрывом мениска в колено были подсажены их собственные МСК, затем через пять лет у них в синовиальной жидкости оценивали долю МСК с трисомией. Такие клетки были выявлены только у трех из десяти, причем их доля составляла лишь 5-10% от всех синовиальных МСК. Экспрессия генов, в том числе онкогенов, на хромосоме 7 не отличалась у МСК с трисомией и без, также не было отличий в результатах полногеномного секвенирования и анализа метилирования ДНК. Авторы делают вывод, что трансплантация стволовых клеток в колено безопасна и не приводит к появлению опухолей.

Антибиотикорезистентность

11. Появление устойчивых к лекарствам бактерий часто связывают с бесконтрольным и неоправданным приемом антибиотиков. В The Lancet Infectious Diseases вышло исследование, показавшее, что контроль назначений антибиотиков не снижает количество антибиотикорезистентных инфекций. В 2015–2016 годах в Англии начала работу национальная программа контроля назначения антибиотиков широкого спектра. Авторы статьи использовали данные по пациентам с диагностированной инфекцией, вызванной антибиотикорезистентной Escherichia coli, с 2013 по 2018 год. К сожалению, частота инфекций, плохо поддающихся лечению антибиотиками, продолжает возрастать, хотя некоторые изменения к лучшему отмечены.

Онкология

12. Эукариотический фактор инициации трансляции eIF4A3 представляет собой хеликазу, которая входит в состав комплекса соединения экзонов (exon junction complex, EJC) и задействована в сплайсинге и регуляции нонсенс-опосредованной деградации мРНК. Хеликаза eIF4A3 находится в ядрышке, где регулирует процессинг рРНК, и способствует онкогенезу, нарушая функционирование сигнальных путей белка p53 и стимулируя биогенез рибосом. В отсутствие активного белка eIF4A3 происходит остановка клеточного цикла, запускаются молекулярные механизмы программируемой клеточной гибели, а также трансляция альтернативного транскрипта MDM2, регулирующего активность p53. Ученые заключают, что eIF4A3 может стать мишенью для терапии опухолей, в которых происходит повышенный синтез рибосом. Исследование опубликовано в Science Advances.

Инфекции

13. Статья в PLoS Pathogens описывает ранее не известную роль голодания в лечении кишечных инфекций. При нарушениях работы ЖКТ аппетит обычно и так снижается, однако сейчас стало понятнее, почему это может быть полезно. Авторы исследования работали с мышами, которые голодали до и во время инфекции, вызванной Salmonella enterica serovar Typhimurium. Исследователи выяснили, что голодание изменило программу вирулентности бактерии, так что она потеряла способность к проникновению в кишечный эпителий. Эффект голодания во многом зависел от кишечной микробиоты: у мышей, лишенных нормальной кишечной микрофлоры, сальмонелла все равно успешно колонизировала кишечный эпителий. Тем не менее и в этом случае голодание пошло на пользу, так как снизило уровень воспаления.

Новости компаний

14. 10x Genomics (США) в минувшую среду после закрытия рынка сообщила, что ее выручка за второй квартал выросла на 170% благодаря повышенным продажам, в частности, расходных материалов. Другой причиной растущих доходов названо уменьшение влияния пандемии COVID-19 на операции клиентов компании. 10x Genomics предлагает готовые решения, упрощающие пробоподготовку для секвенирования на платформе Illumina, в том числе секвенирования единичных клеток.

Добавить в избранное

Вам будет интересно