Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 21–27 февраля

Анализ ДНК

1. Одним из удобных способов мониторинга биологического разнообразия водных организмов является метабаркодирование ДНК, которую организмы выделяют в окружающую среду. Такая ДНК носит название eDNA (environmental DNA). Японские ученые разработали наборы праймеров, которые позволяют определить по eDNA наличие в водоеме земноводных — представителей порядков бесхвостых, хвостатых или безногих. Статья с результатами работы опубликована в журнале Metabarcoding and Metagenomics. Праймеры, нацеленные на фрагмент гена 16S рРНК, опробовали на образцах из 160 сельскохозяйственных водных объектов, расположенных в 10 районах Японии. Они позволили определить в два раза больше видов (16 против 8), чем традиционные методы мониторинга, включающие отлов животных, визуальное наблюдение или, в случае лягушек, идентификация на слух.

2. Международный коллектив ученых опубликовал в Nature результаты исследования древней ДНК, выделенной из останков шести человек, которые жили на территории Восточной и Центрально-Южной Африки от 18 до 5 тысяч лет назад. Кроме того, они повысили качество данных по полученным ранее 15 геномам древних жителей Африки. В анализ также были включены последовательности 13 уже опубликованных геномов древних людей. Результаты исследования дали новую информацию о том, как жили древние охотники-собиратели на территории Африки южнее Сахары. Изученные геномы, возможно, принадлежали представителям трех существенно различающихся между собой популяций, населявших разные области Африки. Некоторое время (вероятно, в плейстоцене 80–20 тысяч лет назад) эти популяции взаимодействовали друг с другом, однако, окончательно сформировавшись, практически не претерпевали структурных изменений.

Клеточная биология

3. У почкующихся дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) асимметрия между материнской клеткой и созревающей почкой поддерживается отчасти благодаря наследованию почкой активно функционирующих митохондрий. Важнейшую роль в разделении митохондрий между почкой и материнской клеткой играет белок Mfb1p, который закрепляет митохондрии на одном из полюсов материнской клетки в ходе всего клеточного цикла, а также на полюсе почки незадолго до цитокинеза. Как показало исследование, опубликованное в Current Biology, полярность клеток и поляризованная локализация Mfb1p у дрожжей ослабевают с возрастом. Качество митохондрий также снижается. Кроме того, нормальное почкование у дрожжей невозможно без активности генов BUD1, BUD2 и BUD5.

4. Корейские ученые разработали очень высокоэффективный метод перепрограммирования фибробластов в функциональные кардиомиоциты. Результаты работы опубликованы в Science Advances. Основу нового метода составляют внеклеточные везикулы, полученные от эмбриональных стволовых клеток, которые проходят дифференцировку в кардиомиоциты. С их помощью можно преобразовать фибробласты в каридиомиоцитоподобные клетки, которые по колебаниям концентрации ионов кальция и электрофизиологическим параметрам, а также общему профилю экспрессии генов соответствуют кардиомиоцитам. Эффективность этого подхода к перепрограммированию клеток составляет более 60%, в то время как другие методы имеют эффективность около 25%.

Палеонтология

5. Британские ученые выделили новый род и вид птерозавров, опираясь на анализ скелета, датируемого средним юрским периодом и найденным на территории Шотландии. Об этом ученые сообщили в Current Biology. Особь нового вида птерозавров, названного авторами работы Dearc sgiathanach, имела размах крыльев не менее двух с половиной метров и, вероятно, погибла, находясь в состоянии активного роста. Ученые отмечают, что Dearc sgiathanach — это крупнейший из известных на данных момент птерозавров юрского периода, от которых остался хорошо сохранившийся скелет.

Иммунология

6. Британские ученые показали, что воздействие витаминов D₂ и D₃ на иммунную систему неодинаково, хотя эффекты в значительной мере перекрываются. Авторы исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Immunology, сравнили транскриптомы клеток крови женщин европейского и южноазиатского происхождения, которые получали ежедневно в течение 12 недель 15 мкг витамина D₂ или D₃. Исследование проходило в зимний сезон. Перечни генов, экспрессия которых изменялась при приеме витаминов, пересекались. При этом были эффекты, специфичные для витаминов D₂ или D₃. В частности, экспрессия генов, связанных с работой интерферонов I и II типа, которые необходимы для неспецифического иммунного ответа против бактерий и вирусов, активировалась только под действием витамина D₃.

Онкология

7. На данный момент накоплено множество доказательств того, что существуют подтипы аденокарциномы протоков поджелудочной железы, которые не поддаются ни одному из существующих методов терапии. Как сообщается в новой работе, опубликованной в PNAS, важнейшую роль в активации клеток аденокарциномы протоков поджелудочной железы играет транскрипционный фактор RUNX1. Исследования, проведенные in vivo и на органоидах, показали, что фармакологическое ингибирование RUNX1 запускает гибель клеток этого типа рака по пути NOXA-зависимого апоптоза. Ученые выражают надежду, что ингибирование RUNX1 сможет помочь пациентам, которым не принесли пользы все другие виды терапии.

8. Немецкие ученые определили, как одновременное инфицирование вируса папилломы человека типа 16 E6E7 и хламидиями влияет на перерождение клеток шейки матки. Исследование проводилось на эктоцервикальных органоидах. Результаты опубликованы в Nature Communications. Сначала в эктоцервикальные стволовые клетки был введен онкоген E6E7, что имитирует инфицирование ВПЧ 16 E6E7. Органоиды, полученные из этих клеток, стали моделью шейки матки в предраковом состоянии. Используя эту модель, ученые показали, что ВПЧ блокирует развитие инфекции, вызванной хламидиями. И ВПЧ, и хламидии перепрограммировали цервикальные клетки, но разными путям. Интересно, что хламидии подавляют активность механизмов поддержания стабильности генома, которые запускаются при инфицировании папилломавирусом.

Лекарства и мишени

9. Принято считать, что метморфин — самый популярный антидиабетический препарат — в клинических дозах воздействует на протеинкиназу AMPK, однако до недавнего времени его настоящая мишень была неизвестна. Авторы новой работы, опубликованной в Nature, показали на мышах, что метморфин в клинических дозах блокирует лизосомную АТФ-зависимую протонную помпу, которая играет важнейшую роль в активации AMPK при нехватке глюкозы. Однако в малых дозах препарат взаимодействует преимущественно с PEN2 — субъединицей γ-секретазы. Связанная с метморфином форма PEN2 взаимодействует с одной из субъединиц протонной помпы в мембранах лизосом, что в итоге активирует AMPK, хотя уровень АМФ в клетке при этом не меняется.

10. Причина многих болезней — неправильное убиквитинирование и протеасомное разрушение тех или иных белков. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Chemical Biology, разработали малые молекулы, которые стабилизируют белок-мишень и не дают ему преждевременно разрушиться. Молекулы, получившие название DUBTACs (deubiquitinase-targeting chimeras), одновременно привлекают деубиквитиназы и связываются с белком-мишенью через специфический лиганд. Авторы работы показали, что деубиквитиназу OTUB1 можно привлекать с помощью лиганда EN523. Молекула, включающая EN523 и люмакафор (препарат для лечения муковисцидоза, который служит лигандом рецептора CFTR), поддерживала нормальный уровень белка CTFR с мутацией, специфичной для муковисцидоза. Благодаря этому в культуре эпителиальных клетках бронхов, полученных от больного муковисцидозом, восстанавливался нормальный баланс ионов хлора.

Эмбриология

11. Разделение внутренней клеточной массы на эндодерму и эпибласт хорошо изучено с точки зрения участвующих в этом процессе молекул, однако физические основы этой сегрегации долгое время оставались неясными. Как сообщается в новой работе, опубликованной в Cell, ключевую роль в разделении эндодермы и эпибласта играют не механические свойства статических клеток, а флуктуации на поверхностях клеток разделяющихся слоев. Эти флуктуации, сопряженные с временными изменениями текучести клеток, позволяют разделиться эндодерме и эпибласту.

Редактирование генома

12. Международный коллектив ученых во главе с нобелевским лауреатом Дженнифер Дудной изучил структурные особенности нуклеаз семейства CasX и рассказал о них в Molecular Cell. Белок CasX меньше Cas9 или Cas12a и содержит менее тысячи аминокислотных остатков. Хотя CasX может редактировать геном клеток млекопитающих при участии гидовых РНК, он делает это не так эффективно, как Cas9. Структурные исследования показали, что CasX и его гидовые РНК взаимодействуют с нуклеиновыми кислотами совсем не так, как Cas12a или Cas9, и особенности взаимодействия влияют на его активность по отношению к ДНК. Авторы использовали структурную инженерию для создания двух новых редакторов на основе CasX — DpbCasX-R3-v2 и PlmCasX-R1-v2, эффективность которых была значительно повышена.

Новости компаний

13. Компания BostonGene сообщила, что добавила в свой продукт Tumor Portrait Test, предназначенный для подбора терапии онкопациентам на основе данных полноэкзомного секвенирования и секвенирования транскриптома, возможность для типирования микроокружения опухолей. Под типированием микроокружения понимают изучение субпопуляций иммунных клеток, окружающих опухоль. Создатели Tumor Portrait Test полагают, что учитывание свойств микроокружения опухоли поможет в выборе правильной стратегии лечения для каждого пациента. Валидация продукта будет проходить в рамках ряда уже начавшихся клинических испытаний, а также тех, что запланированы на будущее.