Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 21–27 марта

Новый путь к тотипотентным стволовым клеткам, персонализированные противораковые вакцины, связь между педиатрическими раками и преждевременным старением, поиск средства против вируса Эбола, фазовые переходы в эмбриогенезе дрозофилы и многое другое.

Художник:
Наталья Дюкова

Межклеточная коммуникация

1. Внеклеточные везикулы — важнейший путь межклеточной сигнализации, их исследование представляет большой интерес. Авторы статьи, опубликованной в Current Biology, разработали метод мечения содержимого внеклеточных везикул в организме нематоды Caenorhabditis elegans и провели масштабную работу по их выделению. Сопоставив данные протеомного и транскриптомного анализов, они выяснили, что значительную часть содержимого везикул, продуцируемых нервными клетками, составляют молекулы РНК и РНК-связывающие белки. Они также показали, что внеклеточные везикулы неоднородны по составу, и выделили четыре белка, которые наиболее часто встречаются в везикулах нервных клеток C. elegans, среди них фосфатаза ENPP-1 и транспортер двунитевой РНК SID-2. В мозге человека внеклеточные везикулы могут переносить белки, связанные с развитием болезни Альцгеймера, их исследование способно помочь в разработке новых методов терапии, отмечают авторы.

Стволовые клетки

2. Ученые из Института биомедицины и здравоохранения Гуанчжоу Академии наук Китая вместе с коллегами из Великобритании и Бангладеш впервые в мире описали быстрый и контролируемый метод получения тотипотентных стволовых клеток из плюрипотентных без использования трансгенных технологий. (Подробнее на PCR.NEWS.) Они сходны с клетками, формирующимся на стадии 8-клеточного зародыша при дроблении зиготы, и имеют потенциал для дифференцировки, больший, чем у описанных ранее плюрипотентных клеток. Открытию способствовали достижения в области технологий мультиомного профилирования отдельных клеток: авторы выделили ключевые молекулярные события и гены, связанные с переходом к тотипотентности, и активировали экспрессию этих генов. Авторы предполагают, что из полученных клеток можно будет выращивать органы для нужд трансплантологии.

Искусственный интеллект

3. Применение систем искусственного интеллекта позволило сделать еще один шаг к эффективной автоматизации генного редактирования. Разработанная учеными из США система для автоматической электропорации NFP-E (Nanofountain Probe Electroporation) использует глубокое обучение для точного обнаружения клеточных ядер и контроля положения зонда, генерирующего электрические импульсы. Как отмечают авторы, большинство методов или обеспечивают хороший выход, но требуют миллионов клеток, или позволяют селективно воздействовать на отдельные клетки с достаточно низкой эффективностью; добиться одновременно селективности и высокого выхода сложно. Новый же способ обеспечивает высокую эффективность трансфекции и при этом позволяет работать с малыми количествами клеток без потерь.

4. Ученые из Исследовательского института Нью-Йоркского фонда стволовых клеток (NYSCF Research Institute) совместно с Google Research разработали платформу для фенотипического профилирования клеточных культур — The NYSCF Global Stem Cell Array. В ней использована уникальная техника множественного окрашивания клеток Cell Painting и нейронные сети глубокого обучения для обработки полученных изображений. Продемонстрирована эффективность платформы для выделения и классификации фибробластов от здоровых доноров и пациентов с болезнью Паркинсона (91 человек); авторы сгенерировали крупнейший массив данных окрашивания Cell Painting объемом 48 Тб. Нейросеть смогла выявить как индивидуальные особенности фибробластов каждого пациента, так и черты, специфические для двух форм болезни Паркинсона. По мнению авторов, платформа значительно упростит разработку лекарств.

5. Системы искусственного интеллекта могут применяться не только для автоматизации биомедицинских исследований. Распространенное направление ИИ-исследований — анализ изображений, полученных методом компьютерной томографии (КТ). Авторы статьи, опубликованной в The Lancet Digital Health, анализировали данные КТ-ангиографии, чтобы упростить оценку формирования бляшек в сосудах пациентов. Нейросеть обучалась на датасете из результатов КТ-ангиографии 921 пациентов, уже описанных врачами: в среднем у специалиста уходит на это 25-30 минут, а новый алгоритм справляется за несколько секунд. Нейросеть довольно точно предсказывала риск сердечного приступа, что было проверено на данных 1611 пациентов, полученных в рамках исследования SCOT-HEART. Авторы рассчитывают, что алгоритм позволит оценивать вероятность и примерные сроки развития инфаркта миокарда, основываясь на КТ-изображениях бляшек в сосудах.

Биомаркеры

6. После обнаружения биомаркеров заболевания требуется проверить их клиническую значимость для разных когорт испытуемых. Так, уровень некоторых веществ в крови может быть связан с риском развития деменции и болезни Альцгеймера. Исследователи из Техаса проанализировали образцы крови 745 американцев мексиканского происхождения, чтобы оценить достоверность такого анализа. В панель вошли 6 биомаркеров, ранее ассоциированных с повышенным риском нейродегенеративных заболеваний, однако исследование показало, что только содержание глиального фибриллярного кислого белка (glial fibrillary acidic protein, GFAP) позволяет достоверно предсказывать вероятность развития деменции в выбранной группе. Авторы работы отмечают, что потребуются дополнительные валидирующие исследования, прежде чем этот биомаркер, один или в сочетании с еще не изученными, найдет применение в клинической практике.

7. Достигнуты значительные успехи в лечении рака у детей, однако у пациентов в ремиссии часто развиваются заболевания, более характерные для старших возрастных групп. Получив данные полногеномного секвенирования более чем 6000 пациентов, переживших рак в детстве, в рамках когортного исследования госпиталя Святого Иуды из Мемфиса, США (St. Jude Lifetime Cohort Study, SJLIFE), ученые выявили у них генетические варианты, характерные для пациентов с ускоренным эпигенетическим старением. Одним из таких вариантов оказался аллель rs732314 гена SELP: в других исследованиях была описана ассоциация повышения экспрессии SELP с риском развития болезни Альцгеймера. Другой вариант был связан с локусом HLA. Авторы надеются, что их работа поможет выявить пациентов, более подверженных ускоренному эпигенетическому старению, а также определить мишени для предотвращения развития заболеваний. Например, для p-селектина, продукта гена SELP, уже известен ингибитор, который используется при лечении других заболеваний.

8. Идиопатический легочный фиброз — тяжелое заболевание зачастую неясного происхождения, при котором повреждения легких приводят к формированию рубцовой ткани. Известно. что одной из причин развития фиброза может быть проапоптотический пептид коризин, который выделяют стафилококки при легочных инфекциях, и группа исследователей из США предположила, что улучшить прогноз для пациентов могут антитела к этому пептиду. Они вводили мышам синтетический коризин и выявили моноклональные антитела, которые оказались наиболее эффективными, — mAb 21A. Также они показали, что уровень коризина в крови повышен у пациентов с фиброзом, и его определение может быть безопасной альтернативой сбору бронхоальвеолярного лаважа — более инвазивному методу диагностики фиброза. Стафилококки таже могут передавать ген коризина бактериям, входящим в состав микрофлоры легких и кишечника, путем горизонтального переноса, что создает дополнительные сложности при лечении. Коризин опасен не только для легких, но и для других тканей и органов.

Инфекции (host-targeted therapy)

9. Для эффективной работы полимеразы вируса лихорадки Эбола необходимы белки клетки-хозяина. Ученые из США исследовали взаимодействие вирусных частиц с клетками и выявили два белка, которые на начальных этапах инфекции ингибируют работу вирусной полимеразы: GSPT1, фактор терминации трансляции, и UPF1, участвующий в сплайсинге. Однако оказалось, что на более поздних стадиях заболевания происходит переключение: GSPT1 начинает участвовать в нормальной терминации транскрипции вирусной РНК, что приводит к позитивной регуляции транскрипции. Ранее GSPT1 не связывали с вирусными инфекциями. Авторы также показали, что при обработке клеток препаратом CC-90009, приводящим к деградации GSPT1, размножение вируса замедляется. Это вещество было впервые описано как потенциальное лекарство для больных острым миелоидным лейкозом. Авторы надеются, что исследования CC-90009 или других препаратов с подобным действием откроют путь к лекарству против вируса Эбола.

10. Препараты, нацеленные на белки клетки-хозяина, могут быть эффективны не только при лечении вирусных заболеваний. Исследователи из Канады показали, что воздействие на фосфатазу PPM1A может значительно снизить выживаемость Mycobacterium tuberculosis в макрофагах и легких инфицированных мышей. В норме PPM1A подавляет селективную аутофагию в инфицированных клетках. Авторы использовали биомиметические подходы и функционально-ориентированный синтез, чтобы получить и протестировать более 500 искусственно созданных препаратов и выявить ингибитор PPM1A, имеющий потенциал для применения в терапии. Таким ингибитором оказалось вещество SMIP-30 — небольшая молекула, не токсичная для клеток. Применение SMIP-30 позволило активировать селективную аутофагию и более эффективно защитить организм от развития туберкулеза. По словам авторов, разработка лекарств, ориентированных на взаимодействия с белками хозяина, особенно важны для лечения инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам возбудителями.

Персонифицированная разработка лекарств

11. Персонифицированные вакцины от рака могут стать реальностью благодаря международной группе исследователей, которая предложила метод отбора и выделения наиболее иммуногенных пептидов на поверхностях опухолевых клеток. Полученные антигены распознаются Т-клетками и вызывают мощный и специфичный иммунный ответ. Авторы выделили более 8000 потенциальных пептидных мишеней из клеточной линии колоректального рака CT26 и отобрали наиболее перспективные при помощи РНК-секвенирования и специального программного обеспечения. После всех этапов отбора на основе шести оставшихся пептидов были созданы онколитические аденовирусные вакцины, которые протестировали на мышах с привитыми опухолями. Одна из вакцин оказалась эффективной не только при введении в область опухоли, но и при лечении опухоли, расположенной с противоположной стороны от места введения — этот результат свидетельствует о формировании иммунитета. Аденовирусный вектор уже прошел клинические испытания и может использоваться в качестве платформы для широкого спектра пептидов, а методы отбора, предложенные авторами, позволят разрабатывать онколитические вакцины быстро и эффективно.

12. Новый метод компьютерного моделирования белок-белковых взаимодействий поможет упростить разработку лекарств, связывающихся с белковыми мишенями в клетках. Исследователи из США и Бельгии использовали de novo разработку белковых лигандов к 12 белкам-мишеням, основываясь на их трехмерной структуре. Получаемые последовательности длиной до 65 аминокислот характеризовались высокой стабильностью. Авторы разрешили кристаллическую структуру пяти комплексов лиганд-мишень и показали, что она довольно точно совпадает с результатами моделирования. Алгоритм способен искать потенциальные сайты взаимодействия, генерировать белковые последовательности, нацеленные на эти сайты, и выбирать наиболее оптимальных кандидатов. Среди проанализированных мишеней были белки различной сложности от клеточных рецепторов до белков оболочек вирусов.

Нейроны принятия взвешенных решений

13. Принимая решения, мы учитываем как потенциальную выгоду, так и риски: оказывается, для этого существует специальная группа нейронов в полосатом теле головного мозга. Ее обнаружили ученые из Массачусетского технологического института. Они разработали специальный тест, в ходе которого мышам нужно было попытаться заполучить как можно большую награду с наименьшим риском. Мыши вращали колесо, и каждый поворот мог с различной вероятностью принести награду – подслащенную воду — или отрицательное подкрепление (небольшую струйку воздуха в нос). Наблюдая за кальциевой активностью нейронов при помощи двухфотонной микроскопии в процессе обучения мышей, исследователи выделили популяции клеток, ассоциированных с системами вознаграждения и наказания при принятии решения, и обнаружили, что некоторые нейроны активируются и при положительном, и при отрицательном результате. Изучение активности этих клеток поможет составить представление о процессе принятия решений, который нарушается при таких психических заболеваниях, как депрессия, обсессивно-компульсивное расстройство и другие. Потенциальные методы их лечения могут быть нацелены на этап кодирования информации о результатах принятия решения.

Фазовые переходы в клетке и эмбриогенез

14. Фазовые переходы в биосистемах играют важную роль в динамике липидных мембран и могут влиять на функции мембранных белков, однако это не единственная область, где задействован этот физический процесс. Ученые показали важность перехода от жидкой фазы к твердой в конденсированных рибонуклеопротеиновых каплях, содержащих мРНК oskar – важный фактор эмбриогенеза у дрозофилы. Эти капли не окружены мембранами, и когда их содержимое находится в жидком состоянии, в них могут встраиваться молекулы мРНК, а при переходе к кристаллическому состоянию встраивание оказывается невозможным. Это позволяет ограничить пространство внутри клетки, в котором осуществляется трансляция Oskar: нарушение структуры капли, при котором она снова становилась жидкой, приводило к серьезным нарушениям в эмбриональном развитии. Такой способ компартментализации клеточного содержимого описан впервые.

Новости компаний

15. Oxford Nanopore Technologies планирует разработать инструменты клинической диагностики с помощью недавно созданной дочерней компании Oxford Nanopore Diagnostics. Во вторник на телеконференции, посвященной финансовым результатам компании за 2021 год, генеральный директор Oxford Nanopore Гордон Сангера рассказал о применениях нанопорового секвенирования в клинических трансляционных исследованиях, включая инфекционные заболевания, онкологию, редкие наследственные заболевания и быстрое секвенирование в реанимации. OND — это отдельная техническая и коммерческая команда, сказал Сангера инвесторам, добавив, что ее цель — продать нанопоровые технологии «традиционным крупным игрокам, чтобы увидеть, где будет тяга».

Добавить в избранное

Вам будет интересно