Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 22–28 июня (без коронавируса)

Онкология

1. У трети пациентов с раком яичника диагностируется также и асцит — скопление жидкости в брюшной полости, причем он ассоцирован с неблагоприятным прогнозом. Международная команда ученых провела секвенирование РНК 11 000 отдельных клеток из 11 пациентов с раком яичников и асцитом. Оказалось, что экспрессия генов сильно различается у разных пациентов, однако у опухолевых клеток был найден общий паттерн экспрессии генов, вовлеченных в программы воспаления, который подтвердился в ходе дополнительного эксперимента. В частности, и в опухолевых клетках, и в фибробластах, ассоциированных с раком, экспрессировались белки пути JAK/STAT — одного из сигнальных путей реакции воспаления. Ингибирование этого пути имело сильный противоопухолевый эффект in vivo и в ксенотрансплантах.

2. Для диагностики внутричерепных опухолей обычно приходится брать образцы мозга. Авторы статьи, опубликованной в Nature Medicine, описали новый неинвазивный метод диагностики, основанный на определении профиля метилирования ДНК в плазме крови. Эффективность этого метода уже была продемонстрирована на других типах рака, однако в случае рака мозга количество ДНК опухолевых клеток в плазме крови существенно ниже. Тем не менее по профилям метилирования удалось выявить и даже различить частые типы опухолей мозга, в том числе те, которые непросто дифференцировать классическими методами. Такая жидкая биопсия делается относительно быстро: вся процедура занимает меньше недели. Авторы надеются, что новый метод снизит риск для пациентов, заменив классическую инвазивную диагностику.

3. Еще одно исследование выявило важные мутации — маркеры развития рака в клетках меланомы. Определение ключевых мутаций, вызывающих рак, затрудняет большая мутационная нагрузка в опухолевых клетках. Ученые из Канады и США провели мутационный и мультиомиксный анализы 1000 и 470 меланом соответственно и определили важные мутации, например, в гене протеинкиназы А. Были обнаружены специфические для меланомы изменения в процессе окислительного фосфорилирования, вызванные нарушением работы протеинкиназы А, а также мутации, связанные с полом: например, мутации с потерей функции в гене хеликазы DDX3X присутствовали только у мужчин. (Известно, что риск меланомы для мужчин выше). Помимо этого, ученые подтвердили, что мутационная нагрузка опухолевых клеток повышает вероятность пациента выжить, как и инфильтрация иммунных клеток в опухоль.

Нейродегенеративные заболевания

4. Болезнь Паркинсона возникает из-за разрушения выделяющих дофамин нейронов черной субстанции, существующие методы лечения предполагают лишь купирование симптомов. Публикация в Nature предлагает бороться с первопричиной болезни, то есть заменять погибшие нейроны. Авторы превратили изолированные мышиные и человеческие астроциты в функционирующие нейроны, подавляя экспрессию белка PTB с помощью специфической малой шпилечной РНК. На мышином мозге было показано, что астроциты разных его участков превращаются в характерные для этих участков нейроны. У мышей с химически индуцированной болезнью Паркинсона астроциты среднего мозга становились дофаминергическими нейронами нигростриарного пути, уровень дофамина восстанавливался, а моторные функции нормализовались. Аналогичная работа опубликована в Cell, однако ее авторы использовали для подавления синтеза PTB нацеленную на РНК CRISPR-систему. Возможность заменять погибшие нейроны мозга открывает путь к лечению многих нейродегенеративных заболеваний.

5. Болезнь Альцгеймера относится к таупатиям: распространение гиперфосфорилированных агрегатов тау-белка коррелирует с тяжелым ходом болезни, однако кинетика этого процесса изучена слабо. Американские ученые всесторонне проанализировали тау-белок в посмертных образцах мозга 32 пациентах и обнаружили поразительную гетерогенность образцов. По-видимому, у разных пациентов с «типичным» Альцгеймером тау-белок может находится в различных состояниях. Удалось обнаружить некоторые посттрансляционные модификации, ассоциированные с повышенной способностью тау-белка агрегировать и более серьезными симптомами (что было подтверждено в экспериментах на мышах, которым вводили экстракты мозга больных). Эти результаты согласуются с предположением, что болезнь Альцгеймера, подобно раку, имеет множество биохимических и молекулярных причин, приводящих к общему фенотипу, соответственно, и терапевтические подходы должны быть различными.

6. Расшифрована структура белка XPG (Xeroderma pigmentosum group G), который участвует в ответе на повреждение ДНК и эксцизионной репарации нуклеотидов в качестве действующего фермента либо белка, координирующего другие ферменты. Мутации в этом белке ассоциированы с двумя фенотипически разными болезнями: канцерогенной пигментной ксеродермой и нейродегенеративным синдромом Коккейна. Ученые определили структуру каталитического и ДНК-связывающего доменов и предложили механизм взаимодействия фермента с ДНК. Знание структуры объясняет причины этих двух заболеваний: мутации, приводящие к ксеродерме, вызывают локальную дестабилизацию белка, в то время как мутации, ассоциированные с синдромом Коккейна, влияют на более дальние белковые контакты, дестабилизируя белок в целом и мешая его функциональным взаимодействиям.

Генетические болезни

7. Туберозный склероз — редкое генетическое заболевание, при котором в органах и тканях образуются доброкачественные опухоли, оно часто сопровождается патологиями ЦНС. Болезнь вызывается мутациями в генах TSC1 или TSC2, ингибиторов mTORC1. Дисфункция mTORC1 может сказаться в том числе на образовании первичных ресничек нейронов, отсюда нарушения развития нервной системы. В новом исследовании показано, что опухолевые нейроны пациентов с туберозным склерозом, а также нейроны мыши с соответствующими мутациями в самом деле имеют меньше ресничек, причем их количество обратно пропорционально активности mTORC1. Поиск ингибиторов mTORC1 привел ученых к белку теплового шока Hsp90. Как и ожидалось, фармакологическое ингибирование Hsp90 восстанавливало образование ресничек. Можно надеяться, что он и другие белки сигнального каскада (PI3K)/Akt станут эффективными мишенями при лечении нейронной дисфункции, связанной с туберозным склерозом.

8. Предложена новая терапевтическая мишень для лечения болезни Хантингтона, тяжелого и на данный момент неизлечимого наследственного заболевания, — cGMP-AMP синтаза (cGAS). Было известно, что сигнальная молекула cGMP-AMP, синтезируемая cGAS, увеличивает экспрессию генов воспаления. Оказалось, что cGAS также гиперэкспрессируется в клетках полосатого тела при болезни Хантингтона и является ключевым белком воспалительного ответа и аутофагии в этих клетках. При подавлении активности cGAS уменьшается экспрессия генов воспаления, подавляется аутофагия в пораженных клетках, а при восстановлении функционирования cGAS воспаление и аутофагия усиливаются. Интересно, что первый экзон мРНК cGAS обогащен рибосомами, что, возможно свидетельствует о нарушении трансляции.

Бактериология

9. Разработали вакцину против бактерий Campylobacter, вызывающих гастроэнтерит и диарею. Одним из факторов, препятствующим созданию вакцины до сих пор, было отсутствие подходящей модели. Американские ученые исследовали макак-резусов, которые в естественной среде подвержены заражению Campylobacter coli и Campylobacter jejuni с последующей диарей. Ученые разработали вакцину, основанную на инактивированных с помощью H₂O₂ бактериях. Вакцина вызывала сильный иммунный ответ: у макак были обнаружены антитела к многим бактериальным белкам, в том числе флагеллину, а частота заболевания снизилась с 9,8% (у невакцинированных животных) до 1,96%. Более того, вакцина оказалась эффективной против многих серотипов бактерии, а не только против непосредственно использованного в вакцине. Гастроэнтеритом заболевают в год миллионы людей, и данная работа — важный шаг в борьбе с ним.

Сердечно-сосудистые заболевания

10. Группа ученых из Китая и Японии продемонстрировала, что пептиды, полученные из специально созданного трансгенного риса, помогают снизить кровяное давление. В таком рисе усилена экспрессия многих антигипертензивных пептидов, например, девяти ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента (АПФ, или ACE) — ключевого регулятора давления. Эксперимент на линии крыс со спонтанной гипертензией показал, что внутрижелудочное введение экстракта риса значительно снижает систолическое давление. Более того, этот экстракт не снижает систолическое давление у крыс с нормальным давлением (линия Wistar Kyoto). Периодическое взвешивание крыс, анализ разных параметров крови и гистологический анализ не выявили побочных эффектов, так что трансгенный рис выглядит многообещающим источником антигипертензивных пептидов для профилактики гипертензии.

Иммунология

11. Для дифференциации В-лимфоцитов в антиген-специфичные плазматические клетки необходимы фолликулярные Т-хелперы (T_FH). Ключевым белком в развитии и функционировании T_FH является транскрипционный фактор Bcl-6 однако механизмы его работы оставались неизвестны. Американские ученые проанализировали множество моделей. Видимо, верным является предположение, что Bcl-6 усиливает экспрессию генов, необходимых для дифференциации T_FH, репрессируя репрессоры этих генов. Он также регулирует собственную экспрессию петлей отрицательной обратной связи. Знание механизмов работы T_FH необходимо для понимания развития адаптивного иммунного ответа и, соответственно, для эффективной борьбы со многими заболеваниями.

12. Реакцию пациента на противоопухолевую терапию можно определить по динамике фенотипов периферических лимфоцитов. К такому выводу пришли ученые, проанализировав динамику популяций иммунных и опухолевых клеток у пациентов с раком желудочно-кишечного тракта, которых лечили с помощью иммуно- или химиотерапии. Оказалось, что взаимодействие клеток удобно описывать с помощью модели «хищник-жертва», а значит, число циркулирующих лимфоцитов связано с размером опухоли. Такое взаимодействие не наблюдается при химиотерапии или если пациент не отвечает на иммунотерапию. Фенотип лимфоцитов тоже зависит от силы ответа: РНК-секвенирование показало, что при усилении противоопухолевого ответа становится больше цитотоксических лимфоцитов, а также усиливается интерфероновый сигналинг в периферических Т-клетках.

13. Механизмы иммунологической толерантности к плоду различаются во время первой беременности и последующих. В экспериментах на мышах было показано, что во время первой беременности накапливаются CD8⁺T, специфичные к антигенам плода. Такие клетки памяти остаются и после родов, причем они способны инициировать цитолиз, однако их активация происходит только в случае столкновения с антигеном вне плода — не в контексте следующей беременности. В противном случае лимфоциты не активируются и демонстрируют функциональное истощение. Это состояние и обуславливает толерантность имеющихся Т-клеток памяти к новому плоду. Ученые также обнаружили, что в таком состоянии повышена экспрессия генов PD-1 и LAG-3 и подавление этих генов приводит к потере плода во время второй или дальнейших, но не во время первой беременности.

Новости компаний

14. Illumina будет спонсировать 7 компаний в рамках проекта Illumina Accelerator, направленного на поддержку стартапов в области геномики. В программу попали разные компании, занимающиеся разработкой новых методов диагностики или генной инженерии, в том числе одна индийская компания, занимающаяся разработкой быстрых методов диагностики резистентности Mycobacterium tuberculosis (AarogyaAI), три английских компании (Neurolytic Healthcare, Tailor Bio, Alchemab Therapeutics) и три американских (WellSim Biomedical Technologies, Medic Life Sciences). Каждые полгода компании будут получать финансирование, а также им будет открыт доступ к лабораториям и оборудованию Illumina и возможность получения консультаций.

CRISPR

15. Происхождение большинства спейсеров в CRISPR-кассетах бактерий точно не установлено, хотя предполагается, что они представляют собой инкорпорированную чужеродную ДНК — участки геномов вирусов и других паразитических генетических элементов. Ученые под руководством Евгения Кунина модифицировали алгоритм поиска совпадений последовательностей спейсеров. Более мягкий вариант алгоритма заключается в сравнении распределений частичных совпадений. С его помощью ученые сравнили последовательности спейсеров с геномами самой бактерии и заражающих ее вирусов. Совпадений с собственным геномом почти не было, а значит, источником спейсеров не являются участки бактериального генома. Преобладали совпадения с вирусными геномами, однако для большинства спейсеров совпадений по-прежнему найдено не было. Видимо, они произошли от еще не известных компонентов мобилома (совокупности мобильных элементов), но скорее всего, от бактериоспецифичных вирусов.