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

Терапия рака

1. Нейтрофилы обеспечивают первичный иммунный ответ на опухоль, однако затем могут секретировать цитокины, способствующие ее росту. Согласно исследованию в Cancer Research, влияние нейтрофилов на рак зависит от экспрессии в них транспортера глюкозы Glut-1: в микроокружении опухоли она усиливается. На мышиной модели аденокарциномы легких ученые показали, что нейтрофилы, ассоциированные с опухолью (опухоль-инфильтрирующие нейтрофилы — ОН), отличаются повышенной экспрессией Glut-1 и эффективнее потребляют и используют глюкозу по сравнению с нейтрофилами здоровых легких. Используя Cre-рекомбиназу, авторы создали мышей с делецией Glut-1 в нейтрофилах. У таких мышей ОН в опухоли были более молодыми, значит, повышенная экспрессия Glut-1 продлевает жизнь ОН. Рентгенография показала, что удаление Glut-1 препятствует развитию рака и повышает эффективность радиотерапии. Таким образом, Glut-1 может стать перспективной мишенью для терапии рака.

2. Статья в Proceedings of the National Academy of Sciences описывает метаболический переключатель в клетках рака простаты, который делает гормональную терапию неэффективной. Ученые выяснили, что терапия, направленная на снижение активации андрогенных рецепторов (АР), снижает также экспрессию глутаминазы 1 в раковых клетках. Утилизация глутамина становится менее интенсивной, что на начальных стадиях останавливает рост опухоли. Однако со временем при участии белков семейства MYC происходит переключение: в результате альтернативного сплайсинга вместо АР-зависимой изоформы глутаминазы почечного типа (KGA) начинает экспрессироваться глутаминаза С (GAC), которая не зависит от стимуляции АР и более активна как фермент. Это переключение приводит к интенсивному использованию глутамина, гиперпролиферации и агрессивному поведению опухолевых клеток. В экспериментах на клеточных линиях рака простаты, тканях рака простаты человека и животных моделях фармакологическое ингибирование или РНК-интерференция GAC лучше подавляли устойчивый к кастрации рак простаты по сравнению с гормональной терапией.

3. При раке кости после операции по удалению опухоли проводят радиотерапию. Это приводит к гибели скелетных стволовых клеток (ССК), деформации и ухудшению регенерации кости. Статья в Stem Cells Translational Medicine описывает возможность компенсировать такие повреждения с помощью стволовых клеток и феруловой кислоты (ФК). In vitro было показано, что после облучения ФК способствует повышению экспрессии генов, связанных с регенерацией, и активирует MAP-киназный каскад. На мышах ученые смоделировали локальное облучение и операцию с удалением повреждений кости. Это приводило к повреждению ССК. Секвенирование РНК показало снижение экспрессии генов, связанных с регенерацией, а вестерн-блоттинг — даунрегуляцию путей p38/MAPK и ERK/MAPK. Также снижалась пролиферация и дифференцировка клеток в ткани. Инъекция микрокриогеля с ФК и стволовыми клетками оказалась эффективным лечением: ФК восстановила активность путей p38/MAPK и ERK/MAPK (блокаторы данных путей отменяли эффект ФК). Данная стратегия может стать основой для терапии рака кости. (Подробнее — на PCR.news.)

4. О противораковой вакцине рассказали в Science Advances ученые из США. Они предлагают модифицировать клетки опухоли ex vivo, повышая экспрессию фактора роста эндотелия сосудов C (VEGF-C), после чего подвергать их летальной дозе облучения и вводить обратно в организм вместе с аъювантами. Там клетки сверхэкспрессируют VEGF-C и умирают, при этом они работают как антигены и провоцируют иммунный ответ. VEGF-C способствует лимфоангиогенезу; в опухоли это может провоцировать метастазирование, но при этом повышать эффективность иммунотерапии. На мышах было показано, что VEGF-C, с одной стороны, улучшает лимфатический транспорт в лимфоузлы, о чем говорит увеличение количества активированных антигенспецифичных CD8⁺ Т-клеток. С другой стороны, внутрикожные лимфоангиогенные сайты вакцины привлекают больше наивных Т-клеток из-за локального повышения уровня хемокинов, например, CCL21. На мышиных моделях меланомы ученые добились полного исчезновения рака, вводя вакцину внутрикожно мышам в места, далекие от опухоли. Повторное введение живых раковых клеток через десять месяцев не вело к развитию опухолей, что говорит о хорошей иммуннологической памяти.

Популяционная геномика

5. В PNAS опубликовали большое популяционное геномное исследование, посвященное истории заселения Филиппин в течение последних 50 000 лет. Ученые провели полногеномное секвенирование ДНК 1 028 человек из 115 современных общин, а также ДНК останков возрастом около 8 000 лет, обнаруженных на острове Ляндао. Оказалось, что архипелаг был заселен как минимум пятью волнами миграции. Первая волна была сформирована северными и южными народами негрито, последующие волны — предками манобо, самаль, папуасов и народов Кордильер. Предки последних отделились от коренных народов Тайваня по крайней мере 8 000 лет назад, до развития рисоводства на Филиппинах 2 500 лет назад. Это противоречит принятой ранее теории, согласно которой люди на архипелаге расселялись и занимались фермерством одновременно с распространением языка в течение последних 4 000 лет.

Диагностика

6. В eLife описали подход GETMap (Genetic-Epigenetic tissue mapping), определяющий тканевое происхождение внеклеточной ДНК в крови. Метод оценивает генетические изменения ДНК и паттерны метилирования, специфичные для тканей, и может быть использован для неинвазивной пренатальной диагностики, мониторинга трансплантации и диагностики рака. Авторы показали, что у беременных женщин циркулирующая ДНК со специфичными для плода аллелями полностью происходит из плаценты. ДНК с генетическими локусами, специфичными для матери, имеет эпигенетические метки, свойственные лейкоцитам. Аллели общие для плода и матери могут происходить из обоих типов тканей. Для пациентов после трансплантации легкого GETMap показал, что через 72 часа после операции 17% «чужой» ДНК происходят из легочной ткани, а 78% — из разрушающихся кровяных клеток, попавших в тело реципиента вместе с трансплантатом. Со временем в кровотоке увеличивается доля ДНК с метками легкого и уменьшается доля ДНК с метками клеток крови. При успешной пересадке концентрация ДНК из донорского легкого была ниже. У беременных женщин с лимфомой GETMap отличал ДНК плаценты от ДНК лейкоцитов ракового происхождения.

7. В Journal of Biomedical Optics представлен подход, быстро и точно определяющий реакцию органоидов опухоли на лечение. Органоид при этом не разрушается, и измерения можно проводить несколько раз. В основе подхода — метод однофотонной оптической визуализации окислительно-восстановительных потенциалов, при котором флуоресцентные сигналы от НАД(Ф)Н и ФАД дают информацию о морфологии и метаболическом состоянии каждого органоида. В опытах на двух линиях органоидов колоректального рака и двух лекарствах ученые определили замедление роста органоида в ответ на препарат, причем изменения в метаболизме предшествовали изменениям динамики роста. Наблюдение за отдельным органоидом дает более точную информацию по сравнению с общим анализом всех органоидов. Соотношение окислительно-восстановительных потенциалов не зависит от положения органоида и его морфологии, значит, эта информация дополняет морфологические данные. Таким образом удается выявить субпопуляции органоидов, восприимчивые к определенным препаратам и получать информацию о гетерогенности клеток в опухоли.

Терапия наследственных заболеваний

8. Замена лейцина на глутамин в цистатине человека С (hCC) приводит к развитию доминантно наследуемой амилоидной ангиопатии. Образующийся вариант цистатина L68Q-hCC может формировать амилоидные бляшки в артериях головного мозга и вызывать микроинсульты, приводя к параличу, слабоумию и смерти. Авторы работы, опубликованной в Nature Communications, создали клетки, секретирующие нормальный hCC и L68Q-hCC и исследовали комплексы, которые образовывал последний. Инкубация лизата или супернатанта, содержащего L68Q-hCC, с восстанавливающими агентами глутатионом или N-ацетилцистеином (NAC) приводила к распаду олигомеров на мономеры предотвращая агрегацию белков в опасные структуры. Перспективность применения данных добавок при заболевании также подтвердилась на людях: у пяти из шести носителей L68Q-hCC, принимавших NAC, содержание L68Q-hCC в биопсии кожи после лечения снизилось на 50–90%. Ранняя диагностика и терапия спасут молодых людей от опасных последствий заболевания.

9. Биаллельные мутации в гене PINK1 приводят к наследственной болезни Паркинсона (БП). В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, ученые показали, что причиной тому служит не только преждевременная гибель дофаминергических нейронов (ДН), но и нарушение их нейрогенеза на протяжении всей жизни. У Danio rerio две популяции ДН формируются уже во взрослом мозге, но к двухлетнему возрасту темп нейрогенеза снижается. У рыб со стоп-мутацией в киназном домене PINK1 формирование этих популяций ДН до трех месяцев идет нормально, но далее количество ДН значительно отстает от такового у рыб дикого типа. При этом недостаток PINK1 не влияет на нейрогенез популяций ДН, формирующихся на ранних этапах развития, но ведет к более быстрой гибели клеток. В органоидах, выращенных из клеток человека, отсутствие PINK1 замедляло рост, изменяло морфологию и с определенного момента снижало долю ДН. Исследование может помочь в разработке терапии для людей с БП, обусловленной мутацией в PINK1.

Развитие нейробластомы

10. Нейробластома — рак симпатической нервной системы, проявляющийся в раннем возрасте. В Nature Genetics опубликованы результаты анализа транскриптома единичных клеток нейробластомы и нормальных тканей человека на разных стадиях эмбрионального развития. В норме из предшественников в нервном гребне за несколько стадий дифференцировки образуются нейробласты симпатических ганглиев и хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников. Клетки нейробластом с различными фенотипами имеют такой же транскриптом, как и нормальные нейробласты на одной из стадий дифференцировки, причем фенотип наиболее опасных форм похож на ранние стадии. К нарушению дифференцировки и развитию заболевания может вести изменение уровня и активности транскрипционных факторов: апрегуляция MYCN или даунрегуляция TFAP2B.

Молекулярная биология

11. В области ДНК, содержащей четыре последовательно расположенных гуанина, может образовываться вторичная структура под названием G-квадруплекс (G4). Согласно статье в Nature Communications, BMI1 — белок группы Polycomb — противодействует развитию болезни Альцгеймера (БА), так как предотвращает образование G-квадруплексов в нейронах. Инактивация BMI1 в клетках человека или в фоторецепторах мыши делает гетерохроматин менее компактным, более доступным для транскрипции и более склонным к образованию квадруплексов, препятствующих нормальному протеканию сплайсинга и транскрипции. Такой фенотип схож с нейронами пациентов с БА. ChIP-sec с антителом 1H6, позволяющим детектировать некоторые G4-структуры, показал, что при БА квадруплексы часто обнаруживаются в транскрибирующихся консервативных последовательностях длинных диспергированных повторов (LINE) семейства L1 и преимущественно в доменах, ассоциированных с мембраной. Подавление транскрипции элементов L1, например, с помощью ингибиторов РНК-полимеразы 2, помогает избежать формирования квадруплексов и нарушений в экспрессии и сплайсинге.

Грибковые инфекции

12. Статья в Nature Microbiology описывает молекулярные механизмы кандидоза и реакцию вагинального эпителия на четыре наиболее распространенных вида грибка Candida. Используя культуру эпителиальных клеток влагалища и двойное РНК-секвенирование пары патоген-хозяин, ученые оценили экспрессию различных генов грибков и клеток человеческого эпителия при заражении. Стратегии заражений у видов различаются, однако механизм защиты человека на ранних стадиях инфекции одинаков для всех исследованных грибков. В ответ на инфекцию в эпителии происходит запуск сублетального митохондриального стресса, что активирует иммунный ответ через интерферон типа 1 — механизм, обычно используемый против вирусных атак. На последних стадиях изменения транскриптома клетки хозяина зависят от поражающего ее грибка. Это связано с разной степенью повреждения клеток разными видами, например, секрецией кандидолизина C. albicans: при заражении клеток мутантным C. albicans, не секретирующим токсин, реакция схожа с реакцией на неинвазивный вид C. parapsilosis.

Физиология холодовой чувствительности зубов

13. В Science Advances описали механизмы холодовой чувствительности зубов. Важную роль в этом процессе играют одонтобласты — клетки нервного происхождения, главной функцией которых до этого считался синтез дентина. Оказалось, что расположенные на их мембране рецепторы TRPC5 и TRPA1 обеспечивают болевую реакцию на холод, увеличивая проницаемость мембраны для кальция при понижении температуры. Повреждение зуба или истончение эмали ведет к повышенной холодовой чувствительности из-за «оголения» одонтобластов. Нокаутные по TRPC5 мыши в отличие от контрольных животных не проявляли болевого поведения после повреждения зубов. Кроме того, активным веществом гвоздичного масла, которое применяют от зубной боли, является эвгенол, блокатор TRPC5. Эвгенол также может быть перспективным средством для лечения повышенной чувствительности к холоду, вызванной, например, химиотерапией.

Новости компаний

14. Bionano Genomics сообщили о 43-процентном росте выручки в четвертом квартале 2020 года по сравнению с аналогичным периодом 2019 года, что главным образом связано с покупкой компанией бизнеса Lineagen. Компания также описала стратегию клинического внедрения оптического картирования генома. В этом году планируется завершение разработки прототипа новой версии системы Saphyr, которая будет иметь более высокую пропускную способность, а также продвижение технологии в различных областях медицины: клинических испытаниях с участием пациентов с генетическими заболеваниями и гематологическими злокачественными новообразованиями, пренатальной диагностике и педиатрической генетике. Эрик Холмлин, президент и главный исполнительный директор компании, заявил, что в мире существует около 2 500 цитогенетических лабораторий, сделки с которыми потенциально могут принести от 3 до 3,5 миллиардов долларов в год. Уже сейчас компания заключает договоры по использованию технологии по всему миру. Saphyr облегчает цитогенетический анализ за счет снижения общей стоимости реагентов и времени на выполнение работ, поэтому ожидается, что данная система будет крайне востребована. Также для дальнейшего продвижения системы будут проведены дополнительные исследования.

15. Фирма Immunai занимается профилированием иммунной системы, используя данные секвенирования РНК единичных клеток, клеточной индексации транскриптомов и эпитопов посредством секвенирования и VDJ-seq. На этой неделе компания заявила о том, что приобрела стартап Dropprint Genomics, производящий программное обеспечение для анализа данных секвенирования единичных клеток. Dropprint также создал базу данных профилей иммунных клеток у пациентов с аутоиммунными и онкологическими заболеваниями, которые Immunai включит в свой аннотированный атлас многомерных иммунных клеток (AMICA). Новое програмное обеспечение позволит существенно снизить стоимость одноклеточной геномики и поможет быстро анализировать большие объемы данных.