Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 22–28 ноября

Самая подробная карта субклеточных компонентов, носимое устройство для введения антидота к опиоидам при внезапной остановке дыхания, продажа собственных генетических данных, новые подходы к ингибированию метастазирования раковых опухолей, связь долговременной памяти и сна, способ приоткрыть гематоэнцефалический барьер для жидкой биопсии и многое другое.

Художник:
Наталья Дюкова

Жидкая биопсия

1. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе улучшили метод обнаружения специфических мутаций, связанных с раком мозга. Они использовали микропузырьки, расширяющиеся под действием ультразвука, для кратковременного увеличения проницаемости гематоэнцефалического барьера возле глиобластом, что облегчало прохождение циркулирующей опухолевой ДНК (цоДНК) в кровоток. Уникальность метода заключается именно в использовании микропузырьков, которые толкают и растягивают гематоэнцефалический барьер, делая его более проницаемым. Высвободившуюся цоДНК можно затем проанализировать с помощью стандартных методов жидкой биопсии, гораздо менее инвазивно, чем хирургическое получение биопсии ткани. Ученые протестировали этот метод на моделях глиобластомы мышей и свиней, и в обоих случаях использование микропузырьков значительно увеличило количество цоДНК глиобластомы в кровотоке: в 920 и 270 раз, соответственно. Хотя работа проводилась на животных моделях, команда в настоящее время изучает способы коммерциализации своей запатентованной «сонобиопсии» и начинает подавать заявки на одобрение испытаний на людях.

Онкология

2. Ученые из Испании выяснили, что блокирование рецептора фактора роста нервов (NGFR) резко снижает риск метастазирования меланомы в лимфатические узлы у мышей. Если данные подтвердятся на пациентах, то такой подход станет одним из первых методов лечения метастазов на самых ранних стадиях, когда в процесс еще можно вмешаться. Авторы статьи в Nature Cancer проанализировали участие внеклеточных везикул, секретируемых клетками меланомы, в формировании метастатических ниш в лимфатических узлах на мышиных моделях. Они обнаружили, что внеклеточные везикулы были обогащены рецептором фактора роста нервов и поглощались лимфатическими эндотелиальными клетками, что способствовало метастазированию в лимфатические узлы. Такие везикулы усиливали лимфангиогенез и адгезию опухолвых клеток за счет индукции киназы ERK, активации ядерного фактора NF-kB и экспрессии молекулы внутриклеточной адгезии ICAM-1 в лимфатических эндотелиальных клетках. Ингибирование NGFR уменьшало метастазирование в лимфатические узлы и увеличивало выживаемость в доклинических моделях. На пациентских образцах ученые также показали, что в метастазах в лимфатических узлах экспрессия NGFR была выше, чем в первичных опухолях, а доля NGFR+ метастатических клеток меланомы в лимфатических узлах коррелировала с выживаемостью пациента.

3. В New England Journal of Medicine опубликовали результаты второй фазы клинических исследований бельзутифана на пациентах с наследственной болезнью ГиппеляЛиндау и карциномой почек. У пациентов с болезнью ГиппеляЛиндау повышен риск почечной карциномы из-за инактивации гена VHL и конститутивной активации HIF-2α индуцируемого гипоксией фактора транскрипции. Бельзутифан является низкомолекулярным ингибитором HIF-2α, поэтому он оказался эффективен у пациентов с почечной карциномой на фоне болезни ГиппеляЛиндау. Частота ответа пациентов на лечение составила 49% при среднем периоде наблюдения 21,8 месяца. Кроме того, у 92% пациентов уменьшился размер карциномы. Бельзутифан, первоначально известный как MK-6482, был одобрен FDA 13 августа 2021 года на основании ранее опубликованных результатов исследования и стал первым препаратом для лечения болезни ГиппеляЛиндау. Пациенты с этим заболеванием подвержены высокому риску развития нескольких типов рака, поэтому регистрация нового лекарства коренным образом меняет методы их лечения.

4. Ученые из США продемонстрировали, что агонист ядерного рецептора NR2F1 переводит раковые клетки в состояние покоя и препятствует метастазированию. NR2F1 ядерный рецептор суперсемейства рецепторов стероидных и тиреоидных гормонов. Он эпигенетически подавляется в пролиферирующих раковых клетках и активируется в спящих клетках в модели ксенотрансплантата, полученного от пациента. Агонист NR2F1, названный С26, приводил к увеличению уровней мРНК и белка NR2F1 и запуску программы покоя, что останавливало рост линий клеток человека и органоидов, полученных от пациентов, в 3D-культурах и in vivo. Этот эффект обусловлен именно взаимодействием агониста с рецептором, так как когда NR2F1 был нокаутирован при помощи CRISPR-Cas9, клетки перестали входить в состояние покоя. Секвенирование РНК показало, что С26 влияет на изменения транскриптов, связанных с ингибированием клеточного цикла и передачи сигналов mTOR, подавлением метастазов и индукцией программы пролиферации нервного гребня. У мышей обработка агонистом ингибировала метастазирование ксенотрансплантатов в легких даже после прекращения лечения.

Молекулярная биология

5. Высокая степень консервативности неструктурированных участков белковых цепей указывает на то, что эти области могут нести важные биологические функции: возможно, они участвуют в передаче сигналов, локализации и стабильности белков. Исследователи из Чехии обнаружили, что у взаимодействий N-концевого домена фактора элонгации транскрипции TFIIS (TND) и неструктурированных последовательностей некоторых белков есть биологическая функция. В предыдущих работах они показали, что TND TFIIS работает как место стыковки с небольшими неструктурированными частями белков. Такие части назвали TND-взаимодействующие мотивы (TIM), и в данной работе выяснили, что они присутствуют в таких белках и комплексах, как фактор транскрипции TFIIS, Mediator, комплекс суперэлонгации, элонгин, IWS1, SPT6, фосфатазу PP1-PNUTS, ридерные домены H3K36me3 и др. Мутация в одном TIM в IWS1 индуцировала устойчивые изменения в экспрессии генов и элонгации RNAP2. Этот результат подтверждает важность роли неупорядоченных белковых взаимодействий как ключевых организаторов экспрессии генов и других сложных биологических функций.

Машинное обучение

6. Авторы статьи в Nature из Калифорнийского университета в Сан-Диего продемонстрировали, что мы не знаем и половины происходящего в наших клетках. С помощью машинного обучения они совместили данные, полученные с помощью флуоресцентного мечения белков, и данные масс-спектрометрии и создали единую карту субклеточных компонентов. Карту назвали MuSIC 1.0 — «многомасштабная интегрированная клетка» (multi-scale integrated cell). С ее помощью удалось обнаружить 69 субклеточных систем, примерно половина из которых ранее не была описана. Карта показала ученым процесс сборки прерибосомной РНК и наличие дополнительных факторов, регулирующих созревание рРНК, а также функциональную роль SRRM1 и FAM120C в регуляции хроматина и RPS3A в сплайсинге.

Нейронауки

7. Ученые из Мичиганского университета исследовали механизмы долговременной памяти и обнаружили, что профили РНК нейронов гиппокампа — отдела мозга, играющего ключевую роль в формировании долговременной памяти, — сильно различаются у спящих и лишенных сна после обучения мышей. Предшествующие работы оценивали влияние сна на мРНК в цитозоле нейронов, однако авторы новой статьи показали, что после обучения основные изменения в РНК обнаруживались на рибосомах, связанных с мембранами нейронов. 

Исследователи применили широко используемый биохимический метод разделения фракций, при котором ткань гиппокампа гомогенизируют и центрифугируют для отделения цитозоля от других клеточных компонентов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, клеточная мембрана и др.). Сначала они хотели проверить, изменяется ли транскриптом цитозольной РНК в зависимости от того, спят животные или нет после обучения. Однако на рибосомные транскрипты в цитозоле влияла потеря сна, но не обучение. Ученые решили отсеквенировать еще и «мусорную» фракцию ткани гиппокампа, благодаря чему и получили результаты. Они также обнаружили, что обучение приводит к изменениям в ассоциации длинных некодирующих РНК с нейрональными мембраносвязанными рибосомами. Транскрипты, ассоциированные с метаболизмом и биосинтезом, изменялись в возбужденных нейронах гиппокампа и высокоактивных нейронах, предположительно отвечающих за сохранение информации в памяти. Эти результаты дают новое представление о клеточных механизмах, лежащих в основе обучения.

Фармакология

8. Экспериментальное соединение уменьшило риск осложнений сахарного диабета первого и второго типов у мышей, причем оно снижает не уровень сахара в крови, а гибель клеток, воспаление и повреждение органов. Рецептор конечных продуктов гликирования (RAGE) связывает провоспалительные молекулы, которые в итоге накапливаются в тканях пациентов с диабетом. Исследованные ранее антагонисты RAGE были нацелены на внеклеточные домены этого белка. Они снижают риск осложнений диабета, но тем не менее не блокирует все пути передачи сигналов: например, цитоплазматический хвост RAGE (ctRAGE) связывается с белком Diaphanous-1. Ученые разработали низкомолекулярный антагонист взаимодействия ctRAGE с Diaphanous-1, названный RAGE229. Они убедились, что RAGE229 эффективно подавляет связывание этих молекул in vitro и in vivo. Новое соединение смягчает краткосрочные и долгосрочные осложнения диабета как у самцов, так и у самок мышей без снижения концентрации глюкозы в крови. Также лечение RAGE229 снижает концентрацию провоспалительных биомаркеров TNF-α, IL-6 и CCL2/JE-MCP1 у мышей с диабетом. Авторы статьи продолжают синтезировать молекулы с аналогичной активностью и надеются, что им удастся дойти до клинических испытаний их лекарств.

9. Специальное устройство поможет детектировать передозировку опиоидами и предотвращать смерть инъекцией налоксона. Передозировка опиоидов в немедицинских целях при отсутствии лечения может привести к дыхательной недостаточности, остановке сердца и смерти. Опиоидная токсичность легко устраняется налоксоном, конкурентным антагонистом опиоидных рецепторов, но для этого нужно быстро ввести препарат при симптомах передозировки. Авторы статьи изобрели переносную инъекционную систему с замкнутым контуром, наподобие инсулиновых помп, которая измеряет дыхание с помощью пары акселерометров на теле и вводит налоксон подкожно при обнаружении апноэ. Разработку девайса проводили в два этапа. Сначала 25 участников с расстройствами употребления опиоидов носили датчики, которые собирали данные для разработки дыхательного алгоритма. Первый этап исследования не включал инъекции налоксона. Во втором исследовании 20 участников, не принимающих опиоиды, имитировали случаи передозировки в условиях больницы, выполняя задержку дыхания на 15 секунд. При этом система активировалась и вводила участнику налоксон. Эффективность ее работы оценивали по наличию налоксона в крови добровольцев. Для оценки удобства и безопасности устройства в реальных ситуациях немедицинского употребления нужны дальнейшие исследования, отмечают авторы.

10. Агонист мю-опиоидных рецепторов SR-17018 сохраняет противоболевую эффективность без формирования толерантности и необходимости увеличения дозы при хроническом введении мышам. SR-17018 и родственные соединения являются неконкурентными агонистами рецепторов, то есть при их связывании активный центр все еще доступен для естественных обезболивающих веществ организма. Авторы статьи описали родственное соединение с более сильной аффинностью, которое, подобно опиоидам, вызывает подавление дыхания, однако в более высоких дозах. Но это соединение, SR-14968, оказалось достаточно безопасным, так как побочные эффекты его передозировки легко снимаются налоксоном. Новые соединения были разработаны, чтобы избежать активации бета-аррестинового сигнального каскада, которая приводит к нежелательным эффектам опиоидов: подавлению дыхания, увеличению дозы и передозировке, запорам. Опиоидные препараты остаются незаменимым средством лечения сильной боли, но ввиду распространения побочных эффектов потребность в более безопасных препаратах становится все более насущной.

Омиксные исследования

11. Ученые из США проанализировали регуляцию генов у людей, перешедших с курения на вейп, и поняли, что патологические паттерны регуляции не связаны со стажем курения, а связаны именно с вейпингом. В эксперименте участвовало 82 здоровых взрослых человека, разделенных на три категории: вейперы, курившие или не курившие ранее обычные сигареты; люди, курившие исключительно сигареты; и контрольная некурящая группа. С помощью NGS и биоинформатического анализа данных исследователи провели полногеномный поиск изменений в регуляции генов в клетках крови каждого из участников. Для людей, использующих вейп, они дополнительно выполнили компьютерное моделирование, чтобы определить, связаны ли изменения в регуляции генов с интенсивностью и продолжительностью использования вейпа в настоящем или с интенсивностью и продолжительностью курения сигарет в прошлом. Более 80% нарушений регуляции генов у вейперов коррелировало с интенсивностью и продолжительностью текущего парения, но ни одно из нарушений не коррелировало с показателями предшествующего курения обычных сигарет. В основном пагубный эффект действовал на митохондриальные гены, что подтверждает центральную роль митохондрий как сигнальных органелл, участвующих в воспалительной реакции при курении. (Подробнее на PCR.NEWS.)

12. Анализ вариаций числа копий (CNV) у жителей Дании показал, что некоторые вариации более распространены среди населения и представляют меньший риск психических расстройств, чем считалось ранее. Когорта iPSYCH включает 57 377 человек, родившихся в Дании с мая 1981 г. по декабрь 2005 г., которым были поставлены следующие диагнозы: синдром дефицита внимания и гиперактивность (СДВГ), расстройство аутистического спектра (РАС), биполярное расстройство, большое депрессивное расстройство, эпилепсия или шизофрения, а также 30 000 здоровых людей, родившихся в тот же промежуток времени.

Исследователи идентифицировали 520 делеций и 660 дупликаций, затрагивающих шесть геномных локусов: 1q21.1, 15q11.2, 15q13.3, 16p11.2, 17p12 и 17q12. Делеции в 1q21.1 и 15q13.3 были связаны с повышенным риском большинства психиатрических диагнозов, а дупликация 16p11.2 увеличивала риск РАС, СДВГ и эпилепсии. Делеции 1q21.1 ассоциированы с почти шестикратным повышением риска большого депрессивного расстройства и 17-кратным увеличением риска биполярного расстройства, но только среди мужчин. В то же время делеции 16p11.2 увеличивали риск РАС у женщин, а дупликация в этом локусе увеличивала риск РАС у мужчин. Исследователи назвали это открытие особенно интересным, учитывая значительную разницу в исходных рисках РАС между полами. Анализ показал, что прецизионные подходы в здравоохранении должны быть адаптированы к конкретному CNV, а также к возрасту и полу пациента.

Новости компаний

13. По данным the Guardian, AstraZeneca планирует проводить больше клинических испытаний (КИ) дистанционно, на дому у пациентов, чтобы увеличить разнообразие участников. Компания проводила беседы с пациентами о препятствиях для участия в испытаниях, и многие сообщили, что им сложно приезжать в больницу и проводить там значительное время. В последнее время возникла обеспокоенность по поводу того, что недостаточная представленность различных этнических групп в КИ повлияет на эффективность лекарств и медицинских устройств. Министр здравоохранения Великобритании Саджид Джавид считает, что некоторые устройства, в том числе пульсоксиметры, неодинаково эффективны для различных этнических групп.

14. Компания IndyGeneUS AI заявила о приобретении EncrypGen, владеющей собственной криптовалютой и торговой площадкой для продажи и обмена деидентифицированными генетическими данными. Условия сделки, закрытие которой ожидается в начале следующего года, не разглашаются. Компания EncrypGen сообщает, что более 7000 человек используют платформу, на которой люди могут получать пассивный доход от продажи своей личной генетической информации исследователям. Благодаря этому решаются сразу две задачи: ученые получают геномные данные, необходимые для исследований, а поделившиеся ими люди получают доход.

Добавить в избранное

Вам будет интересно