Регенерация конечностей у лягушки при помощи носимого биореактора и другие новости недели.

Механизмы развития заболеваний

1. РНК-связывающий белок FUS (fused in sarcoma) ассоциирован с редкими агрессивными формами бокового амиотрофического склероза (БАС) и фронтотемпоральной деменции. Опубликованное в Nature Medicine исследование посвящено механизмам, по которым мутантные формы белка FUSP525L и FUSΔEX14 вызывают нейродегенерацию при БАС, а также новому подходу к терапии. Опыты на мышиной модели показали, что мутантные формы FUS и ассоциированные с ним РНК-связывающие белки нерастворимы и накапливаются в клетке. Компенсировать негативное воздействие на моторные нейроны оказалось возможным при помощи антисмыслового олигонуклеотида ION363, нацеленного на последовательность одного из интронов FUS. ION363 показал дозозависимое воздействие на нейродегенеративные процессы, происходящие при описанной форме БАС. Полученные на мышиной модели результаты были также протестированы на человеке. Пациентка с ювенильной формой БАС (имеющая мутацию FUSP525L) в течение десяти месяцев получала терапию возрастающими дозами ION363, что привело к замедлению процессов дегенерации нейронов. Несмотря на обнадеживающий результат, пациентка скончалась через 18 месяцев после проявления симптомов болезни ввиду осложнений БАС. Однако авторы подчеркивают, что иммуногистохимическое окрашивание посмертно извлеченных тканей ЦНС вкупе с результатами, полученными на мышах, указывают на эффективность ION363 в подавлении экспрессии FUS в ЦНС.

2. Опубликованное в Nature Communications исследование посвящено механизмам, лежащим в основе развития хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Патогенез ХОБЛ включает в себя различные клеточные процессы, приводящие к утрате гомеостаза в альвеолах легких и развитию хронического воспаления. Секвенирование РНК единичных клеток позволило выявить ряд изменений в профилях экспрессии генов в различных клеточных популяциях, входящих в состав легочной ткани пациентов с ХОБЛ. В результате была выявлена субпопуляция клеток альвеолярного эпителия II типа (АТ2), транскриптом которых подтверждает абберантный клеточный метаболизм и снижение устойчивости к стрессу при ХОБЛ. Данные были подтверждены на мышах, подвергнутых длительному (в течение десяти месяцев) регулярному воздействию сигаретным дымом. В ходе анализа было выявлено два кластера АТ2-клеток, один из которых (AT2_B) характеризуется повышенной экспрессией канонических маркеров АТ2. Именно эта субпопуляция клеток при ХОБЛ подвергается изменениям в метаболизме и снижению устойчивости к клеточному стрессу, что подтверждается транскриптомикой.

3. Для туберозного склероза характерен ряд нейрологических и психиатрических симптомов, включая расстройства аутистического спектра, эпилепсию и нарушения умственного развития. С морфологической точки зрения при этом происходит формирование субэпендимальных опухолей и диспластическое поражение коры головного мозга. Принято считать, что туберозный склероз — это генетически обусловленное заболевание, связанное с мутациями в генах TSC1 и TSC2 и потерей гетерозиготности. Но анализ тканей мозга пациентов указывает на утрату гетерозиготности только в опухолях и крайне редко — в участках диспластических поражений. Результаты исследования, опубликованные в Science, указывают на существование другого механизма развития заболевания.

Развитие туберозного склероза изучали на органоидах головного мозга, полученных из тканей пациентов с мутациями в TSC2. Секвенирование РНК единичных клеток и последующий гистологический анализ позволил идентифицировать популяцию клеток-предшественников, из которых формируются новообразования. В этих клетках, названных авторами CLIP (caudal late interneuron progenitor), выявили низкий уровень белков, образующих комплекс с TSC1 и TSC2, что делает эти клетки восприимчивыми к уровню TSC1 и TSC2. Избыточная пролиферация CLIP приводит к формированию новообразований в случаях утраты хотя бы одной копии TSC2. Кроме того, была показана зависимость CLIP от работы рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) — ингибирование EGFR способно вернуть клеткам нормальный фенотип, что, в свою очередь, может послужить основанием для разработки новых терапевтических подходов.

Иммунология

4. Нейтрофилы, участвующие в реакциях врожденного иммунитета, способны при активации формировать внеклеточные нейтрофильные ловушки (NET). Эти структуры состоят из выбрасываемой из клетки ДНК, формирующей сети вокруг нейтрофила. Повышенный уровень внеклеточных нейтрофильных ловушек ассоциирован с аутоиммунными реакциями, ключевую роль в которых также играют Th17 (продуцирующие IL17 Т-хелперы). NET содержат, помимо ДНК, большое количество связанных с ней белков, участвующих в антимикробном ответе. Кроме того, до 70% белков в составе нейтрофильной ловушки составляют гистоны (преимущественно коровые). Новое исследование демонстрирует, как при помощи гистонов в составе внеклеточных нейтрофильных ловушек происходит прямая активация Т-клеток и регуляция дифференцировки Th17. Ключевую роль в этом процессе играет толл-подобный рецептор 2 (TLR2) на поверхности Т-клеток.

Авторы работы провели исследование на in vitro созданных NET, культивируемых совместно с наивными Т-клетками в присутствии цитокинов, направляющих дифференцировку Т-клеток по пути Th17. Присутствие NET усиливало выработку IL-17 дифференцированными Тh17-клетками. Ингибирование гистон-ассоциированной цитотоксичности при помощи β-метилцеллобиозидсульфата продемонстрировало, что важную роль в стимуляции дифференцировки Т-клеток в Th17 играют гистоны в составе NET. Этот результат подтвердили на мышиной модели.

5. Локализованная в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) Е3-убиквитинлигаза TRIM13 (tripartite motif containing 13) участвует в ограничении воспалительного ответа на патогенную ДНК. Ее дефицит в клетках приводит к усилению выработки цитокинов в ответ на патогенную ДНК. Сам ответ обусловлен локализованным в ЭПР стимулятором генов интерферонов (stimulator of interferon genes, STING), который взаимодействует с TRIM13 через трансмембранный домен. Это, в свою очередь, приводит к Lys⁶-полиубиквитинированию STING и последующему росту темпов его деградации. На модельных мышах, нокаутных по TRIM13, было продемонстрировано, что снижение уровня STING в клетке компенсирует эффект дефицита TRIM13 и препятствует усилению ответа клетки на вирусную ДНК.

6. Эндогенные ретровирусы человека составляют до 8% человеческого генома. Большинство из них подвергаются сайленсингу в нормальных клетках, однако в некоторых опухолях они экспрессируются. Ввиду гомологии с чужеродными вирусными агентами и весьма ограниченной экспрессии в здоровых тканях эндогенные ретровирусы могут индуцировать ответ цитотоксических Т-клеток (CTL). Кроме того, продукты экспрессии эндогенных ретровирусов могут выступать в роли антигенов — потенциальных мишеней иммунотерапии рака. Авторы исследования разработали биоинформатический подход, направленный на идентификацию общих CD8⁺ T-клеточных эпитопов, полученных от опухоль-ассоциированных эндогенных ретровирусов. Для дальнейшей работы отобрали шесть кандидатов среди наиболее часто встречающихся общих эпитопов HLA-A2. Иммуногенность этих эпитопов была подтверждена in vitro. Популяция индуцированных CD8⁺ T-клеточных клонов оказалась способна специфично распознавать и элиминировать HLA-A2⁺ опухолевые клетки, презентирующие вирусные эпитопы в составе HLA. Кроме того, специфичные к данным эпитопам CD8⁺ T-клетки были идентифицированы окрашиванием опухоль-инфильтрующих лимфоцитов, полученных от пациентов с HLA-A2⁺ раком груди.

Молекулярная биология

7. Первым этапом репликации в эукариотических клетках является загрузка комплексов МСМ на ориджины репликации. В то же время известно, что генетический материал в клетках обладает разной доступностью для ДНК-связывающих белков — встречаются гетерохроматиновые и эухроматиновые участки. Загрузка МСМ, несмотря на различия в доступности, в норме завершается равномерным распределением МСМ по ориджинам, что позволяет клетке нормально продолжать репликацию. Посвященное динамике данного процесса исследование основано на иммунофлуоресцентной визуализации живых единичных клеток. При помощи данного метода авторы сопоставили относительные скорости загрузки МСМ в эухроматине и гетерохроматине в G1-фазе. Результаты указывают на то, что загрузка МСМ в раннюю G1-фазу происходит быстрее в эухроматине, чем в гетерохроматине. В то же время гетерохроматин «догоняет» эухроматин на средних и поздних этапах G1, что обеспечивает возможность обоим типам хроматина вступать в S-фазу с эквивалентными концентрациями загруженного комплекса МСМ. Кроме того, было показано, что регуляция скорости загрузки МСМ может обеспечиваться модификациями гистонов. Например, глобальное гиперацетилирование гистонов ускорило загрузку МСМ на гетерохроматин в раннюю фазу G1. Также динамика загрузки МСМ на гетерохроматин зависит от гетерохроматин-связывающего белка ORCA, являющегося частью комплекса ORC (origin recognition complex).

Регенеративная медицина

8. В Science Advances было опубликовано исследование, посвященное регенерации ампутированной конечности при помощи носимого биореактора. Модельным организмом в данном случае служила шпорцевая лягушка Xenopus laevis, поскольку ее лимитированные способности к регенерации во взрослом возрасте сходны с таковыми у человека. В то же время способности к регенерации на ранних стадиях развития у лягушек существенно выше. Авторы использовали специальную конструкцию для доставки пяти препаратов, стимулирующих регенерацию тканей (BDNF, гормон роста, резолвин D5, 1,4-DPCA и ретиноевая кислота). Носимый на месте ампутированной конечности биореактор в течение 24 часов высвобождал про-регенеративные препараты. В результате ампутированная конечность отросла, нормальный паттерн тканей и функциональность восстановились. Формирование новой конечности происходило в течение 18 месяцев. Она имела кожу, костную ткань, сосуды и нервы, и сложность ее устройства и функциональность существенно превышали таковые у контрольных животных. В то же время кости пальцев не были полноценно сформированы. Секвенирование РНК формирующихся на ранних этапах восстановления тканей указывает на активацию путей эмбрионального развития, таких как Wnt/β-catenin, TGF-β, hedgehog и Notch.

Внутрибольничные инфекции

9. Ванкомицинрезистентный энтерококк Enterococcus faecium — распространенный внутрибольничный патоген. Наблюдение за динамикой его трансмиссии позволяет принимать своевременные меры. Авторы опубликованной в Nature Communications работы предложили стандартизированный геномный подход для идентификации путей передачи ванкомицинрезистентного энтерококка. Такой метод, как типирование на основе мультилокусных последовательностей (MLST), оказался информативным с точки зрения получения данных о структуре популяции. Но более эффективным для отслеживания путей распространения инфекции, чем традиционный MLST, оказался его вариант, затрагивающий только основной геном (core genome MLST). Анализ расщепленных k-меров (SKA) — еще одна методика, позволяющая выявить пути предполагаемой передачи инфекции, исходя из геномного сходства. На основе протестированных методик авторы публикации предложили оптимизированный и стандартизированный геномный подход для выявления путей трансмиссии ванкомицинрезистентного энтерококка.

Разработка вакцин

10. Заражение вирусом Зика при беременности способно вызывать тяжелые патологии плода. Ведутся разработки вакцины от вируса Зика, одна из задач которых — предотвратить передачу инфекции от матери к плоду и врожденный синдром Зика. Ранее было продемонстрировано, что вакцина на основе очищенного инактивированного вируса Зика защищает от развития лихорадки небеременных мышей и макак-резусов. Новое исследование посвящено эффективности данной вакцины для беременных самок мышей и для мармозеток. Опыты на мышах C57BL/6 показали, что вакцина существенно снижает патологии развития плода, вызванные вирусом Зика. Наблюдалась положительная корреляция между уровнем нейтрализующих антител и степенью защищенности плода. Исследование на мармозетках показало также, что вакцина предотвращает вертикальную передачу вируса Зика от матери к плоду и стимулирует выработку нейтрализующих антител, которые сохраняются на достаточном для формирования иммунитета уровне в течение 18 месяцев.

Транскриптомика

11. Транскриптомное профилирование единичных клеток, проведенное на 181 388 клетках, легло в основу создания атласа сосудов головного мозга взрослого человека. Авторы исследования использовали ткани коры головного мозга, полученные от пациентов, перенесших удаление доли мозга при эпилепсии. На основании паттернов экспрессии были выделены классы сосудистых клеток: клетки эндотелия, перициты, клетки гладкой мускулатуры и периваскулярные фибробласты. Полученный атлас с разрешением на клеточном уровне демонстрирует гетерогенность транскриптомов, лежащую в основе функционирования и взаимодействий клеток сосудов головного мозга. В качестве примера применения атласа авторы исследования определили изменения на клеточном и транскриптомном уровнях при артериовенозной мальформации (АВМ) головного мозга, являющейся наиболее частой причиной инсульта у молодых людей. При этом были идентифицированы патологические изменения эндотелиальных клеток, пространственно ассоциированные с очагом АВМ.

Терапия ВИЧ

12. Одним из существенных препятствий в терапии ВИЧ-инфекции является присутствие зараженных клеток, в которых транскрипция и экспрессия вирусных белков минимальны. У пациентов, получающих антиретровирусную терапию, преимущественные носители инфекции ВИЧ — это CD4⁺ T-клетки, экспрессирующие на своей поверхности PD-1. Выход инфекции из латентной формы позволил бы увеличить распознавание зараженных клеток иммунной системой и тем самым снизить количество инфицированных клеток, персистирующих при антиретровирусной терапии. Исследование на пациентах с ВИЧ показало, что внутривенное введение препарата пембролизумаб, содержащего анти-PD-1 антитела, способно снижать долю латентно зараженных PD-1⁺ CD4⁺ T-клеток. Тридцать два пациента, живущих с ВИЧ инфекцией и раком, каждые три недели получали пембролизумаб в качестве иммунотерапии рака. После первого введения анти-PD-1 антител изменилось количество несплайсированной РНК ВИЧ (увеличилось в 1,32 раза), что свидетельствует об индукции транскрипции. Кроме того, в 1,65 раза возросло количество вирусной РНК в плазме крови. Применение препарата специфичных к PD-1 моноклональных антител, таким образом, способно бороться с латентной инфекцией ВИЧ уже после первой дозы.