Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 25–31 мая (без коронавируса)

Рецептор вируса гепатита А и его необычный путь в клетку, миелома и разрушение кости, мозг в микрофлюидной камере, кроссинговер половых хромосом, микробиом опухолей, продвинутая МРТ, сердечная миниткань, новое о борьбе вируса с CRISPR и многое другое.

Художник:
Наталья Дюкова

Диагностика

1. Воспаление суставов может быть симптомом нескольких заболеваний: ревматоидного артрита, системной красной волчанки, спондилоартропатии, псориатического артрита или подагры. Авторы статьи в Science Translational Medicine предложили метод G-PROB, с помощью которого на основании генетических данных можно предсказать вероятность развития того или иного заболевания у пациента с воспалением. За основу они взяли уже известные SNP и варианты HLA, ассоциированные с риском развития патологий. Исследователи проверили метод на трех выборках пациентов. Для каждого пациента удалось исключить хотя бы одно заболевание. В половине случаев наиболее вероятный диагноз был определен с 64%-ной прогностической ценностью, а в 35% случаев исходный клинический диагноз оказался неверным. Подобный способ предсказания можно использовать в других областях, где встречаются заболевания со сходными симптомами: эндокринологии, пульмонологии и кардиологии.

2. Для успешной терапии сепсиса и септического шока важно быстро определить тип бактерии и реакцию иммунной системы пациента. Американские исследователи разработали чувствительный метод, определяющий тип бактерий (грамположительная или грамотрицательная), наличие гена blaTEM (устойчивость к β-лактамным антибиотикам), уровень бактериальной ДНК и провоспалительных цитокинов IL-6 и TNF-α в образце. Метод представляет собой цифровой PLA, в котором результаты амплификации анализируют с помощью цифровой капельной ПЦР. Используя два флуоресцентных маркера, авторы смогли определить концентрацию и цитокинов, и ДНК – по интенсивности цвета капель. Результаты, опубликованные в Nature Communications, показывают, что важна не исходная концентрация молекул в плазме крови пациентов с септическим шоком, а изменение их уровня с течением времени. Анализ предсказал исход шока с точностью выше 90%.

3. В Nature Nanotechnology вышла статья, авторы которой модифицировали привычную визуализацию опухолей на МРТ с помощью наночастиц. Они использовали эффект зависимой от расстояния магнитно-резонансной настройки. Для этого они взяли два вида частиц — хелатированный феофорбидом а марганец (парамагнетик) и оксид железа (суперпарамагнетик) — и поместили их в липидные мицеллы, раскрывающиеся при взаимодействии с биомаркером (в основном использовали реакцию дисульфид-глутатион). В мицеллах частицы находятся близко друг другу и взаимно гасят сигнал, при попадании в раковую клетку с биомаркером мицеллы распадаются, частицы отдаляются и продуцируют сигнал. Авторы проверили работу системы на опухолевых клетках и мышах с внутричерепными опухолями. У животных им удалось визуализировать опухоли на ранней стадии (средний размер 0,75 мм3).

Онкология

4. У людей экспрессируется один из трех вариантов гена гликопротеина APOE. Эти варианты либо снижают, либо повышают развития болезни Альцгеймера или атеросклероза. Исследователи из Нью-Йорка показали, что варианты APOE также по-разному влияют на прогрессию меланомы. У линии мышей с человеческим APOE4 (этот вариант гена — значимый фактор риска позднего начала болезни Альцгеймера) прогрессия и метастазирование опухоли были снижены в сравнении с APOE2. Авторы статьи в Nature Medicine с помощью антител к рецепторам остановили работу Т-клеток и подтвердили, что у мышей с APOE4 был усилен противоопухолевый иммунитет. У пациентов с меланомой и APOE4 лучше выживаемость. Таким образом, вариант APOE может служить биомаркером для определения риска развития метастаз и подбора терапии.

5. Опухоли мозга могут быть первичными (глиомы) либо вторичными (метастазы других опухолей). Эти два типа по-разному отвечают на иммунотерапию. Швейцарские исследователи сравнили разнообразие иммунных клеток в микроокружении обоих типов опухолей мозга пациентов с контрольными образцами. Для этого они использовали масс-цитометрию отдельных клеток с 74 параметрами. В микроокружении глиом в основном присутствовали резидентные макрофаги мозга — микроглия, а в опухолях из метастазов — проникающие из крови лимфоциты и макрофаги. Также в случае метастазов у Т-клеток наблюдались маркеры активации и усталости. По мнению авторов статьи в Cell, эти данные можно использовать для разработки таргетной иммунотерапии.

6. В Science вышло масштабное исследование микробиома опухолей. Авторы статьи проанализировали 1526 образцов семи типов опухолей и прилежащих тканей. Они выявляли бактериальные ДНК, РНК и компоненты клеточных стенок, проверяли жизнеспособность микроорганизмов высеванием на культуральные чашки. На микроскопическом уровне показали, что большинство бактерий находилось внутри клеток, как раковых, так и иммунных. Секвенирование гена 16S рРНК определили представленность видов: наиболее разнообразным оказался видовой состав опухолей молочной железы. Интересно, что для каждого типа опухоли характерны определенные рода, что скорее всего связано с метаболизмом клеток. Например, микробиом немелкоклеточного рака легких курильщиков отличался от такового некурящих: он включал бактерий, способных перерабатывать компоненты сигаретного дыма. Возможно, манипуляции с микробиомом будут использовать для терапии опухолей.

7. У пациентов с множественной миеломой происходит разрушение костей: миеломные клетки тормозят развитие остеобластов — предшественников остеоцитов — из мезенхимальных стволовых клеток (МСК). В Science Signaling вышла статья, объясняющая этот процесс. Авторы совместно культивировали миеломные клетки с МСК, анализировали экспрессию генов с помощью секвенирования РНК отдельных клеток. В таких условиях МСК начинали развиваться в адипоциты — не в остеобласты. Оказалось, что для этого важен контакт клеток — интегрин α4 на поверхности раковых клеток взаимодействует с VCAM1 МСК и запускает каскад. Он в свою очередь ингибирует фермент MURF1, который в норме активирует протеолиз транскрипционного фактора PPARγ2. Так, в МСК становится больше PPARγ2, активирующего гены адипогенеза. Авторы проверили модель in vivo: имплантировали МСК и МСК с раковыми клетками под кожу мышам на правый и левый бок. С левой стороны у мышей снижалась плотность костной ткани.

Модельные миниорганы

8. Кардиомиоциты, получаемые из человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (чиПСК), больше похожи на эмбриональные, чем на кардиомиоциты взрослого сердца. Исследователи, опубликовавшие статью в Cell Stem Cell, получали из чиПСК кардиомиоциты, сердечные эндотелиальные клетки и фибробласты и, комбинируя их, создавали сердечную микроткань (без каркаса). В такой ткани кардиомиоциты были структурно и функционально более зрелыми. Оказалось, за это отвечают сердечные фибробласты — они образуют щелевые контакты с кардиомиоцитами из белка коннексина 43, что запускает сигнальный каскад цАМФ. Кожные фибробласты или сердечные с выключенным коннексином не способствовали созреванию. Также авторы смоделировали на микроткани заболевание человека: они получили фибробласты из чиПСК пациентов с аритмогенной кардиомиопатией. При высоких частотах стимуляции такая ткань сокращалась аритмично.

9. На модельных организмах показано, что после замыкания нервной трубки за формирование структур переднезадней оси (передний, средний, задний и спинной мозг) отвечает градиент сигнального пути Wnt. Для изучения ранних этапов развития мозга человека исследователи воссоздали этот градиент в микрофлюидной камере, в которую сажали человеческие эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Уже через 24 часа после посадки клетки экспрессировали гены, характерные для структур переднезадней оси, через две недели в ткани формировалась граница между средним и задним мозгом. Авторы статьи в Nature Biotechnology проанализировали экспрессию генов с помощью секвенирования РНК отдельных клеток на разных этапах и в разных участках ткани: паттерн экспрессии совпадал с таковым в нейральной пластинке мышиных эмбрионов.

Генетика и молекулярная биология

10. В мейозе между гомологичными хромосомами происходит обмен участками — кроссинговер, при этом образуется в среднем один разрыв на 10 миллионов пар оснований. У половых X- и Y-хромосом плацентарных млекопитающих есть небольшой — 700 тысяч пар — участок гомологии (псевдоаутосомный участок – PAR), где разрывы тоже должны происходить. Авторы статьи в Nature показали механизм, увеличивающий вероятность разрывов в PAR в сперматоцитах мышей. Так, в этом регионе содержатся минисателлитные повторы mo-2, которые рекрутируют стимулирующие разрывы факторы. Структура участка меняется: хромосомная ось удлиняется (петли становятся меньше), сестринские хроматиды отдаляются друг от друга. Исследователи также предложили объяснение тому, что в ооцитах, половые хромосомы которых полностью гомологичны и кроссинговер в которых происходит так же, как в соматических хромосомах, разрывы в PAR намного реже.

11. CRISPR — форма противовирусного иммунитета бактерий. Однако вирусы способны обходить эту систему. Американские исследователи секвенировали геном листериофага и обнаружили, что он кодирует белок AcrVIA1 — ингибитор Cas13a бактерии-хозяина Listeria seeligeri. Биохимические эксперименты показали, что ингибитор не дает Cas13a связывать ее РНК-мишень. Изучение структуры Cas13a в комплексе с AcrVIA1 с помощью криоэлектронной микроскопии подтвердило, что последний напрямую связывается с гидовой РНК – то есть физически экранирует комплекс от таргетной РНК. Для выключения иммунитета бактерии достаточно инфицирования клетки лишь одним вирионом. Подобную систему можно использовать для контроля работы Cas13a в эукариотических клетках. Результаты опубликованы в Science.

12. МикроРНК и белок Ago2 в составе комплекса RISC связываются с матричной РНК и останавливают ее трансляцию. Исследователи, статья которых вышла в Nature, изучили конформационные изменения связанных микроРНК и мРНК с помощью ядерно-магнитного резонанса и компьютерного моделирования на примере miR-34a, которая останавливает синтез белка Sirt1, в свою очередь ингибирующего работу p53. На 5’-конце микроРНК находится затравочный регион. Оказалось, что микроРНК-мРНК существует в двух формах: основной, в которой этот участок содержит пять связанных пар, и возбужденной, более стабильной, так как появляются две дополнительные пары. При переходе из первой, более вероятной формы во вторую у комплекса меняется конформация (петли микроРНК сближаются) и он стимулирует работу Ago2. Стабилизация возбужденной формы усиливает ингибирование целевой мРНК, что в случае p53 может останавливать опухолевую трансформацию клеток.

Инфекционные заболевания

13. Вирус гепатита А существует в двух формах: с липидной оболочкой, полученной от клеток хозяина, или без. До сих пор было не ясно, какая молекула является клеточным рецептором вируса. Авторы статьи в Nature Microbiology с помощью CRISPR проанализировали почти 20000 генов и показали, что для проникновения вируса в клетку важны ферменты, синтезирующие ганглиозиды — гликосфинголипиды, в частности, глюкозилцерамидсинтаза. При нокауте гена этого фермента в клетках оба типа вирионов проникали в них путем эндоцитоза, но застревали в лизосомах. Добавление ганглиозидов к таким клеткам провоцировало разборку вирусного капсида и проникновение его РНК в цитоплазму. (О роли глюкозилцерамидсинтазы в инфекции SARS-CoV-2 см. на PCR.news.)

Неврология

14. На животных моделях с человеческим бета-амилоидом было показано, что он стимулирует распространение патологии тау-белка через клеточные контакты. Авторы статьи в Nature Communications изучили это явление у людей. Они симулировали распространение тау из энторинальной коры и сравнили полученные паттерны с полученными с помощью ПЭТ здоровых людей и пациентов с болезнью Альцгеймера. Результаты моделирования соотносились с данными ПЭТ даже при отсутствии бета-амилоида — распространение тау характерно и для нормального старения. Хорошо связанные между собой области мозга с большей вероятностью подвергались воздействию белка, подтверждая, что его передача происходит через контакты нейронов, а не внеклеточное пространство. Присутствие бета-амилоида, тем не менее, ускорило описанный процесс.

Добавить в избранное

Вам будет интересно