Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 26 ноября — 2 декабря

Новости нейробиологии

1. Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) — распространенное психическое расстройство у детей и подростков, обусловленное комбинацией наследственных факторов и условий окружающей среды. Международная группа ученых провела полногеномный поиск ассоциаций у десятков тысяч индивидов и определила 12 участков генома, связанных с предрасположенностью к развитию СДВГ. Некоторые из участков отвечают за экспрессию генов в мозге, например, ген FOXP2, участвующий в формировании синапсов и обучении. Исследование опубликовано в Nature Genetics.
2. Для диагностики доброкачественной эпилепсии с центрально-височными пиками у детей врач анализирует снимки МРТ и фМРТ, однако такая диагностика не всегда точна. Авторы работы, результаты которой опубликованы в IET Computer Vision, разработали нейронную сеть с глубоким обучением, способную более эффективно диагностировать доброкачественную эпилепсию с помощью анализа изображений МРТ и фМРТ.
3. Восстановление двигательной и дыхательной активности после травм спинного мозга маловероятно. Авторы статьи, опубликованной в Nature Communications, вернули крысам с разрезом шейного отдела спинного мозга возможность самостоятельного дыхания. Они вводили животным фермент хондроитиназу ABC, разрезающую хондроитинсульфат-протеогликаны — вещества матрикса центральной нервной системы, препятствующие росту аксонов. При этом у крыс восстанавливалась функция диафрагмы, и чем больше времени проходило между травмой и инъекцией, тем лучше был результат. Таким образом, впервые было продемонстрировано восстановление моторной активности через продолжительное время после травмы (более года).
4. Несмотря на морфологическое сходство, клетки мозга мышей и человека одинаковых типов экспрессируют разные гены. Ученые из США это подтвердили, выделяя при помощи специфических антител ядра клеток мозга разных типов и определяя в них активность генов методом ATAC-seq. Исследование таким методом образцов человеческого мозга показало различие транскрипционного профиля клеток мозга одного типа у людей разного возраста, пола. Статья опубликована в eLife.
5. Для эффективной постэкспозиционной профилактики прионных заболеваний важно понимать, каким образом прионы попадают в мозг. Авторы исследования, опубликованного в PLOS Pathogens, изучили роль гематоэнцефалического барьера в прионной инфекции, проанализировав ее течение у мышей с нарушением проницаемости ГЭБ. Оказалось, что эта проницаемость не влияет на развитие прионного заболевания.

Молекулы, опухоли и клетки

6. В Nature Medicine опубликована статья, раскрывающая молекулярный механизм появления устойчивости аденокарциномы легкого к лечению ингибиторами EGFR (Epidermal growth factor receptor), которые должны вызывать апоптоз клеток опухоли. Оказалось, что со временем в опухоли благодаря белку TPX2 (targeting protein for Xklp2) начинает активироваться киназа Aurora A, тормозящая апоптоз. Совместное использование ингибиторов EGFR и киназы Aurora A привело к гибели клеток.
7. Последствия инактивации белка pRB — супрессора опухолей — зависят от типа клеток. Американские исследователи провели секвенирование РНК каждой клетки развивающегося глаза дрозофилы с помощью технологии Drop-seq. Далее они проанализировали влияние мутации в гене RB на разные типы клеток и определили популяцию клеток, в которых эта мутация вызвала изменения в метаболизме, вызывающим апоптоз. Это исследование показывает возможность применения методики секвенирования РНК отдельных клеток для анализа мутантных фенотипов, а также проливает свет на причины озлокачествления клеток с мутацией в RB.
8. Плацента определяет судьбу плода и влияет на организм матери. Изучать нарушения ее работы сложно, поскольку у животных она формируется не так, как у человека. Группа исследователей из Кембриджского университета много лет занимается этой проблемой, и сейчас в Nature вышла статья, в которой они описали способ получения мини-плацент — структур, подобных ворсинам хориона (которыми эмбрион прикрепляется к стенке матки), растущих in vitro. В прошлом году эта группа вырастила in vitro модель эпителия матки. Теперь появилась возможность изучать на модельном объекте взаимодействие эмбриона со стенкой матки на ранних этапах беременности, заболевания, приводящие к нарушениям этого процесса, а также влияние различных препаратов на формирование и работу плаценты.
9. Гемопоэтические стволовые клетки живут не только в костном мозге, но и в кишечнике. Ученые в течение 5 лет анализировали образцы крови 21 пациента после пересадки кишечника и опубликовали результаты в Cell Stem Cell. Оказалось, что клетки в крови реципиентов произошли от стволовых клеток, попавших в их организм после пересадки. При этом донорские Т-клетки прошли отбор в лимфоидных органах реципиента, приобретя толерантность. Вероятно также, что присутствие гемопоэтических в трансплантате способствует остановке отторжения, — обычно это достигается приемом иммуносупрессоров.
10. Молекулярные механизмы регулирования метаболизма клеток при репарации повреждений изучены плохо. Авторы статьи, опубликованной в Nature, рассмотрели способность клеток проксимальных канальцев почек использовать глюкозу не для гликолиза и получения энергии, а для репарации. Оказалось, что для этого нужно ингибировать фермент PKM2, присоединяя к нему молекулу оксида азота. Фармакологическое воздействие на PKM2 потенциально способно предотвратить развитие заболеваний почек и других органов.
11. Описание молекулярных механизмов апоптоза до сих пор остается актуальным. Австралийские исследователи показали, что белок VDAC2, формирующий ионный канал на внешней мембране митохондрий, необходим для осуществления апоптоза посредством белка BAX, а вот похожий на него белок BAK, другой важный медиатор апоптоза, действует независимо от VDAC2. Эта информация актуальна для разработки терапии, с тех случаях, когда апоптоз клеток осуществляется преимущественно через BAX, или при изучении причин формирования резистентности опухолевых клеток к запускающим апоптоз препаратам. Работа опубликована в Nature Communications.
12. Иммунные клетки могут не только атаковать опухолевые, но и помогать им. Исследователи, чья статья вышла в Cell Reports, описали молекулярный механизм перехода макрофагов на сторону опухоли. Так, клетки некоторых опухолей активно синтезируют белок PAI-1, который вызывает миграции моноцитов в опухолевое окружение и их поляризацию — созревание до стадии макрофагов. Эти макрофаги впоследствии защищают опухоль, например, от воздействия химиотерапевтического препарата.

Новые способы диагностики

13. Медицинские назначения при пневмонии зависят от ее природы, однако идентификация возбудителя занимает несколько дней. Для определения типа инфекции ученые из MIT применили ранее разработанный метод диагностики. Он заключается во введении в организм наночастиц, окруженных специфическими пептидами, которые разрезаются протеазами, выделяемыми нужными клетками или бактериями (например, в случае вызывающей пневмонию Pseudomonas aeruginosa это протеаза LasA). Далее измененные наночастицы выделяются с мочой, где их можно проанализировать. Исследователи показали, что метод также позволяет определить эффективность антибиотикотерапии пневмонии. Статья опубликована в EBioMedicine.
14. В крови постоянно циркулируют молекулы ДНК погибших в разных тканях клеток. Авторы исследования, опубликованного в Nature Communications, разработали метод установления принадлежности свободной ДНК типу клеток и ткани на основе профиля ее метилирования. Они определили источники свободной ДНК крови в норме (большая часть — из клеток крови) и при различных патологиях, например, в случае сепсиса и различных вариантов рака. Метод можно будет использовать для диагностики заболеваний или определения местонахождения опухолей в организме.

Щепотка CRISPR

15. Технология CRISPR/Cas используется как для фундаментальных исследований, так и для редактирования генома различных объектов. Иногда система CRISPR/Cas совершает ошибки и режет ДНК в неправильном месте. Авторы статьи, опубликованной в Cell, исследовали конформационные изменения белка Cas12a во время взаимодействия с ДНК при помощи криоэлектронной и FRET-микроскопии. Оказалось, что неспецифическое разрезание ДНК обусловлено изменением конформации белка, в частности — положением R-петли. За правильную ориентацию R-петли отвечают гайд-РНК, направляющие белок на путь истинный.
16. Нельзя не упомянуть нашумевшее заявление китайского ученого Цзянькуя Хэ о рождении первых генномодифицированных людей. При помощи методики CRISPR/Cas9 он отредактировал ген рецептора, через который ВИЧ проникает в клетку, в зиготах, впоследствии подсаженных женщине. 28 ноября ученый выступил с докладом на саммите по редактированию генома человека в Гонконге, где рассказал о технических деталях проекта. Стоит отметить, что рецензированной статьи, опубликованной в журнале, с результатами экспериментов пока нет.