Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 26 октября — 1 ноября (без коронавируса)

Вирусология

1. Системы адаптации в паре «паразит-хозяин» не устают удивлять исследователей столетиями. Авторы работы в PNAS изучали модулятор иммунного ответа вируса оспы мышевидных грызунов (ECTV), гомологичный рецептору фактора некроза опухолей млекопитающих (vTNFR). Вирусный ортолог vTNFR получил название Crm2. В составе Crm2 есть TNF-связывающий домен. Взаимодействие клеточного TNFR с TNF активирует иммунную систему хозяина, позволяя бороться с патогенами. Однако гиперактивация связки TNF-TNFR приводит к чрезмерному развитию воспалительного процесса, аутоиммунным реакциям и «цитокиновому шторму». Делеция TNF-связывающего домена Crm2 из генома ECTV давала вариант вируса, вызывающий у устойчивой к ECTV линии мышей 100% летальность. При этом 100% мышей этой линии выживает при инфекции вирусом дикого типа. Интересно, что введение мышам, инфицированным мутантным вирусом, антител к TNF, IL-10 и IL-6 повышало их выживаемость. Таким образом, по мнению авторов, Crm2 вируса ECTV обуславливает селекционную адаптацию вируса: патоген обеспечивает свое размножение, но в то же время не убивает животное и практически не ослабляет его, делая более эффективным распространение вируса. Авторы предполагают, что аналогичный механизм присутствует и у вируса натуральной оспы человека.

2. Одно из важных свойств взаимодействия вирусов и летучих мышей состоит в том, что продуктивная вирусная инфекция значительно реже вызывает симптомы заболевания, чем у ряда других животных и человека. Механизм, позволяющий блокировать патологические процессы при вирусной инфекции летучих мышей, оставался неизученным. Авторы исследования, опубликованного в Cell Host and Microbe продемонстрировали, что одним из факторов, снижающих патогенность флавивирусов мышей, является белок RTP4. Этот белок связывается с репликативным комплексом вируса и значительно снижает уровень вирусной репликации. Авторы сравнили ингибиторные способности белков RTP4 различных млекопитающих. Оказалось, что RTP4 подвержен быстрой эволюции, но при этом спектр блокируемых им вирусов значительно варьирует у разных видов. В отношении флавивирусов, например, RTP4 летучих мышей блокирует значительно более широкий спектр патогенов, чем RTP4 человека. По мнению авторов, детальное изучение эволюции RTP4 и механизма блокировки им вирусной репликации позволит значительно углубить понимание процессов взаимодействия вирусов и хозяев-млекопитающих.

Малярия

3. Актомиозин малярийного плазмодия служит «мотором» для инвазии паразита в эритроциты хозяина. Современные данные говорят о том, что миозин паразита двигает нити актина, экспонированные во внеклеточное пространство, что приводит к проникновению плазмодия в клетку. Исследователи, опубликовавшие работу в журнале Plos Pathogens, с помощью мутагенеза разбили активность малярийного миозина на такты, подобные тем, которые существуют в двигателях внутреннего сгорания. Мутации затрагивали критический регуляторный сайт фосфорилирования миозина, выключали легкую цепь белка или удаляли сам миозиновый мотор. Последствия мутагенеза снимали в реальном времени при помощи микроскопии. Мутанты не могли преодолеть различные этапы инвазии, замирая в промежуточном состоянии. Выяснилось наличие трех основных тактов инвазии: деформация эритроцита, инициация промежуточного такта инвазии и завершение интернализации. Описанный механизм инвазии, а также существенные отличия в структуре малярийных и человеческих миозинов, по мнению авторов, могут быть использованы для разработки специфических терапевтических средств, блокирующих проникновение малярийных плазмодиев в эритроциты.

Биохимия

4. Полифосфаты давно известны в качестве постоянного компонента живых систем. Однако роль полифосфатов в организме млекопитающих изучена достаточно слабо. Отчасти это связано с плохой изученностью ферментов млекопитающих, ответственных за метаболизм полифосфатов. Авторы статьи, опубликованной в Cell Reports, экспрессировали в клетках млекопитающих полифосфат-синтетазу PPK из E. сoli. Авторы указывают, что данную систему стоит рассматривать, как искусственную, поскольку полифосфаты в ней не компартментализуются в точности так же, как природные полифосфаты млекопитающих. Тем не менее, результаты работы представляют большой интерес для дальнейших исследваний. В частности, авторы показали, что полифосфаты могут накапливаться в высокой концентрации в различных клеточных компартментах. Суперпродукция полифосфатов привела к значительным изменениям как транскриптома, так и протеома клеток, например, к активации сигнальной трансдукции по оси ERK1/2-EGR1. Накопление полифосфатов приводило к перестройкам ядерных белков и белков цитоскелета, включая мишени неферментативного фосфорилирования лизина. По мнению авторов, новая модель может быть использована в качестве отправной точки для исследований метаболизма полифосфатов в клетках млекопитающих.

Онкология

5. Препарат нифедипин — блокатор кальциевых каналов и относительно слабым антигипертензивным средством, оказался перспективным средством для комплексной терапии опухолей, в частности, рака толстой кишки. Известно, что гиперактивация кальциевых каналов играет важную роль в возникновении и прогрессировании опухолей. Авторы исследования, опубликованного в Cell Reports, показали, что нифедипин ингибирует дефоcфорилирование, активацию и транслокацию в ядро транскрипционного фактора NFAT2. Блокировка NFAT2 вызывает плейотропный эффект: происходит ингибирование транскрипции, приводящей к пролиферации и метастазированию опухолевых клеток. Кроме того, в клетках опухоли ингибируется продукция PD-L1. В то же время в T-лимфоцитах (в частности в CD8+ T-киллерах) ингибирование NFAT2 приводит к подавлению продукции PD-1. Ингибирование системы PD-L1/PD-1 приводит к реактивации противоопухолевого иммунного ответа. По мнению авторов, нифедипин может использоватьяс как непосредственно для противоопухолевой терапии, так и для повышения эффективности действия ингибиторов контрольных точек иммунитета.

6. Развитие резистентности к терапии в опухолевых клетках часто сопровождается повышением их инвазивности, что приводит к метастазированию и ухудшению прогноза. Авторы работы, опубликованной в Nature Communications, показали, что увеличение инвазивности опухолевых клеток, развивших резистентность к радиотерапии, вызвана активацией малой ГТФазы Arl8b, регулирующей лизосомный траффикинг. Связывание Arl8b с ее эффектором, белком SKIP, повышается под действием облучения за счет увеличения уровня экспрессии BORC-субъединиц мультисубъединичного комплекса, регулирующего позиционирование лизосом. Выключение экспрессии BORC или Arl8b снижает уровень лизосомного экзоцитоза и инвазивность клеток, выживших после радиационного облучения. С другой стороны, высокий уровень экспрессии BORC или Arl8b значительно коррелирует с негативным прогнозом у пациентов с опухолями молочных желез. Увеличение продукции BORC под действием радиации зависит от транскрипционного фактора Sp1, который, в свою очередь, регулируеется продуктом гена ATM. В экспериментах in vivo авторы исследования продемонстрировали, что блокировка Arl8b снижает инвазивность, индуцированную радиотерапией, и способность опухоли к формированию дистантных метастаз. По данным авторов исследования, механизм лизосомного траффикинга, зависимый от BORC-Arl8b, можно рассматривать как мишень для повышения эффективности радиотерапии.

Иммунотерапия

7. Новый метод иммунотерапии опухолей предлагают авторы работы, опубликованной в Cell. Исследователи выясняли, может ли противоопухолевый иммунитет быть повышен за счет неспецифической тренировки врожденного иммунитета. Введение модельным мышам известного активатора врожденного иммунитета бета-глюкана, полученного из грибов, вызывало замедление роста опухоли. Этот эффект оказался ассоциирован с транскриптомными и эпигенетическими перестройками гранулопоэза, а также с перепрограммированимем фенотипа нейтрофилов в противоопухолевый. Активация также требовала сигнала, зависимого от интерферонов I типа. При этом перенос нейтрофилов от животных, чей врожденный иммунитет был тренирован введением бета-глюкана, к наивным реципиентам также замедлял рост опухоли с вовлечением в процесс радикалов кислорода, продуцируемых активированными нейтрофилами. Более того, этот эффект наблюдался не только при введении зрелых нейтрофилов, но и при трансплантации костного мозга от тренированных животных к наивным. Авторы считают, что обнаруженный эффект тренировки врожденного иммунитета можно использовать при разработке новых методов иммунотерапии опухолей.

8. Нейтрализация токсинов C. difficile в организме человека представляет собой важнейшую медицинскую задачу. Авторы исследования, опубликованного в Science Translational Medicine, сконструировали штамм пробиотических дрожжей Saccharomyces boulardii, секретирующих тетра-специфичное антитело, которое эффективно нейтрализует клостридиальные токсины TcdA и TcdB. Антителопродуцирующий штамм дрожжей оказался эффективным нейтрализатором инфекции C. difficile как в профилактической, так и в терапевтической мышиных моделях заболевания. Дрожжевая иммунотерапия может проводиться перорально, совместно с антибиотиками, а следовательно может иметь потенциал в качестве профилактического и терапевтического средства от инфекции C. difficile у людей. (Подробнее на PCR.news.)

Иммунология

9. СD8+ Т-клетки центральной памяти (Tcm) осуществляют контроль вторичной инфекции и могут защищать от развития опухолей за счет способности размножаться, дифференцироваться и самообновляться подобно стволовым клеткам. Считается, что центральная Т-клеточная память формируется после уничтожения патогена или патологических клеток организма. При этом клетки центральной памяти образуются в результате де-дифференцировки цитолитических эффекторных клеток. Авторы работы, опубликованной в Immunity, обнаружили редкие СD8+ Т-клетки, находящиеся в эффекторной фазе и экспрессирующие в большом количестве транскрипционный фактор Tcf7(Tcf1). В этих клетках свидетельства их предшествующей цитолитической дифференциации отсутствовали, но при этом они имели ключевые компоненты фенотипа Tcm-клеток. Свойства этих лимфоцитов зависят от продукции Tcf1, который блокирует дифференцировку клеток с высокой экспрессией Tcf7 и поддерживает экспрессию генов, необходимых для поддержания черт стволовых клеток. По мнению исследователей, открытие СD8+ Т-клеток, обладающих характеристиками стволовых клеток в течение эффекторного ответа к острой инфекции, дает новые возможности для разработки вакцин.

Антибиотики

10. В поисках новых антибактериальных препаратов исследователи обращаются к веществам, ранее считавшимся малодоступными для введения в клиническую практику ввиду присутствия значительных побочных эффектов. Однако современные молекулярные и компютерные технологии позволяют превратить и такие молекулы в безопасные антибиотики. Одно из таких веществ —мастопаран-L из яда осы Vespula lewisii. «Дикий» пептид невозможно применять в терапевтических целях: его введение вызывает гемолиз и активацию тучных клеток. Авторы исследования, опубликованного в PNAS, модифицировали пептид путем добавления на его N-конец гидрофобной последовательности FLPII. Этот довесок не повлиял на способность мастопарана вклиниваться в гидрофобные клеточные мембраны, однако значительно повысил специфичность токсина по отношению к бактериальным клеткам. Модифицированный пептид успешно защитил мышей от летальной септицемии, вызываемой различными патогенами. При этом пептид демонстрировал как антибактериальную, так и иммуномодуляторную активность. Последующие модификации блокировали остаточную токсичность пептида по отношению к клеткам человека. По мнению исследователей, разработанная стратегия позволит создавать новые антибиотические препараты.

CRISPR

11. Редактирование генома методом CRISPR должно, по мнению многих исследователей, обеспечить коррекцию генетических ошибок, приводящих с наследственным заболеваниям человека. Для этого редактирование нужно проводить на ранних стадиях эмбрионального развития. Обеспечить на 100% точное редактирование пока не удается, и используемые нуклеазы атакуют геном в нецелевых районах. Однако даже если расщепление ДНК происходит точно в области-мишени, результат может быть различным. Авторы исследования, опубликованного в Cell, изучали результат внесения двухцепоченого разрыва в локус EYS, мутация со сдвигом рамки считывания в котором вызывает слепоту. Наиболее частым результатом репарации было корректное соединение концов разрыва с восстановлением рамки считывания. Тем не менее, около половины разрывов оставались нерепарированными, что приводило к потере одного или обоих плеч хромосомы после митоза. Наблюдались также и нецелевые разрывы, приводящие к потере хромосом или формированию гемизиготных мутаций, возникавших в результате расщепления обеих аллелей. Полученные данные показывают наличие значительных трудностей для безошибочной коррекции мутаций в эмбрионах человека.

Диагностика

12. Медуллобластома является наиболее часто встречаемой опухолью мозга у детей. Гетерогенность опухоли, сложность получения биопсии, а также присутствие диссеминированной опухоли затрудняют диагностику этого типа новообразований. Авторы работы, опубликованной в Nature Communications, показали, что циркулирующая опухолевая ДНК из спинномозговой жидкости воспроизводит генетические изменения, происходящие в теле опухоли. Эти данные позволяют улучшить диагностику и прогнозирование течения заболевания. По ДНК опухоли из спинномозговой жидкости также можно охарактеризовать микрогетерогенность медуллобластомы, определить минимальное остаточное заболевание, эволюцию генома опухоли и характеризовать опухоль при рецидивах. По мнению авторов исследования, циркулирующая в спинномозговой жидкости опухолевая ДНК позволяет осуществлять клинический мониторинг пациентов и разрабатывать терапевтические стратегии, действующие на конкретный вариант опухоли, при минимизации побочных эффектов.

Палеогенетика и палеонтология

13. Следы генома денисовцев обнаруживаются в геноме современного человека, особенно в Тибете, Юго-Восточной Азии и Океании, до настоящего времени образцы ДНК денисовцев были получены только из места их первоначального обнаружения. Китайские исследователи, опубликовавшие работу в Science, ранее проанализировали челюсть, найденную в тибетской пещере на высоте более 3 000 метров. Эту челюсть они отнесли к скелету денисовца на основании аминокислотной замены в коллагене. Однако ученые посчитали это доказательство недостаточным и организовали поиски ДНК в этой пещере. Им удалось выделить митохондриальную ДНК денисовцев в слоях возрастом 100, 60, и 45 тысяч лет. Это первый факт обнаружения древней ДНК денисовцев за пределами Денисовской пещеры, объясняющий присутствие генов денисовцев, в частности, «высокогорного» гена, в геноме жителей Тибета. (Подробнее на PCR.news.)

14. Авторы исследования, опубликованного в PNAS, пролили свет на эволюцию одной из самых интересных особенностей млекопитающих — строение зубов. Предшественники современных млекопитающих развили многокоренные зубы со сложной формой коронок. Анализ ископаемых триасового периода показал, что незадолго до происхождения собственно млекопитающих, маммалиаформы «экспериментировали» со структурой и функцией зубов. Один из наиболее интересных примеров таких экспериментов — зубы харамиид (наиболее ранних из известных травоядных млекопитающих), имевшие два корня у моляров и многочисленные выступы на их коронках, образовавшие два ряда. Авторы новой работы ретроспективно проследили эволюцию зубов харамиид до позднего триаса. По мнению авторов, структура зубов харамиид произошла от паттерна моляров, характерного для морганукодонтов. Результаты биомеханического анализа, проведенного исследователями, показали, что двухкоренные зубы выдерживают механические нагрузки значительно лучше однокоренных. Эти особенности облегчают пережевывание разнообразной по структуре пиши и увеличивают мощность нажима челюстей.

15. Новый филогенетический подход разработали авторы исследования эволюции птерозавров, опубликованного в Nature. Считается, что птерозавры отделились от основной ветви развития динозавров в раннем триасе (около 245 млн. лет назад), однако первые останки обнаруживаются только в позднем триасе, 25 млн. лет спустя. Это затрудняет анализ эволюции полета у птерозавров. Авторы исследования применили биофизические модели полета и филогенетический анализ и показали, что полетные характеристики птерозавров улучшались на протяжении всех 150 млн. лет их существования. Авторы работы не нашли подтверждения гипотезе о том, что с появлением птиц происходили скачкообразные изменения в эволюции птерозавров. Вместе с тем авторы отметили, что одна из групп гигантских птерозавров — аждархиды — эволюционировала иными путями, чем остальные группы ящеров. Наиболее вероятно, что в этой группе происходило уменьшение важности способности к полету как главного адаптивного признака.