Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 29 июня — 5 июля (без коронавируса)

Вакцина из ДНК-оригами, новая формула инсулина, различия мужских и женских нейтрофилов, машинное обучение и диагностика рака, глубокая стимуляция мозга и деменция, редактирование генома гемопоэтических стволовых клеток, чума и положительный отбор, малярийный плазмодий и многое другое.

Художник
Наталья Дюкова

Диагностика

1. Разработан новый эффективный метод диагностики плоскоклеточного рака полости рта (OSCC). Метод основан на использовании нового вида масс-спектрометрии CPSI-MS и машинного обучения. К его несомненным преимуществам можно отнести простоту, скорость и относительную дешевизну при довольно высокой точности: доля правильно классифицированных случаев в выборке из 373 пациентов составила 86,7%. Для диагностики используется слюна пациента, поскольку известно, что при OSCC в слюне меняется концентрация не менее 100 метаболитов. Масс-спектрометрия одного образца занимает меньше минуты, а машинное обучение позволяет предсказать наличие рака по профилю метаболитов в слюне. Авторы статьи надеются, что новый способ заменит существующий «золотой стандарт» диагностики: осмотр ротовой полости и гистопатологическое исследование.

2. В настоящее время процедура выявления вируса полиомиелита в образцах кала и окружающей среды занимает 2–3 недели и включает стадию выделения вируса, ПЦР и секвенирование. Прямая детекция вирусной РНК с помощью ПЦР значительно ускорила бы процедуру, однако обычно при таком подходе снижается чувствительность метода. В Journal of Clinical Microbiology описана методика обнаружения полиовируса с использованием вложенной ПЦР и нанопорового секвенирования. Такой подход позволяет получить результат всего за 3 дня, при этом чувствительность и специфичность процедуры составляют более 90%, в том числе для образцов со смесью вирусных серотипов, что было подтверждено на выборке из 155 образцов кала. По мнению авторов, новый метод можно рассматривать как достойную альтернативу существующему.

Терапия: методы и мишени

3. Разработана новая форма инсулина, пик действия которой достигается через 9 ± 4 минут после приема. Это значительно быстрее, чем может обеспечить коммерческий препарат Humalog: для него время достижения пика составляет 25 ± 10 минут, что недостаточно для поддержания нужного уровня инсулина во время приема пищи. Стадией, лимитирующей скорость растворения инсулина, служит диссоциация его гексамера — формы, в которой инсулин находится в препаратах. В новой работе ученые использовали мономеры инсулина, чтобы улучшить фармакокинетику препарата, однако в растворе мономеры нестабильны и склонны агрегировать. С помощью высокопроизводительного скрининга ученые нашли особый полимерный наполнитель, снижающий уровень агрегации. Крайне быстрая фармакокинетика новой формулы инсулина (UFAL) делает ее перспективным кандидатом для лучшего контроля уровня глюкозы у пациентов с сахарным диабетом.

4. Лице-лопаточно-плечевая мышечная дистрофия (FSHD) — заболевание, лекарства от которого на данный момент не существует. Команда ученых из Канады и США сконцентрировались на гене DUX4, аберрантная экспрессия которого наблюдается в скелетных мышцах при FSHD. Были спроектированы LNA gapmers — одноцепочечные антисмысловые олигонуклеотиды, которые гибридизуются c иРНК DUX4 и вызывают ее деградацию. Ученые провели поиск наиболее специфичных олигонуклеотидов, после чего поставили эксперименты in vitro (на культуре FSHD миобластов) и in vivo (на мышиной модели болезни). В обоих случаях уровень экспрессии DUX4 заметно снижался. Возможно, описанный авторами подход поспособствует созданию лекарства против FSHD.

5. Ученые обнаружили, что ингибирование киназы JNK для лечения стеатоза печени может привести к образованию холангиокарциномы. Стеатоз печени часто наблюдается у людей с ожирением, он развивается из-за гиперактивности JNK-киназы, которая обсулавливает инсулинорезистентность гепатоцитов и ингибирует транскрипционный фактор PPARα. При ингибировании JNK стеатоз действительно не развивается. Однако эксперименты на мышах показали, что долгосрочное ингибирование JNK имеет многочисленные нежелательные эффекты, такие как нарушение метаболизма холестерола, а также синтеза, конъюгации и транспорта желчных кислот, что в итоге приводит к пролиферации холангиоцитов и даже образованию холангиокарциномы — злокачественной опухоли желчных протоков печени. Поэтому использовать такой способ лечения стеатоза печени следует крайне осторожно.

6. Патогенез расстройств аутистического спектра (ASD) изучен недостаточно хорошо: известно только, что происходит активация микроглии. Авторы статьи, опубликованной в PNAS, ранее показали, что в сыворотке крови детей с ASD повышено содержание пептида нейротензина (NT), активирующего микроглию. В новой работе они обнаружили, что интерлейкин IL-38 ингибирует NT-опосредованную секрецию провоспалительных молекул IL-1β и CXCL8. Причем эффект от IL-38 сильнее эффекта от IL-37 — интерлейкина, противовоспалительное действие которого было продемонстрировано ранее. Экспрессия генов IL-38 и его рецептора в миндалине пациентов с ASD снижена. При этом в сыворотке крови детей с ASD наблюдается повышенной содержание IL-38. Полученные данные позволяют предположить, что регулирование активности IL-38 может помочь в борьбе с ASD.

Иммунология

7. Активация антиген-специфичных B-клеток — цель любой вакцины. Однако тонкости механизма активации оставались неизученными, что затрудняло дизайн вакцин. Ученые из США детально проанализировали влияние различных структурных параметров вакцин с помощью технологии ДНК-оригами, используя ДНК-наночастицы, несущие домен eOD-GT8 гликопротеина-120 ВИЧ-1. Оказалось, что реакция В-клеток максимальна при активации вирусоподобными частицами диаметром 40 нм с пятью молекулами антигенов. При более близком расположении антигенов активация была не столь эффективна. Сама частица должна быть достаточно прочной, чтобы поддерживать оптимальное расстояние между антигенами. Таким образом, авторам удалось выявить основные принципы создания эффективной вакцины.

8. Обнаружены транскрипционные факторы, критически важные для дифференциации B-клеток памяти. Такие клетки служат основой адаптивного иммунитета, однако конкретные механизмы их работы пока неизвестны. Американские ученые с помощью секвенирования РНК единичных клеток выделили В-клетки герминативного центра, дифференцирующиеся в В-клетки памяти. Скрининг с помощью CRISPR-Cas9 показал, что важнейшими белками в этом процессе являются транскрипционные факторы Hhex (белок гомеобокса) и взаимодействующий с ним корепрессор Tle3. Были выявлены и другие важные белки, функционирование которых связано с Hhex. Понимание механизмов дифференцировки В-клеток памяти облегчит создание препаратов, вызывающих долгосрочный иммунитет.

9. Ранее ученые из Национальных институтов здоровья (США) определили, что доля незрелых нейтрофилов у мужчин выше, чем у женщин. В новой работе, опубликованной в PNAS, та же команда с помощью РНК-секвенирования показала, что в женских нейтрофилах повышена экспрессия генов, стимулируемых интерфероном первого типа (IFN I). Такие гиперчувствительные к IFN I нейтрофилы обуславливали усиленный ответ на антигены к Toll-подобным рецепторам. Анализ нейтрофилов мужчин с синдромом Клайнфельтера (анеуплоидия типа 47, XXY) показал, что различие объясняется не копийностью Х-хромосомы, а половыми гормонами: например, эстрадиол способен менять метаболизм нейтрофилов, и при его добавлении мужские нейтрофилы становятся похожими на женские. Эта работа вносит важный вклад в понимание механизмов, определяющих различия между мужским и женским иммунитетом.

Редактирование генома

10. Ученые добились существенного повышения эффективности редактирования генома гемопоэтических стволовых клеток (HSC). Раньше этому препятствовали две важнейшие проблемы: во-первых, в HSC весьма ограниченно идет репарация по механизму гомологичной рекомбинации (HDR), а во-вторых, неизвестно влияние редактирования на дальнейший клональный состав клеток-потомков. С помощью баркодирования и отслеживания модифицированных клеток было показано, что при редактировании активируется фактор p53, а разнообразие клонов уменьшается. При временном ингибировании p53 разнообразие клонов восстанавливалось. Усилить HDR-репарацию удалось с помощью ускорения клеточного цикла и дополнительной активации ферментов HDR путем временной экспрессии аденовирусного белка E4orf6/7. Итоговый протокол позволил достичь пятидесятипроцентной эффективности редактирования HSC, что значительно расширяет возможности применения данной процедуры, в том числе для лечения некоторых заболеваний.

Неврология

11. В настоящее время неизвестно, чем объясняется главная особенность болезни Альцгеймера — избирательная гибель нейронов. Для изучения этого вопроса необходим метод, позволяющий отличать погибающие нейроны от их соседей. Такой метод разработали ученые из США, взяв за основу технологию bacTRAP. Технология дает возможность с высокой точностью определять молекулярные профили разных типов нейронов. Сравнение мышиной модели болезни и геномных данных о постмортальных образцах от пациентов позволило установить, что на молекулярном уровне разделение нейронов на погибающие и устойчивые к болезни имеет большое сходство у мышей и людей. Наблюдая за мышами на протяжении их жизни, ученые обнаружили гены и молекулярные пути, присущие погибающим нейронам. Исследование позволило установить многочисленные межмолекулярные связи, в том числе взаимоотношения между маркерами болезни (бета-амилоидными бляшками и агрегатами тау-белка) и старением.

12. Глубокая стимуляция субталамического ядра для лечения болезни Паркинсона не повышает риск развития деменции. К такому выводу пришла международная команда исследователей, изучив данные 175 пациентов со средним возрастом 56 лет. Ранее было показано, что для пациентов с прогрессирующей болезнью Паркинсона глубокая стимуляция эффективнее лекарств. Однако было не до конца ясно, повышает ли такое лечение риск развития деменции. Ученые проанализировали частоту возникновения деменции у пациентов, которым вживили имплантаты для глубокой стимуляции. Оказалось, что у них деменция развивалась не чаще, чем в целом у пациентов с болезнью Паркинсона. Это открытие, вероятно, приведет к более широкому распространению глубокой стимуляции как средства для лечения болезни Паркинсона.

13. Нашли способ лечения болезни Пелицеуса-Мерцбахера (PMD) — неврологического расстройства, которое возникает из-за мутаций в гене белка PLP1 и приводит к тяжелой двигательной и когнитивной дисфункции у детей. При этом заболевании нарушена миелинизация нейронов, однако ученым из США удалось ее восстановить подавлением экспрессии PLP1 с помощью CRISPR-Cas9 в клетках зародышевой линии модельных мышей. Более того, использование антисмысловых к иРНК PLP1 олигонуклеотидов помогло восстановить число олигодендроцитов, миелинизацию и двигательную активность, а также увеличить продолжительность жизни мышей уже после их рождения. Ученые считают, что подавление экспрессии PLP1 — перспективное направление для разработки лекарств против PMD. Продемонстрированная возможность доставки антисмысловых олигонуклеотидов к олигодендроцитам in vivo открывает новые возможности для лечения и других болезней, связанных с нарушением миелинизации.

Инфекционные заболевания

14. Некоторые мутации в гене MEFV, который кодирует один из белков инфламмасомы — пирин, становятся причиной семейной средиземноморской лихорадки (FMF). Однако, изучив геномы 2 313 турок, ученые обнаружили общий гаплотип, окружающий такие мутации, что свидетельствует об их положительном отборе. Причем два варианта FMF-ассоциированных мутаций возникли независимо друг от друга более 1 800 лет назад. Мутантный пирин хуже связывается с вирулентным фактором YopM чумной палочки, из-за чего ослабляется YopM-индуцируемое ингибирование интерлейкина IL-1β. Эксперимент на мышах подтвердил, что у животных с мутантным FMF-ассоциированным MEFV выше выживаемость при заражении Yersinia pestis. Таким образом, в средиземноморских популяциях мутации MEFV находились под давлением положительного отбора, так как обеспечивали резистентность к чумной палочке.

15. Одна из задач, которую приходится решать малярийному плазмодию, — обезвреживание гемоглобина, высвобождающегося в больших количествах из погибающих эритроцитов на определенной стадии жизненного цикла паразита. Для этого плазмодий кристаллизует гемоглобин в его инертную форму — гемозоин. Ученые показали, что главную роль в этом процессе у Plasmodium berghei и Plasmodium falciparum (паразитов грызунов и человека соответственно) играет один из белков семейства липокалинов — PV5. Его дисфункция приводит к нарушению образования кристаллов, а также к повышению чувствительности P. berghei к противомалярийным препаратам (артесунату, хлорохину и атовакуону).
Добавить в избранное

Вам будет интересно