Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 8–14 марта (без коронавируса)

Вирусы

1. Работа американских исследователей, представленная в PNAS, посвящена новым транскрипционным факторам, контролирующим репликацию вирусов ВИЧ-1 и ВИЧ-2. С помощью одногибридной дрожжевой системы авторы выявили 42 транскрипционных факторов человека и 85 белков человека, взаимодействующих с длинными концевыми повторами ВИЧ-1 и ВИЧ-2. Анализ транскрипционной активности на клеточных моделях инфекции показал, что транскрипционные факторы KLF2 и KLF3 подавляют транскрипцию ВИЧ-1 и ВИЧ-2 в CD4+ Т-клетках, тогда как белок PLAGL1 активирует транскрипцию ВИЧ-2. Понимание механизмов, контролирующих экспрессию ВИЧ, дает новое представление о репликации, латентности и патогенезе инфекции.

2. Как сообщает Nature Communications, исследователи из Принстонского университета определили клеточные белки, необходимые для образования ковалентно замкнутой кольцевой ДНК вируса гепатита В (cccDNA). Именно cccDNA считается основной причиной хронической инфекции. Авторы показали, что в репарации повреждений положительной и отрицательной цепей расслабленной кольцевой ДНК (rcDNA) вируса участвует разный набор факторов репарации человека. Репарация положительной цепи напоминает синтез запаздывающей цепи ДНК и требует ядерного антигена PCNA, фактора репликации RFC, ДНК-полимеразы POLδ, эндонуклеазы FEN-1 и ДНК-лигазы LIG1. Для репарации отрицательной цепи достаточно эндонуклеазы FEN-1 и ДНК-лигазы LIG1. Полученные результаты открывают дверь к глубокому пониманию того, как вирус гепатита В человека сохраняет устойчивость в клетках.

Клеточная биология

3. Исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, демонстрирует роль образования внутриклеточных белковых компартментов в регуляции передачи молекулярных сигналов внутри клетки. Использование разделения жидких фаз (liquid–liquid phase separation) позволило обнаружить, что белок DACT1 в ответ на стимуляцию цитокином TGFβ образует конденсаты в цитоплазме, которые ингибируют передачу сигналов пути Wnt. Такие конденсаты не локализуются в каких-либо известных органеллах, а формируют фазово-разделенные белковые цитоплазматические тела. Удаление доменов белка DACT1 блокирует образование белковых конденсатов, а также способность подавлять Wnt-сигналинг. Масс-спектрометрический анализ белковых частиц выявил механизмы, которые секвестрируют казеинкиназу-2 — активатор пути Wnt. Также оказалось, что конденсаты DACT1 имеют решающее значение для образования метастазов в кости при раке груди и простаты.

Терапия

4. Публикация в журнале Scientific Reports представляет результаты применения церебральных органоидов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека, для скрининга лекарств-кандидатов против прионных заболеваний, в частности, болезни Крейтцфельдта-Якоба. Так, полисульфат пентозана задерживал размножение прионов в модели профилактического лечения и снижал их размножение в модели развившейся инфекции. Ученые считают, что церебральные органоиды вполне подходят для скрининга кандидатных препаратов против прионных заболеваний человека.

5. Согласно исследованию, представленному в Science Translational Medicine, микроРНК внеклеточных везикул, полученных из предварительно кондиционированных нормоксией или гипоксией мезенхимальных стволовых клеток (МСК), способствуют улучшению функции сердечной мышцы, увеличивают плотность сосудов и уменьшают размер инфаркта у мышей и приматов. Сравнение профилей микроРНК внеклеточных везикул из МСК, предварительно помещенных в гипоксические или нормоксические условия, выявило повышение уровня miR-486-5p в ответ на гипоксию. Оказалось, что miR-486-5p подавляет металлопротеиназу 19 (MMP19), которая расщепляет фактора роста эндотелия сосудов VEGF, тем самым увеличивая ангиогенную активность эндотелиальных клеток и способствуя ангиогенезу. Терапия везикулами, сверхэкспрессирующими miR-486-5p, способствовала ангиогенезу и восстановлению сердца без увеличения аритмических осложнений в модели ишемии миокарда у приматов. Исследование подчеркивает ключевую роль miR-486-5p в стимулировании ангиогенеза.

Геномные исследования

6. Работа ученых из США, опубликованная в Nature Neuroscience, раскрывает молекулярные механизмы образования осцилляторных нейронных сетей, связанных с формированием эпизодической памяти у людей. Чтобы определить взаимосвязь между электрическими колебаниями мозга, памятью и экспрессией генов, авторы проанализировали результаты энцефалографии височной доли коры головного мозга (до резекции) и данные экспрессии генов (после резекции) для 16 пациентов, страдающих от эпилепсии. Транскриптомный анализ полученных образцов позволил выявить группы генов (hub genes), определяющих образование осцилляторных нейронных сетей и формирование памяти. Анализ коэкспрессии также выделил группы генов, связанные с нейропсихиатрическими расстройствами и активностью ионных каналов. Этот беспрецедентный набор данных о колебаниях мозга, специфичных для пациента, в сочетании с геномным анализом открывает новые возможности для понимания генетических механизмов памяти. (Подробнее — на PCR.news.)

7. В крупномасштабном исследовании геномных ассоциаций (GWAS), опубликованном в Science Advances, международная группа ученых определила гены, связанные с цветом глаз. Авторы работали с данными 192 986 индивидов европейского происхождения и 1 636 индивидов азиатского происхождения. Было обнаружено 50 новых локусов, ассоциированных с цветом глаз и регулирующих пигментацию и структуру радужной оболочки. Вариация пигментации радужной оболочки у азиатов генетически схожа с таковой у европейцев, однако результаты анализа говорят о меньшей фенотипической изменчивости цвета глаз у азиатов по сравнению с европейцами. Выявленные генетические локусы объясняют большую часть (53,2%) фенотипических вариаций цвета глаз у европейцев. Большое количество новых генетических локусов ценно для будущих исследований молекулярных механизмов цвета глаз, генетического прогнозирования и криминалистики.

8. Исследование международной группы ученых, представленное в PNAS, посвящено изучению генома собак. С использованием платформ для секвенирования Pacific Biosciences и Illumina авторы расшифровали полный геном немецкого дога. В ходе работы было идентифицировано 22 182 генов, кодирующих белки, и 7 049 некодирующих участков генома. Сравнительный анализ геномов немецкого дога и боксера (CanFam3.1., WGS Project: AAEX04) показал, что основные различия приходятся на диморфные ретротранспозоны LINE-1 и SINEC. Способность этих мобильных элементов к ретротранспозиции была доказана в экспериментах на клеточных линиях. Согласно полученным результатам, продолжающаяся активность ретротранспозона — основной фактор генетического разнообразия собак.

Иммунотерапия опухолей

9. Результаты исследования испанских ученых, опубликованные в Nature Communications, показывают, что иммунные клетки спинномозговой жидкости имеют такие же характеристики, что и иммунные клетки микроокружения опухоли при метастазировании в головной мозг. Это говорит о клеточном обмене между двумя частями нервной системы. Анализ иммунных клеток спинномозговой жидкости можно использовать для идентификации типов рецепторов Т-клеток в метастазах и неинвазивного прогнозирования ответа опухоли на иммунотерапию. В частности, инфильтрация опухоли головного мозга CD8+ Т-лимфоцитами может быть определена с помощью такого анализа. В экспериментах ученые использовали секвенирование РНК единичных клеток и генотипирование рецепторов Т-клеток головного мозга и спинномозговой жидкости.

10. Другая работа в журнале Journal for ImmunoTherapy of Cancer предполагает, что устойчивый к лучевой терапии рак прямой кишки может стать восприимчивым к иммунотерапии. Анализ профилей экспрессии генов, связанных с иммунным ответом, для опухолевых биопсий от 53 пациентов до и после лучевой терапии выявил гены, сигнальные пути и клетки микроокружения опухоли, ассоциированные с ответом на лучевую терапию. В образцах опухолей с плохим ответом, взятых до терапии, наблюдалась повышенная экспрессия 40 генов, в том числе генов миелоидных и стромальных клеток, по сравнению с опухолями с хорошим ответом на лучевую терапию. У пациентов с хорошим ответом также отмечали активацию 198 генов, связанных с иммунной реакцией. Исследование предполагает наличие потенциальных мишеней для иммунотерапии у пациентов, плохо отвечающих на лучевую терапию, а также показывает, что опухоли с хорошим ответом при лучевой терапии перепрограммируются с иммунологически «холодного» на «горячий» фенотип. В целом работа может стать основой для новых терапевтических стратегий и комбинаций лучевой и иммуннотерапии рака прямой кишки.

Микробиом кишечника и неврологические расстройства

11. Согласно исследованию, опубликованному в Cell, микробиота кишечника может способствовать возникновению симптомов, связанных со сложными неврологическими расстройствами. Эксперименты на модельных мышах с нокаутом гена Cntnap2 (фенотипически проявляется гиперактивностью и нарушениями социального поведения) показали, что гиперактивность у мышей Cntnap2^-/- обусловлена генетикой хозяина, тогда как социальное поведение опосредуется кишечным микробиом. Такой вывод авторы сделали после лечения мышей пробиотическим микроорганизмом Lactobacillus reuteri. Терапия пробиотиком устраняла социальный дефицит за счет активации метаболитов в пути синтеза тетрагидробиоптерина. Таким образом, нарушения поведения могут иметь различное происхождение (генетическое или микробное), что меняет наше представление о неврологических расстройствах и способах их лечения.

Противовирусный белок комара

12. В работе, опубликованной в PNAS, определена трехмерная структура комариного белка AEG12 и раскрыт молекулярный механизм, позволяющий комарам с помощью AEG12 переваривать эритроциты после еды и разрушать липидную оболочку вирусов, что является частью иммунного ответа на инфекцию. Комары продуцируют AEG12 после питания и в ответ на инфицирование флавивирусами (например, вирусом желтой лихорадки, денге или Зика). AEG12 меняет диацилфосфолипиды оболочки вирусов или эритроцитов на ненасыщенные жирные кислоты, тем самым дестабилизируя липидную мембрану. Способность разрушать мембрану позволяет AEG12 подавлять репликацию оболочечных вирусов, однако вирусы без оболочки устойчивы к AEG12. Понимание механизма действия AEG12 дает возможность рассматривать этот белок в качестве потенциального терапевтического средства широкого спектра действия как против клеточных, так и против вирусных мишеней.

Диагностика

13. В рамках нового исследования, результаты которого публикует Nature Medicine, нецелевое профилирование метаболома плазмы, охватывающее более 1 000 метаболитов, позволило выявить ключевые факторы риска развития у людей не одного, а нескольких неинфекционных заболеваний (мультиморбидность). К таким заболеваниям относятся, в частности, сердечно-сосудистые заболевания, рак, хронические респираторные нарушения и диабет. Оценку проводили с использованием электронных медицинских записей о госпитализации и данных онкологического реестра. Исследование охватило более 11 000 пациентов. Авторы определили 420 метаболитов, общих для как минимум двух неинфекционных заболеваний. Всего было обнаружено 640 метаболитов, значимо ассоциированных с заболеваниями. Более подробно с результатами исследования также можно ознакомится на веб-сервере Omicscience.

Экстремальная аутотомия слизней

14. Как сообщает Current Biology, японские исследователи обнаружили, что два вида морских слизней, Elysia cf. marginata и Elysia atroviridis (отряд мешкоязычные) демонстрируют не описанный ранее тип экстремальной аутотомии. При потере основного тела, включая сердце, эти животные выращивают новое тело из головы. Кроме того, они могут встраивать в свои клетки хлоропласты из водорослей и использовать их для фотосинтеза (клептопластия), что, вероятно, необходимо для выживания после аутотомии и последующей регенерации. Предполагается, что аутотомия выполняет защитную функцию (устраняет эндопаразитов) и является контролируемой. Дальнейшее исследование аутотомии у этих и других животных позволит прояснить ее функцию, механизм и эволюционное происхождение.