Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 9–15 сентября

Экспрессия генов, хроматин и метаболизм в ядре

1. Методы анализа трехмерной организации генома (3С, Hi-C) для отдельных клеток позволяют оценить структуру в зависимости от стадий клеточного цикла, но не типа клеток. С другой стороны, тип можно определять с помощью профиля метилирования ДНК, который, как и 3D организация, влияет на экспрессию генов. Исследователи из Института биологических исследований Солка в Калифорнии предложили совместить эти методы: сначала образцы подготавливают для 3С, ядра сортируют в ячейки 384-луночного планшета, затем проводят бисульфитное секвенирование. Авторы статьи в Nature Methods протестировали метод на мышиных эмбриональных стволовых клетках и на 4238 клетках префронтальной коры человека; последние разделили на 14 типов и получили для каждого типа данные о структуре хроматина.

2. Визуализация транскриптома позволяет одновременно оценить экспрессию генов и пространственное расположение РНК в клетке. Для повышения эффективности визуализации ученые из Гарвардского университета усовершенствовали мультиплексную устойчивую к ошибкам FISH (MERFISH). Сначала с РНК гибридизуются кодирующие (нефлуоресцирующие) зонды: в них есть участок, комплементарный фрагменту клеточной РНК, и свободные концы, комплементарные флуоресцентным зондам. Затем проводится несколько раундов гибридизации с зондами, несущими флуоресцентные метки, в результате каждая молекула РНК в образце регистрируется как уникальный штрих-код: каждый кодирующий зонд в том или ином раунде или несет флуоресцентную метку, или нет. Исследователи проводили 23 таких раунда с тремя цветами в каждом и обнаружили транскрипты около 10000 генов (это на порядок выше, чем в предыдущих работах с использованием данного метода) с эффективностью детекции 80% и 4% ошибочного распознавания, выявив их локализацию в тех или иных компартментах. Также при помощи MERFISH они идентифицировали клетки на разных фазах клеточного цикла и наблюдали около 1600 генов, экспрессия которых зависела от фазы.

3. Многие процессы в клетке зависят от ремоделирования хроматина: самый известный пример — инактивация и реактивация Х-хромосомы в клетках самок млекопитающих. Авторы статьи в Genome Research изучили процесс реактивации Х-хромосомы при репрограммировании мышиных эмбриональных фиброластов в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки при помощи аллель-специфического анализа транскриптома. Они выделили три этапа активации генов Х-хромосомы, причем гены, которые активировались рано, лучше связывали транскрипционные факторы, отвечающие за плюрипотентность. Гипоацетилированное состояние изначально неактивной Х-хромосомы поддерживалось вплоть до поздних стадий репрограммирования. Исследователи считают, что эти данные данные можно будет использовать для разработки лечения заболеваний, вызываемых мутациями в генах Х-хромосомы.

4. Наличие гликогена в клеточном ядре было показано давно, однако его происхождение и функция оставались непонятными. Американская группа исследователей обнаружила чрезмерное накопление гликогена в ядрах клеток немелкоклеточного рака легких. Оказалось, что в опухолевых клетках выключается фермент малин, присоединяющий убиквитин к гликогенфосфорилазе, которая транспортируется в ядро и расщепляет гликоген. Также исследователи доказали, что в норме при разрушении гликогена в ядре образуется пируват, и это способствует ацетилированию гистонов. Реинтродукция малина в раковые клетки восстанавливала гликогенолиз, усиливала ацетилирование гистонов и тормозила рост раковых клеток, трансплантированных мышам. Исследователи предлагают осторожнее использовать ингибиторы гликогенфосфорилазы для лечения опухолей, так как они могут приводить к нарушению эпигенетической регуляции. Результаты опубликованы в Cell Metabolism.

Новое в онкотерапии

5. Одно из главных направлений в лечении онкологических заболеваний – таргетная доставка препаратов в опухоль. Англо-испанская группа исследователей предложила использовать для этого экзосомы раковых клеток, поскольку они преимущественно попадают в клетки, из которых вышли. Они выделяли экзосомы из культур аденокарциномы легкого (A549) и глиобластомы (U87), загружали в них ионы палладия, которые затем восстанавливались и формировали нанопластины внутри пузырьков. Попав в клетки посредством «троянских» экзосом, палладий катализировал деалкилирование предшественника противоопухолевого препарата панабиностата. По мнению авторов статьи, такой подход снизит побочные эффекты химиотерапии без потери ее эффективности.

Микробиом

6. Для разработки терапий, направленных на изменение микробиома кишечника человека, важно иметь на руках некий оптимальный список, с которым можно сравнивать результаты. Американские исследователи создали референсный список представителей микробиома здоровых индивидов — GutFeelingKB. В него вошли 157 микроорганизмов, 40% которых составляют Firmicutes, 20% — Actinobacteria, 19,7% — Bacteroidetes. Также ученые не оставили без внимания «темную материю» метагенома — последовательности, которые не принадлежат известным видам. Авторам статьи удалось составить из них контиги длиной от 10 т.п.н., которые можно использовать для создания праймеров и поиска новых представителей микробиома.

CRISPR/Cas9 редактирование

7. Китайские исследователи ввели пациенту с ВИЧ и Т-клеточной лейкемией отредактированные при помощи CRISPR кроветворные клетки донора, в которых был выключен ген рецептора CCR5. Донорские клетки заменили клетки испытуемого, устранив лейкемию, и в течение последующих 19 месяцев у него не было побочных эффектов от ГМ-клеток. Однако, так как число модифицированных клеток сократилось с 28,8% при трансплантации до примерно 5% от общей популяции кроветворных клеток, от ВИЧ пациент не избавился. В дальнейшем авторы статьи в The New England Journal of Medicine надеются повысить эффективность редактирования и усовершенствовать протокол трансплантации. (В марте этого года мы писали про «лондонского пациента», которому трансплантировали костный мозг от донора с подобной мутацией и который, по-видимому, излечился от ВИЧ-инфекции).

8. Вместо вирусного вектора, содержащего гены Cas9 и гидовой РНК часто рассматривают возможность доставки комплекса Cas9-sgRNA (Cas9 RNP) в клетки. Однако у существующих методов есть недостатки, такие как цитотоксичность, низкая стабильность большой размер частиц. Ученые из Висконсинского университета в Мадисоне разработали новый тип наночастиц для доставки Cas9 RNP и опубликовали результаты в Nature Nanotechnology. Они синтезировали вокруг комплекса нанокапсулы диаметром 25 нм, в состав которой входили молекулы, разрушаемые глутатионом — трипептидом, содержащимся в цитоплазме клеток. Извне частица захватывается в эндосому клетки, выходит из нее за счет эффекта протонной губки, а оболочка разрушается под действием глутатиона, после чего Cas9 RNP попадает в ядро. Исследователи протестировали метод на клетках культуры HEK 293 и на мышах, которым вводили наночастицы в пигментный эпителий сетчатки и в мышцу.

Иммунотерапия

9. CAR-T-лимфоциты, используемые для иммунотерапии лейкемий и лимфом, имеют химерный рецептор, который содержит вариабельный участок, распознающий антиген, и домены, передающие сигнал внутрь клетки (CD3z, CD28, 4-1BB). Побочные эффекты от терапии CAR-T возникают из-за антиген-независимого, или тонического, сигнала и их офтаргетной активации. Исследователи из США и Великобритании подробнее рассмотрели проблему сигналинга в CAR-T при помощи масс-цитометрии. Источником тонического сигнала оказался домен CD3z. При этом у T-клеток, которые экспрессировали химерные костимулирующие рецепторы (CCR) вместе с основным Т-клеточным рецептором, не обнаружили тонического сигналинга и офтаргетных действий. Авторы статьи в Science Signaling отмечают, что понимание нюансов передачи сигналов в ГМ-лимфоцитах важно для разработки новых вариантов терапии.

10. Антитела используются для лечения инфекционных и онкологических заболеваний. Однако препараты антител дорогие и требуют продолжительного и частого введения. Чтобы решить эту проблему, бельгийские исследователи предложили вместо антител вводить плазмиды с их генами. Ранее они проверили гипотезу на мышах, а в новом исследовании, опубликованном в Human Gene Therapy, – на овцах, чья масса, мускулатура и объем крови сходны с человеческими. Ученые вводили плазмиды с геном антител к карциноэмбриональному антигену в мышцы животных с помощью электропорации и оценивали содержание антител в крови. Для предотвращения образования организмом антител против исследуемых использовали временную иммуносупрессию. Антитела в крови овец сохранялись на протяжении 11 месяцев (подробнее на PCR.news).

11. Многие заболевания сердца приводят к развитию фиброза миокарда, что нарушает эластичность стенки и функции органа. Международная группа исследователей предотвратила этот процесс у мышей посредством CAR-T-лимфоцитов. Они использовали мышей, фибробласты миокарда которых экспрессировали нехарактерных для них белок овальбумин. Ученые моделировали у них повреждение и фиброз миокарда введением мини-помпы с ангиотензином II и фенилэфрином, после чего вводили животным ГМ-лимфоциты, содержащие рецепторы к овальбумину. Также группа нашла специфический для таких фибробластов белок FAP, и вводили мышам CAR-T с рецептором к этому белку. В обоих случаях в опытной группе заметно снижалась область фиброза сердечной мышцы. Терапия не повредила другие тканей мышей и была нетоксична для сердца. Результаты опубликованы в Nature (подробнее на PCR.news)

Эмбриология

12. «Правило 14 дней», или запрет на культивирование эмбрионов человека дольше двух недель, ограничивает изучение раннего эмбриогенеза человека. Для решения этой проблемы американские ученые разработали систему, моделирующую развитие эмбриона на стадии имплантации. Один из трех каналов микрофлюидной камеры заполняли гелем, в другой помещали эмбриональные стволовые клетки или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые формировали шарики в углублениях геля. Затем в каналы вводили раствор морфогенов, стимулирующих дифференцировку клеток. У модельных эмбрионов формировался эпибласт, амнион — одна из зародышевых оболочек, появлялись первичные половые клетки и первичной полоски. При этом,каждый из зародышей представлял собой либо переднюю, либо заднюю часть эмбриона. Авторы статьи в Nature считают, что на модели можно изучать причины невынашивания беременности.

13. Известно, что во время беременности в плаценту попадает множество иммунных клеток, которые участвуют в адекватной реакции материнского организма на плод. Ученые из Йельской медицинской школы показали, что при наступлении беременности клетки из костного мозга (bone marrow-derived cells, BMDCs) мигрируют в децидуальную оболочку — ткань матки, необходимую для беременности. Функциональную значимость этой миграции подтвердил тот факт, что клетки донорского костного мозга способствовали восстановлению децидуализации у мышей, нокаутных по гену Hoxa11 (у таких мышей не происходит децидуализациия и исключена успешная беременность). Исследователи отметили, что дисфункция этих клеток может приводить к нарушению имплантации эмбриона или невынашиванию беременности у женщин. Результаты исследования опубликованы в PLoS Biology.

Молекулярная диагностика

14. Постравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) часто встречается у военнослужащих, способствует развитию депрессии, тревожности, алкогольной и наркотической зависимости, заболеваний сердечно-сосудистой системы, диабета. Однако его сложно выявить, и для повышения эффективности диагностики международная группа ученых предложила набор маркеров. Они сравнили более миллиона показателей у военных с ПТСР и здоровых солдат и выделили 343 маркера. Затем они сократили список до 28, который включал в том числе маркеры метилирования, частоту сердечных сокращений, некоторые микроРНК, уровень инсулина и объем тромбоцитов. Панель маркеров хорошо сработала на независимой выборке. Результаты опубликованы в Molecular Psychiatry (подробнее на PCR.ru).

15. Акции компании Exact Sciences в понедельник упали на 10%: инвесторы негативно отреагировали на публикацию в PLOS One, где скрининг-тест этой компании Cologuard для выявления колоректального рака назван «неэффективным». Однако Exact Sciences и аналитики с Уолл-стрит отмечают методологические недостатки исследования.

Научные публикации

16. Мегажурналы с открытым доступом, например, PLoS ONE и Scientific Reports, теряют хватку. Так, количество публикаций в PLoS ONE в период с 2013 по 2018 упало на 44%. По-видимому, в эти журналы присылают меньше статей из-за падения их импакт-фактора. Также у PLoS ONE с 2008 по 2016 практически до нуля снизилось количество взаимных цитирований с «тремя китами» — Nature, PNAS и Science. Однако преимуществом мегажурналов остается высокий процент принятых к публикации статей, в частности: результатов повторных исследований и отрицательных результатов.