Завершение проекта по созданию первого в мире синтетического эукариотического генома и другие новости недели
Раковые клетки, которые «отдают» поврежденные митохондрии Т-лимфоцитам, эпигенетический таймер начала родов, смена роли состарившихся тромбоцитов, антимикробные белки гемолимфы устриц и модифицированные CAR-T клетки со сниженной нецелевой токсичностью — это и многое другое в воскресном обзоре.

Онкология
1. Исследование японских ученых в Nature выявило в опухоль-инфильтрирующих Т-лимфоцитах (TIL) мутации митохондриальной ДНК (мтДНК), общие с раковыми клетками. Оказалось, что митохондрии с мутациями способны попадать в TIL из раковых клеток. У получивших такие митохондрии TIL нарушаются метаболизм и формирование иммунологической памяти, а также снижается противоопухолевая активность in vitro и in vivo. Выяснилось, что митохондрии переносятся из раковых клеток вместе с прикрепленными к ним молекулами, ингибирующими митофагию — процесс удаления дефектных митохондрий. Это дает им преимущество и приводит к постепенному вытеснению из TIL здоровых митохондрий. Более того, дисфункция митохондрий делает неэффективной терапию с применением ингибиторов контрольных точек иммунитета (PD-1) у пациентов с меланомой и немелкоклеточным раком легкого. Исследование выявило ранее не известный механизм уклонения опухолей от иммунного надзора, что может помочь в разработке новых методов иммунотерапии рака.
2. Как известно, инфекция, вызываемая вирусом папилломы человека (ВПЧ), является основной причиной предраковых и злокачественных поражений шейки матки. Ученые из Нидерландов опубликовали в Clinical Cancer Research статью о проверке клинической эффективности вакцины Vvax001 против одного из самых опасных вариантов этого вируса — ВПЧ типа 16 (HPV16). Пациентки с HPV16-положительной цервикальной интраэпителиальной неоплазией 3 степени получили по три прививки Vvax001 с интервалом в три недели. У 17 из 18 пациенток уже через 3 недели после последней вакцинации наблюдалось уменьшение предраковых поражений шейки матки, а у 9 пациенток (50 %) отметили полную регрессию. Элиминацию вируса к этому моменту зафиксировали у 10 из 16 пациенток.
Эндокринология
3. Ученые из Швеции установили, что у мужчин с ожирением повышен уровень фермента ароматазы в подкожной жировой ткани. Он превращает тестостерон в эстрадиол, который, действуя через эстрогеновые рецепторы ESR1 и ESR2, потенциально влияет на развитие сахарного диабета 2 типа (СД2). Согласно данным исследования в The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, повышенная экспрессия ароматазы связана с гипергликемией и резистентностью к инсулину. Мужчины с ожирением имели более низкие уровни ESR1 и значения соотношения ESR1:ESR2. Более низкая экспрессия гена ESR1 в подкожной жировой ткани коррелировала с маркерами ожирения и инсулинорезистентности, а также повышенным уровнем экспрессии ароматазы. Таким образом, высокая экспрессия ароматазы и низкая экспрессия ESR1 в подкожной жировой ткани у мужчин с ожирением могут способствовать развитию резистентности к инсулину и провоцировать СД2.
Репродуктивное здоровье и преждевременные роды
4. Вопреки классическим представлениям оказалось, что момент начала родов у мышей определяется уже в самом начале беременности. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Cell, вскоре после зачатия определенные локусы ДНК фибробластов матки мышей подвергаются метилированию гистонов и накапливают метку H3K27me3. Это позволяет генам оставаться неактивными для поддержания беременности в течение необходимого времени. Постепенно уровень метилирования гистонов снижается, обеспечивая своевременную экспрессию нужных генов. Когда он достигает достаточно низкого уровня, активируются гены, связанные с началом родовой деятельности. Потеря метилирования, таким образом, выступает в качестве своеобразного таймера, определяющего момент начала родов. В ходе работы исследователи заблокировали гистоновую деметилазу KDM6B. Несмотря на естественную потерю H3K27me3, это приводило к задержке родов вследствие слишком высокого уровня метилирования на ранних сроках беременности. Если дальнейшие исследования подтвердят, что те же молекулярные механизмы управляют и человеческой беременностью, можно будет разработать новые диагностические тесты для выявления у женщин риска преждевременных родов, а также способы их предотвращения.
5. Исследование ученых из Японии, Дании и США, опубликованное в Science Advances, показало, что процесс рождения вызывает изменение метаболизма глутамина через повышение экспрессии гена Glul и последующее подавление передачи сигналов mTORC1 в радиальной глии — эмбриональных нейральных стволовых клетках (НСК). Это необходимо для обеспечения состояния покоя радиальной глии и долгосрочного поддержания НСК в течение всей жизни. Однако преждевременные роды нарушают этот процесс, приводя к временной гиперактивации радиальной глии. В результате истощается запас НСК, из-за чего ослабляется нейрогенез, то есть способность мозга формировать новые нейроны. Соответственно, снижение нейрогенеза является одной из причин нарушений развития нервной системы у недоношенных детей. Подавление mTORC1 в клетках радиальной глии с помощью рапамицина улучшала способность к нейрогенезу у недоношенных мышей.
Наследственные заболевания
6. Анемия Фанкони — редкое генетическое заболевание, при котором нарушается репарация ДНК. Репликативный стресс, связанный с этим нарушением, служит одной из основных причин дефектов в гемопоэтических стволовых клетках (ГСК). Исследование в Journal of Experimental Medicine ученых из Китая выявило, что для «ремонта» ДНК гемопоэтические стволовые клетки глобально релаксируют хроматин за счет снижения экспрессии DEK — архитектурного белка хроматина. При этом DEK аномально накапливается в CD34+ ГСК костного мозга пациентов с анемией Фанкони и ГСК, дефицитных по гену Fancd2, который также играет важную роль в репарации ДНК. Ингибирование DEK восстанавливало пролиферацию CD34+ клеток in vitro и улучшало их приживление in vivo. Оказалось, что дефицит Fancd2 приводит к гиперфосфорилированию киназы p38, которая, в свою очередь, фосфорилирует транскрипционный фактор ATF2 и активирует его, что запускает экспрессию DEK и приводит к его накоплению в ГСК. Исследование раскрыло механизм и функциональную связь между релаксацией хроматина и устойчивостью ГСК к репликативному стрессу, а также показало, что ингибирование DEK может стать стратегией терапии анемии Фанкони.
7. Миотоническая дистрофия первого типа — редкое наследственное заболевание, которое сопровождается задержкой расслабления мышц после сокращения (миотония) и прогрессирующей мышечной слабостью (дистрофия) и обусловлено экспансией тринуклеотидных повторов CTG в гене DMPK. Ученые из США разработали индекс сплайсинга — биомаркер, который отражает неправильный сплайсинг РНК, то есть главную причину данного заболевания. Этот индекс также коррелирует с функциональностью мышц и позволит оценивать эффективность терапевтических подходов к лечению миотонической дистрофии.
Гематология
8. Согласно наблюдениям ученых из США и Германии, опубликованным в журнале Blood, состарившиеся тромбоциты хуже выполняют свои функции по остановке кровотечений, но при этом становятся чувствительными к воспалительным реакциям. В то время как молодые тромбоциты активны в условиях формирования кровяного сгустка, возрастные более склоны к образованию агрегатов с лейкоцитами и проявляют повышенную адгезию к нейтрофилам in vitro. У мышей с искусственно продленным периодом жизни тромбоцитов наблюдалась повышенная инфильтрация лейкоцитов в легких. При переливании старые тромбоциты инициировали воспалительную реакцию в модели острого повреждения легких, а затем быстрее снижали свою численность. Протеомный анализ подтвердил роль старых тромбоцитов в регуляции воспалительных реакций. Так, молодые и старые тромбоциты представляют собой две фенотипически различные популяции, одна из которых отвечает за тромбообразование, а другая участвует в регуляции иммунных функций. Эти данные важны для трансфузионной медицины.
Антибиотики
9. Австралийские ученые обнаружили, что антимикробные белки гемолимфы устриц повышают эффективность обычных антибиотиков. Согласно статье в PLoS One, полуочищенный экстракт белков гемолимфы австралийской устрицы Saccostrea glomerata ингибирует образование биопленок некоторых известных патогенов человека, в том числе пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes). При добавлении к традиционным антибиотикам — ампициллину, гентамицину, триметоприму и ципрофлоксацину — он повышал их эффективность от 2 до 32 раз против ряда клинически важных бактерий, включая синегнойную палочку (Pseudomonas aeruginosa) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus). Протеомный анализ выявил в экстракте различные широко известные антимикробные пептиды. Он был нетоксичен для клеток легких человека A549 в концентрации, значительно превышающей эффективную.
Синтетическая биология
10. Команда синтетических биологов из США разработала высокопроизводительную вычислительную платформу на основе машинного обучения, способную проектировать множество новых вариантов ферментов и предсказывать их эффективность в реальных условиях, моделируя тысячи химических реакций. Теперь такие задачи можно будет выполнять без трудоемких экспериментов на клеточных культурах. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, проанализировали множество вариантов амидсинтетазы McbA, важной для получения различных лекарственных препаратов. Авторы нашли уникальные позиции аминокислотных остатков, определяющие биокаталитические свойства этого фермента. В результате они сконструировали 9 вариантов McbA, предсказанных ИИ, и все они обладали большей активностью по сравнению с исходным ферментом дикого типа. Один из вариантов McbA позволил в 42 раза повысить катилитическую активность McbA в реакции синтеза моклобемида — ингибитора моноаминоксидазы (МАО), применяемого в качестве антидепрессанта.
11. В 2006 году глобальный консорциум Sc2.0 начал работу по получению первого в мире синтетического эукариотического генома на основе дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Целью стало получение 16 искусственных хромосом и новой тРНК-неохромосомы — в 2023 году концсорциум собрал предварительную версию всех 16 хромосом, однако их требовалось оптимизировать. Теперь же, используя протокол редактирования генома CRISPR D-BUGS, команда австралийских и американских ученых выявила и исправила ошибки в последней дрожжевой хромосоме synXVI. Согласно статье в Nature Communications, теперь дрожжи могут расти в среде с глицерином в качестве единственного источника углерода при повышенной температуре в 37˚C. Исследование дает ценную информацию для будущих проектов в области синтетической биологии, которые будут направлены в том числе на создание искусственных геномов растений и млекопитающих.
Иммунитет и аллергии
12. Избыточное количество белка RELMβ, выделяемого бокаловидными клетками кишечника, обнаружили в сыворотке крови у пациентов и модельных мышей с пищевой аллергией. Делеция RELMβ защищала мышей от развития аллергических реакций. Согласно статье в Nature, белок изменяет микробиом кишечника, снижая количество бактерий родов Lactobacilli и Alistipes. Они продуцируют производные индола, поддерживающие пищевую толерантность за счет активации RORγt+ регуляторных Т-клеток. Блокирование RELMβ моноклональным антителом в период грудного вскармливания защищает мышат, генетически предрасположенных к пищевой аллергии, от ее появления на более поздних этапах жизни и предотвращает развитие аллергических реакций у взрослых особей, повышая количество лактобактерий.
13. Несмотря на высокоэффективную терапию, направленную на восстановление функции гена СFTR, мутации в котором являются причиной муковисдидоза, у таких пациентов часто все равно сохраняются воспаление и рецидивирующие инфекции легких. Ученые из Германии, Австрии и Франции на страницах Nature Translational Medicine охарактеризовали врожденную иммунную систему свиней с дефицитом CFTR и обнаружили, что уже при рождении у таких свиней выше инфильтрация моноцитов в легкие по сравнению с диким типом. Транскриптомный и функциональный анализ мононуклеарных клеток периферической крови новорожденных модельных свиней и детей дошкольного возраста с муковисцидозом выявил повышенное количество менее зрелых моноцитов со сниженной фагоцитарной активностью. Соответственно, независимо от компенсации функции CFTR, пациентам с муковисцидозом необходима дополнительная терапия, направленная на минимизацию этих сопутствующих осложнений.
Регуляция метаболизма
14. Международная группа ученых обнаружила, что белок В-клеточной лимфомы 6 (BCL6), известный своей ролью в регуляции иммунного ответа и развитии B-клеток, также обеспечивает поддержание мышечной массы в зависимости от питания. Исследование в PNAS показало, что BCL6 подавляет экспрессию супрессора цитокинового сигналинга SOCS2, который отрицательно регулирует передачу сигналов гормона роста, или соматотропина. Таким образом, BCL6 способствует анаболическому действию гормона роста и поддерживает мышечную массу. В то же время сам по себе гормон роста ингибирует BCL6 через сигнальный путь JAK/STAT5. Натощак в мышцах отмечается подавление экспрессии BCL6, которое скоординировано с индукцией гормона роста — это подтверждает физиологическую значимость этой регуляции путем обратной связи. Результаты исследования важны для понимания того, как поддерживается мышечная масса, особенно в периоды голодания, и будут полезны в разработке терапевтических стратегий, направленных на сохранение мышечной массы в процессе старения и при заболеваниях, сопровождающихся атрофией мышц, таких как саркопения и кахексия.
Иммунотерапия
15. Из-за отсутствия строго специфичных антигенов в солидных опухолях CAR T-клетки могут атаковать нормальные ткани, что приводит к нецелевой токсичности. В поисках решения этой проблемы ученые из Китая провели нокдаун или нокаут молекул клеточной адгезии CD11a, CD49d и PSGL1 в CAR T-лимфоцитах мышей. Такие модифицированные CAR T-клетки проявляли сниженную нецелевую токсичность in vivo без снижения эффективности. Кроме того, это способствовало формированию Т-клеточной памяти. Далее ученые получили уже человеческие низкотоксичные CAR T-клетки и подтвердили применимость подхода как in vitro, так и и in vivo. Согласно статье в Science Translational Medicine, решением проблемы на клиническом уровне может стать тройной нокдаун CD11a, CD49d и PSGL1 в CAR-T клетках.