Воскресное чтение (22.05)

Обзор научной периодики за 16–22 мая

Анастасия Горшкова, PCR.news

Старение

1. Исследовательская группа из Кембриджа изучила связь эпигенетических часов с другими маркерами клеточного старения на первичной культуре фибробластов человека. Эпигенетический возраст вычисляется по степени метилирования CpG-островков дифференцированных клеток, он совпадает во всех соматических клетках человека и увеличивается с биологическим возрастом. В опухолевых же клетках эпигенетический возраст заметно снижается. Эпидемиологические исследования связывают ускорение эпигенетического старения с разнообразными причинами. Так, состояние здоровья, образ жизни, психическое состояние и даже факторы окружающей среды влияют на старение. Чтобы подробнее описать механизмы отсчета эпигенетического возраста, ученые проверили, как эпигенетическое старение связано с проявлением других признаков старения. Исследование показало, что доступность питательных веществ, активность митохондрий, истощение пула стволовых клеток и изменение межклеточной коммуникации влияют на эпигенетическое старение, а клеточное старение, укорочение теломер и геномная нестабильность не влияют. В рамках новой работы опыты проводились только на первичных культурах человеческих фибробластов, поэтому в дальнейшем авторы планируют исследовать взаимосвязи этих механизмов на мышиных моделях.

2. Еще одна статья про старение, опубликованная в журнале Nature Aging, продемонстрировала, что индукция аутофагии митохондрий увеличивает продолжительность жизни у плодовых мушек. Известно, что уровень митофагии, или аутофагии нефункциональных митохондрий, падает с возрастом, а ее активация должна способствовать снижению уровня активных форм кислорода и уменьшать нейровоспаление. Поэтому пути воздействия на митофагию являются перспективной мишенью для поиска лекарств, замедляющих старение и прогрессию нейродегенеративных заболеваний. Ученые из США обнаружили, что оверэкспрессия белка BNIP3 в клетках мозга дрозофилы индуцирует митофагию и предотвращает накопление нефункциональных митохондрий в стареющем мозге. Для этого они использовали генно-модифицированную линию плодовых мушек, экспрессирующую нужный белок в нейронах. BNIP3 имеет нетипичное для белков его семейства расположение — на наружной мембране митохондрий, а также участвует в проапоптотических сигнальных путях, что объясняет выявленный эффект. Важно отметить, что индукция BNIP3-опосредованной митофагии также увеличила продолжительность жизни и улучшила здоровье у мушек. Таким образом, BNIP3 — перспективная мишень для создания лекарства против клеточного старения.

Генетика и старение

3. Одно из самых распространенных и значимых последствий старения для здоровья — это ухудшение и потеря слуха. Международный коллектив ученых провел GWAS с использованием данных 723 300 человек и выявил 48 генетических локусов, влияющих на развитие патологии, десять из них были новыми. Этот полногеномный метаанализ в области генетики слуха — один из крупнейших на сегодняшний день. Далее при помощи секвенирования единичных клеток мозга и слуховой системы мыши ученые увидели, что многие патогенные варианты экспрессируются в клетках сосудистой полоски улитки, но не в головном мозге. Это указывает на важность влияния на потерю слуха процессов, происходящих непосредственно с сенсорными волосковыми клетками, например, таких как организация цитоскелета,

Онкология

4. Рак молочной железы у мужчин встречается значительно реже, чем у женщин. На сегодняшний день его связь с репродуктивными функциями изучена недостаточно хорошо, несмотря на известную ассоциацию этого рака с половыми гормонами. Авторы из Института исследования рака в Лондоне изучили связь между бесплодием или отсутствием детей и риском возникновения рака молочной железы у мужчин. Ученые опросили 1998 мужчин младше 80 лет, у которых был диагностирован рак груди в период с 2005 по 2017 год. В контрольную группу входили 1597 мужчин, не являющихся кровными родственниками никому из опытной группы. Мерой связи потенциальной причины с заболеванием для подобных исследований является отношение шансов (OR, odd ratio). Риск рака молочной железы у мужчин был статистически значимо связан с мужским бесплодием (OR = 2,03). Риск был выше для мужчин, у которых не было детей (OR = 1,50) по сравнению с отцами. Эти ассоциации обнаружились только для инвазивных опухолей. Авторы пишут, что необходимо дальше исследовать причину выявленной связи между раком груди и мужским бесплодием.

5. Новое исследование ученых из США и Германии показало, что при остром лимфобластном лейкозе (ОЛЛ) наблюдается необычно высокий уровень метилирования генома раковых клеток. Исследователи провели полногеномное бисульфитное секвенирование раковых клеток, полученных от 82 детей с ОЛЛ. Они обнаружили, что гиперметилирование CpG сохраняется, несмотря на раковый фенотип клеток. Долгое время считалось, что гипометилирование всегда сопровождает онкогенез, но при Т-клеточном лейкозе распределение паттернов метилирования ДНК сравнимо с распределением в здоровых предшественниках Т-клеток. Далее исследователи проанализировали активность генов, связанных с эпигенетической регуляцией. Оказалось, что промотор гена TET2 гиперметилирован в более чем четверти образцов Т-клеточного ОЛЛ, и экспрессия этого гена оказалась снижена. DNMT3B — ген, кодирующий ДНК-метилтрансферазу, напротив, экспрессировался сильнее при данном типе лейкоза. Основываясь на этих результатах, авторы предполагают, что исследование метилома поможет лучше понять общие эпигенетические изменения при раке.

Сердечно-сосудистые заболевания

6. Ученые обнаружили в кардиомиоцитах белок, регулирующий жесткость сердца, что потенциально может привести к открытию новой терапии сердечно-сосудистых заболеваний. Для оптимального сокращения и расслабления необходимо поддержание определенного уровня жесткости сердечной мышцы. Старение, стресс, гипертония и ожирение могут привести к повышению жесткости, и сердце не сможет эффективно расслабляться и наполняться кровью, что приведет к диастолической дисфункции. Ученые обнаружили, что жесткость миофибрилл была повышена у мышей, нокаутных по гену гистондеацетилазы 6 (HDAC6). Также у этих мышей развивалась диастолическая дисфункция и гипертония. Применение селективного ингибитора HDAC6 на первичной культуре миоцитов здоровых взрослых мышей также вызвало повышение жесткости миофибрилл. И наоборот, оверэкспрессия HDAC6 в кардиомиоцитах и обработка их рекомбинантным белком ex vivo приводила к снижению жесткости миофибрилл. Протеомный анализ показал, что HDAC6 в кардиомиоцитах функционирует как саркомерная протеиндеацетилаза и отвечает за деацетилирование PEVK-домена тайтина, самого крупного белка млекопитающих. Результаты исследования показали, что деацетилаза HDAC6 контролирует функцию жесткости миокарда и является потенциальной мишенью для манипулирования эластическими свойствами сердца при лечении сердечно-сосудистых заболеваний.

7. Анализ доступности хроматина (ATAC-seq) на уровне единичных клеток позволил ученым из США выяснить молекулярные основы ишемической болезни сердца. Ишемическая болезнь сердца (ИБС) — сложное воспалительное заболевание, в патогенезе которого участвуют разные типы клеток. Ранее с помощью GWAS стало понятно, что большинство мутаций, увеличивающих риск ИБС, находятся в некодирующих последовательностях ДНК. Авторы нового исследования провели анализ доступного для транспозазы хроматина в 28 316 ядрах, выделенных из замороженных препаратов сегментов коронарных артерий от 41 пациента с различными стадиями ИБС. Анализ выявил 14 клеточных кластеров, а также несколько значимых для прогрессии заболевания вариантов. Согласно полученным данным, ключевыми регуляторами патогенеза заболевания являются транскрипционные факторы PRDM16 и TBX2, и ученые проверили это при помощи иммуногистохимического окрашивания на PRDM16. Его экспрессия действительно заметно увеличивалась по мере прогрессии ИБС. Авторы надеются, что их исследование станет ключом к открытию новых лекарств от ишемической болезни сердца.

Молекулярная биология

8. В PNAS вышла статья, описывающая механизмы кроссинговера у нематоды C. elegans. Мейотическая рекомбинация начинается с образования многочисленных двухцепочечных разрывов ДНК, но лишь немногие в конечном итоге проходят через кроссинговер. Долгое время оставалось непонятным, как регулируется этот процесс, чтобы гарантировать, что каждая пара гомологичных хромосом образует как минимум один участок рекомбинации. Ученые показали, что киназа CDK-2 взаимодействует с циклиноподобным белком COSA-1 и способствует образованию кроссоверной хромосомы посредством фосфорилирования и активации комплекса MutSγ. Мишенью фосфорилазы является компонент MutSγ под названием MSH-5. Он имеет неупорядоченный С-концевой домен, который содержит 13 потенциальных сайтов фосфорилирования и необходим для концентрирования белков, способствующих кроссинговеру, в сайтах рекомбинации. Также ученые описали регуляцию кроссинговера как модель с положительной обратной связью, где процесс зависит от фосфорилирования MutSγ. Концентрирование факторов, способствующих кроссинговеру, может быть универсальным механизмом регуляции этого процесса у эукариот.

9. Долгое время шли дебаты о существовании металлшаперонов, связывающих ионы цинка и распределяющих их по клетке. Дело в том, что, в отличие от многих других ионов металлов, цинк не взаимодействует с кислородом и не образует активные формы, а значит, клетке не нужно от него защищаться. С другой стороны, функция металлшаперонов заключается еще и в том, чтобы обеспечивать взаимодействие ионов металла с белками, которые в них нуждаются, в условиях дефицита ионов. Спор окончился обнаружением у дрожжей ГТФ-зависимой цинктрансферазы Zng1, связывающей ионы цинка и передающей их аминопептидазе Map1p. У колоний, нокаутных по гену ZNG1, снижалась активность Map1p, и негативный эффект увеличивался в среде с низким содержанием цинка. Эксперименты in vitro на выделенных белках показали, что в отсутствие цинка Map1p не работает. Но белок не начал работать даже при добавлении в раствор Zng1 и цинка. Авторы показали, что Zng1 необходимо активировать при помощи GTP.

Генетическая инженерия

10. Ученые из США создали высокопроизводительную автоматическую платформу для сборки плазмид под названием PlasmidMaker. Удобный интерфейс программы позволяет собрать плазмиду и отправить заказ в компанию iBioFAB, которая принимает заказ, изготавливает конструкции и проверяет их качество. Сборка осуществляется роботизированной платформой, благодаря которой весь процесс построения плазмид становится автоматизированным. Платформа работает на основе нового метода сборки нескольких фрагментов ДНК в плазмиду с использованием искусственных рестрикционных ферментов (ARE) на основе Pyrococcus furiosus Argonaute (PfAgo). Особенностью применения этих рестриктаз является то, что они вносят разрыв в участок гена, комплементарный их гидовой ДНК, добавленной извне. Теоретически, они могут разрезать любой фрагмент ДНК в любом месте, причем очень специфично. Ученые протестировали сборку 101 плазмиды и показали, что новый метод позволяет синтезировать фрагменты с содержанием GC до 77% и безошибочно собирать плазмиды размером до 27 т.п.н., в том числе содержащие множественные повторы.

Новости компаний

11. Объединение трех компаний-партнеров: BC Platforms, Euformatics и Oncompass Medicine, выиграло контракт на разработку стандартизированного протокола NGS для лечения онкологии в семи центральноевропейских больницах. Компании также будут интегрировать, стандартизировать и анализировать результаты тестирования на онкогены, фармакогеномного тестирования и базы данных о лекарствах для поддержки принятия решений докторами. Контракт частично финансируется в рамках проекта Европейского Союза Horizon 2020 в размере 8 миллионов евро. Платформы BC, Euformatics и Oncompass Medicine начнут работать немедленно и должны представить предварительные результаты уже к августу, после чего консорциум больниц оценит услуги и решит, следует ли им продолжать работу.

12. В среду Illumina заявила, что начала сотрудничество с Allegheny Health Network, чтобы оценить возможность применения наборов для геномного профилирования на дому для выбора стратегии лечения рака. Компании будут выяснять, в каких случаях тестирование образцов тканей и крови может оказаться полезным при выборе терапии. Финансовые и другие подробности не разглашаются. Проект продлится один год с возможностью расширения линейки клинических исследований.

Персонализированная медицина

13. Исследование, опубликованное в журнале Nature Medicine, показало, что молекулярное профилирование пораженной ревматоидным артритом суставной ткани может значительно улучшить понимание того, будут ли конкретные лекарства эффективны для лечения пациента. Ученые провели клиническое исследование с участием 164 пациентов с артритом, в ходе которого проверялась их реакция на ритуксимаб или тоцилизумаб — два препарата для лечения ревматоидного артрита. Ритуксимаб — это моноклональное антитело к CD20, а тоцилизумаб — к рецептору IL6. Проводился гистологический анализ воспаленной ткани сустава, а также RNA-seq клеток синовиальной жидкости. Результаты показали, что только у 12% пациентов с низким содержанием синовиальных В-клеток наблюдался ответ на ритуксимаб, а ответ на тоцилизумаб наблюдался у 50% пациентов. У испытуемых с высоким содержанием В-клеток эти два препарата оказались приблизительно одинаковыми по эффективности. Опираясь на гистологические и молекулярные данные, исследователи применили технику машинного обучения для разработки компьютерных алгоритмов, которые могли бы прогнозировать реакцию на лекарство у отдельных пациентов по комплексным сигнатурам. Модель успешно предсказывает, будет ли каждое из двух лекарств эффективно для лечения пациента, или же он окажется невосприимчив к обоим.

Микроскопия и нейросети

14. Новая технология, названная Deep Visual Proteomics, позволяет описать протеом клетки необычным способом. Технология сочетает в себе анализ изображений раковых клеток или срезов опухолей с результатами масс-спектрометрии единичных клеток или ядер. Ученые также создали программное обеспечение BIAS, которое координирует сканирующие и лазерные микродиссекционные (LMD) микроскопы. Данная технология применима к анализу архивных тканей биобанка, фиксированных в формалине и помещенных в парафин (FFPE). Клеточные и субклеточные объекты искусственный интеллект выбирает либо самостоятельно, либо с помощью инструкций, и дальше интересующий участок автоматически вырезается и отправляется на протеомное профилирование при помощи масс-спектрометрии. Полученные и сопоставленные между собой данные могут быть использованы для обнаружения белковых сигнатур, влияющих на фенотип клетки, при сохранении полной пространственной информации. Например, при помощи этой технологии авторы описали изменения протеома по мере перехода нормальных меланоцитов в инвазивную меланому и выявили молекулярные пути, которые вносят наибольший вклад в прогрессирование рака.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru