Генная терапия

Великобритания одобряет CRISPR-терапию заболеваний

Эта новость не могла не быть отмечена Nature, так как является, по сути, триумфом биотехнологии последнего десятилетия.

Великобритания одобрила препарат Casgevy, направленный на лечение серповидноклеточной анемии и бета-талассемии — болезней, связанных с мутациями генов гемоглобина. Он разработан компаниями Vertex Pharmaceuticals и CRISPR Therapeutics и представляет собой однократное введение отредактированных стволовых клеток костного мозга пациента с неактивным геном BCL11A. Такая модификация заставляет клетки пациентов синтезировать фетальный гемоглобин, который заменяет дефектный.

Препарат оказался относительно безопасным, но одно из неудобств — использование стволовых клеток самого пациента. Впрочем, регулярные переливания крови вызывают чуть ли не более значительные неудобства для пациентов.

Вероятно, в будущем и другие страны, например, США одобрят подобную терапию. — UK first to approve CRISPR treatment for diseases: what you need to know, «Биомолекула»: «Как болезни крови генной терапией лечили».

Генная терапия против «плохого» холестерина

Хотя генная терапия медленно, но верно входит в клинические исследования, за результатами недавнего исследования, проведенного в Великобритании и Новой Зеландии следили с особым интересом. Дело в том, что в ней исследовали не просто терапию, основанную на CRISPR-Cas9, а производящую редактирование оснований. Препарат VERVE-101 деактивирует ген PCSK9, чрезмерная активность приводит к наследственной гиперхолестеринемии. У таких пациентов гораздо раньше возникают проблемы с сердечно-сосудистой системой, которые могут привести к инфарктам и инсультам. VERVE-101 модифицирует всего лишь один нуклеотид в гене PCSK9 и приводит к значительному снижению уровня «плохого» холестерина.

Однако в исследовании из 10 человек у двоих случились серьезные нежелательные явления, один из пациентов умер. Эксперты с осторожностью смотрят на результаты. Тем не менее, независимая комиссия по безопасности показала, что пациенты либо имели слишком запущенную стадию заболевания, либо не сообщали о симптомах до получения препаратов. Поэтому исследование будет продолжаться и принимать новых участников. — First trial of ‘base editing’ in humans lowers cholesterol — but raises safety concerns, «Биомолекула»: «Генная и клеточная терапии».

Вирусология и микробиология

Фаги против антифаговых систем

Система CRISPR-Cas9 — один из внутренних способов защиты бактериальных клеток от бактериофагов. Однако бактериофаги и сами способны бороться против такого обратного ответа, например, производить ингибиторы CRISPR-Cas9. Существуют и другие, малоизученные подходы, позволяющие фагам противостоять молекулярному иммунитету бактерий. Именно их и решили изучить израильские и американские ученые. Они протестировали панель фагов, способных заражать штаммы Bacillus subtilis, экспрессирующие различные системы защиты. Первая — система Gabija, которая встречается в геномах более 15% всех бактерий и архей. Как оказалось, резистентные к ней фаги экспрессируют белки Gad1 или Gad2 с пока неизученными, но разными функциями. У таких фагов существует отдельный локус, где располагаются такие гены.

Другая система — Thoeris — присутствует у 4% бактерий и архей с секвенированными геномами. Она содержит два белка: ThsB — сенсор фаговой инфекции, а также ThsA. После обнаружения инфекции ThsB производит молекулу 1’’-3’ gcADRP , которая активирует ThsA. Это приводит к ингибированию репликации фага. Фаговый белок Tad2, скорее всего, действует как молекулярная губка, «собирающая» 1’’-3’ gcADRP.

Фаговая терапия снова становится интересной для медицины, однако мы должны лучше понимать, как взаимодействуют бактерии и фаги. Это одно из исследований, позволяющее глубже заглянуть в эти процессы. — Phages overcome bacterial immunity via diverse anti-defence proteins, «Биомолекула»: «Бактериофаги в медицине».

Новые CRISPR-подобные системы против фагов

Поиск оптимальных систем CRISPR-Cas9 для генной инженерии продолжается — нужна более точная система, способная переносить большие фрагменты (о таких системах мы писали в прошлом выпуске SciNat). Кроме того, интересны системы, которые способны редактировать РНК.

К счастью, существует огромное количество прочитанных геномов бактерий — именно в них можно найти подобные системы. Исследователи разработали алгоритм для кластеризации таких данных, применив его для поиска CRISPR-ассоциированных систем. Поиск привел к открытию 188 новых подходов бактерий для борьбы с патогенами, четыре из которых были валидированы экспериментально. Кроме того, они обнаружили новый белок Cas14, способный точно разрезать РНК. — Uncovering the functional diversity of rare CRISPR-Cas systems with deep terascale clustering.

Почему оно чешется? Виноваты бактерии

Зуд — одно из самых мучительных кожных ощущений, во многом из-за того, что после почесывания возникает желание почесаться еще раз. То, что при этом кожа повреждается, усиливает это желание, и мы, кажется, понимаем почему.

Staphylococcus aureus нередко колонизирует поврежденную кожу, вызывая зуд. Это позволяет им распространяться глубже и, вероятно, попадать с организма на организм. Бактерии выделяют сериновую протеазу V8, которая разрезает рецепторы PAR-1, расположенные на чувствительных нейронах мышей и человека. Это активирует сигнал, который мозг интерпретирует как зуд. Интересно, что в этом процессе не участвуют иммунные клетки.

Хорошая новость — существует одобренный FDA ингибитор PAR-1, который способен помочь против зуда. Плохая новость — пока он протестирован только на мышах. — S. aureus drives itch and scratch-induced skin damage through a V8 protease-PAR1 axis, «Биомолекула»: «Дом для бактерий, или Что мы знаем о кожной микрофлоре».

Нейробиология

Новые нейроны для заботы о новорожденных

Появление потомства — это огромная нагрузка для животных: возникает множество новых стимулов и задач. Как оказалось, эволюция поддержала некоторые изменения в организме, которые позволяют с этим справляться. Во всяком случае, мышам.

Нейтральные стволовые клетки (НСК) взрослых млекопитающих образуют новые нейроны, важные для обучения и образования памяти. Но, оказывается, у мышей некоторые группы НСК активируются при беременности, производя дополнительные интернейроны обонятельной луковицы. Эти клетки важны для материнской заботы, в том числе для распознавания своих детенышей. Однако после взросления мышат эти нейроны исчезают, чтобы, вероятно, возникнуть вновь с новым пометом. — Pregnancy-responsive pools of adult neural stem cells for transient neurogenesis in mothers, «Биомолекула»: «Лаборатория стволовых клеток мозга: мир новых нервных клеток у взрослых животных».

Нарушения в хроматине приводят к расстройствам аутистического спектра

Эпигенетическая регуляция важна для установления различных клеточных типов, а также в образовании новых нервных связей. Мутации, связанные с регуляторами работы хроматина, нередко ассоциируются с расстройствами аутистического спектра. Недавно показано, что мутация лизиндеметилазы KDM5A, которая деметилирует модицикацию гистона H3K4me3, встречается у пациентов с РАС. Мыши-нокауты по этому гену имеют нарушения в работе гиппокампа, однако почему — неизвестно. Секвенирование одиночных клеток гиппокампа таких мышей помогло выявить, что KDM5A влияет на формирование отдельных популяций клеток гиппокампа. В частности, мутация ускоряет дифференцировку клеток гиппокампа, и его участки развиваются неравномерно, так как KDM5A по-разному участвует в формировании этих областей.

Такое наблюдение интересно тем, что поиск медикаментозной терапии РАС — важная задача, и использование препаратов, влияющих на работу эпигенетических систем может быть успешной стратегией для лечения. — Disruption of the autism gene and chromatin regulator KDM5A alters hippocampal cell identity, «Биомолекула»: «Расстройство аутистического спектра: „дети дождя“».

Биотехнологии

Как папоротники способны помочь в поиске новых инсектицидов

Новое — это хорошо забытое старое. А в поиске новых молекул ученым явно стоит обратить внимание на организмы, которые справлялись с поставленными задачами в течение миллионов лет. Изучая альтернативы известным инсектицидам, которые более 80 лет назад были выделены из Bacillus thuringiensis, международная группа ученых обратилась к папоротникам, у которых есть свои системы защиты от насекомых.

Исследователям удалось выделить несколько белков, которые защищали сою и кукурузу от молей-вредителей, замедляя их рост при поливе экстрактом из папоротника Pteris cretica cv. Albolineata или при введении гена, кодирующего эти белки, в геномы кукурузы и сои. Интересно, что эти белки также защищали от кукурузной лесной совки, устойчивой к белкам-инсектицидам на основе бактерий.

Таким образом, древние организмы способны помочь в решении современных проблем. — Fern proteins fight crop pests, could usher in potent new insecticides, «Биомолекула»: «Контроль за пестицидами. Полиция в белых халатах».

Эмбриология

Кладовка в ооцитах

В 1960-х годах в ооцитах и эмбрионах млекопитающих обнаружили так называемые цитоплазматические решетки. Долгое время оставалось непонятным, зачем они нужны. Однако известно, что без них эмбрионы не развиваются или имеют проблемы с развитием. Одно из предположений, выдвинутых достаточно рано, состоит в том, что цитоплазматические решетки участвуют в хранении белков в ооцитах, которые важны на ранних стадиях эмбриогенезов.

Сложив вместе эти наблюдения, исследователи подробно изучили эти структуры, в том числе используя криоэлектронную томографию и масс-спектрометрию. Они определили, что с решетками ассоциированы множество белков, в том числе и контролирующие эпигенетическое репрограммирование эмбриона до имплантации.

Известно, что у женщин с мутациями в генах белков цитоплазматических решеток встречаются нарушения метилирования ДНК и рождение детей с нарушениями импринтинга. Вероятно, понимание того, как устроены ранние эмбрионы, помогут распознать причины таких проблем заранее и предложат подходящие вспомогательные репродуктивные подходы. — Mammalian oocytes store proteins for the early embryo on cytoplasmic lattices, «Биомолекула»: «„За экстракорпоральное оплодотворение“ — это не тост, а Нобелевская премия!».