Океанология

Почему бы не сделать из актиний кораллы?

Коралловые рифы — красочные живые структуры, которые создаются крошечными стрекающими животными. Но как именно кораллы образуют кристаллы, которые в итоге становятся скалистыми рифами (процесс, известный как биоминерализация), долгое время оставалось загадкой. В июне этого года морской биолог Федерика Скуччия с коллегами из Университета Флориды предположительно совершили прорыв в изучении этого процесса. Им удалось создать генетически модифицированную актинию, которая экспрессировала белок кораллов, участвующий в процессе биоминерализации.

Ученые ранее идентифицировали многие гены, которые, как считается, участвуют в процессе биоминерализации. Но определение их реальной роли в создании рифов оказалось настоящим кошмаром. Кораллы привередливы, и их трудно разводить в лаборатории, объясняет биолог развития Марк Мартиндейл. Это делает их сложной мишенью для генной инженерии. Однако с анемонами работать в лаборатории довольно легко. Поэтому ученые создали генетически модифицированные линии актиний, аналогичные тем, что были созданы в случае мышей и других модельных организмов.

Несколько лет назад Мартиндейл изучал развитие небольших анемон вида Nematostella vectensis, и ему это довольно быстро наскучило. Исследователю пришла в голову дикая мысль: «Почему из анемоны нельзя сделать коралл?». Чтобы выяснить это, Мартиндейл и его коллеги ввели ген, кодирующий известный неупорядоченный белок биоминерализации SpCARP1, непосредственно в эмбрионы актиний. Флуоресцентная красная метка указывала на то, что ген активен. Чтобы убедиться в том, что актиния действительно концентрирует кальций, ученые добавили другую флуоресцентную метку, кальцеин синий, который светится в присутствии кальция.

Открытие, о котором сообщили ученые 5 октября в препринте статьи, взволновало исследователей. Морскими анемонами гораздо легче манипулировать в лабораторных условиях, чем кораллами. Поэтому открытие позволит исследователям подробно изучить механизм биоминерализации. Новые данные помогут улучшить способность ученых предсказывать, как изменение климата повлияет на критически важные рифовые экосистемы. «Уже более 10 лет я пытаюсь найти способ использовать беспозвоночных в качестве модельной системы для исследований биоминерализации», — говорит Тали Масс, физиолог кораллов и эксперт по биоминерализации из Хайфского университета. По ее словам, новые результаты свидетельствуют о явном прогрессе в достижении этой цели — Why can’t you make a coral out of an anemone?, «Биомолекула»: «Как предсказать будущее кораллового рифа?».

Медицина

Генетическая уязвимость к болезни Крона указывает на проблемы с восстановлением тканей эпителия

Эффективное восстановление тканей требует скоординированной межклеточной коммуникации для обнаружения повреждений, ремоделирования тканей и восстановления их функций. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые проанализировали реакцию заживления слизистой оболочки кишечника, картируя межклеточные коммуникации в single-cell разрешении, а затем интегрировали их с помощью пространственной транскриптомики. Исследователи продемонстрировали, что один из маркеров риска болезни Крона, активатор фактора роста гепатоцитов (HGFAC)Arg⁵⁰⁹His(R509H), нарушает молекулярный путь обнаружения организмом повреждений кишечника.

Данный биохимический путь включает в себя каскад реакций коагуляции с участием факторов роста, которые управляют дифференцировкой раневых эпителиальных клеток (WAE) и сопровождается выработкой ретиноевой кислоты для ремоделирования тканей, опосредованного фибробластами. Раневые эпителиальные клетки (WAE) имеют решающее значение для заживления эпителиальных ран, но как эти клетки координируют заживление, неясно. Используя исследования in vitro и модель болезни на мышах, они обнаружили, что при активации фактор HGFAC-R509H ингибирует белок, стимулирующий макрофаги (MSP), что приводит к нарушению индукции клеток WAE и задержке заживления эпителиальных повреждений кишечника. После индукции клетки WAE генерировали локализованный градиент ретиноевой кислоты для координации реакций фибробластов слизистой оболочки и облегчения заживления ран. Эти результаты проливают свет на заживление эпителия кишечника и предполагают, что активация MSP должна быть изучена на предмет потенциального средства лечения болезни Крона. — Genetic vulnerability to Crohn’s disease reveals a spatially resolved epithelial restitution program, «Биомолекула»: «Чем пахнет здоровье?».

Вирусология

Пренатальная инфекция вируса Зика оказывает воздействие на физическое развитие младенцев и социальные взаимодействия между матерью и ребенком

Беременные женщины, инфицированные вирусом Зика, могут передавать вирус плоду напрямую. Как правило, это связано с врожденным синдромом Зика. Понимание того, как инфекция вируса Зика влияет на пренатальное и неонатальное развитие, имеет решающее значение для здоровья человека. Существуют огромные различия в степени влияния инфекции вируса Зика на развивающийся мозг. Несмотря на нервные последствия инфекции, наблюдаемые у людей и животных, остается много открытых вопросов о взаимосвязи между динамикой распространения инфекции и развитием плода.

Чтобы лучше понять, как вирус Зика влияет на развивающуюся нервную систему, и выяснить поведенческие последствия перенесенной пренатальной инфекции, ученые разработали модель этой болезни у приматов, не родственных человеку. В данной модели ученые заразили беременных макак-резус и их плоды вирусом Зика в начале второго триместра развития плода. Затем они отслеживали их здоровье на протяжении всего периода беременности и характеризовали развитие младенцев в течение первого месяца жизни. Беременные самки, инфицированные вирусом Зика, имели длительные периоды вирусемии и легкие изменения гематологического профиля.

Концентрация РНК вируса Зика, которая служила индикатором масштаба распространения инфекции, была выше у матерей, которые носили плод мужского пола. Количество РНК вируса в плазме матери или околоплодных водах помогло предсказать клинические исходы у младенцев. Выяснилось, что этот параметр был отрицательно связан с ростом детенышей в течение первого месяца жизни. При этом вирус больше влиял на развитие самцов, чем на самок. Хотя по большинству показателей как самцы, так и самки демонстрировали более медленные темпы роста по сравнению с контрольными животными, матери которых не были заражены инфекцией. Младенцы макак-резус проводили больше времени со своими матерями в течение первого месяца жизни по сравнению с контрольными животными. Это важное различие в социальном поведении, которое может иметь долгосрочные последствия для психосоциального развития особи в детстве. — Prenatal Zika virus infection has sex-specific effects on infant physical development and mother-infant social interactions, «Биомолекула»: «Вирус Зика».

Иммунология

Состояние микроокружения опухоли ассоциировано с ответом на терапевтическую вакцинацию против ВПЧ у больных респираторным папилломатозом

Рецидивирующий респираторный папилломатоз (РРП) — это редкое и изнурительное неопластическое заболевание, вызванное хронической инфекцией вируса папилломы человека (ВПЧ) 6 или 11 типа. Оно характеризуется ростом папиллом в верхних отделах дыхательных путей. Утвержденной медицинской терапии заболевания не существует, и пациентам назначают лишь процедуры по уменьшению массы тела для поддержания функции голоса и дыхательных путей. В новой статье журнала Science ученые сообщают о результатах первого клинического исследования 1 фазы, проводимой на людях, с использованием векторной вакцины против ВПЧ, препарата PRGN-2012. Препарат вводился людям, страдающим РРП. PRGN-2012 представляет собой иммунотерапевтический препарат на основе аденовируса гориллы, способный усиливать Т-клеточный иммунитет, специфичный к ВПЧ 6/11. Терапевтическая вакцинация привела к значимому клиническому эффекту у половины пациентов, а ответ был связан с микроокружением опухоли, которое стало стимулировать Т-клеточный ответ, специфичный для ВПЧ. В совокупности эти данные поддерживают дальнейшую клиническую разработку препарата PRGN-2012 для пациентов с РРП. — The tumor microenvironment state associates with response to HPV therapeutic vaccination in patients with respiratory papillomatosis, «Биомолекула»: «ВПЧ: вирус, вызывающий рак», «ВПЧ. Выживет сильнейший.

Иммунный ответ на кишечные бактерии связан со временем постановки диагноза и клиническим ответом на Т-клеточную профилактику диабета 1 типа

В 2017 году Американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило первое в мире лекарство по профилактике сахарного диабета первого типа у детей и взрослых. Теплизумаб — рекомбинантный препарат на основе моноклональных антител против лимфоцитарного рецептора CD3. Препарат стал первой подобной терапией для профилактики диабета первого типа.

Сахарный диабет первого типа — это аутоиммунное заболевание. Он возникает обычно в детском или подростковом возрасте. Иммунная система предрасположенных к заболеванию людей, столкнувшись с некоторыми антигенами, формирует иммунный ответ против бета-клеток островков поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин. На этой стадии патогенеза болезнь бессимптомная, хотя в крови уже есть аутоантитела против собственных же клеток поджелудочной. По мере повреждения клеток за несколько лет формируются субклинические нарушения обмена углеводов (это вторая стадия патогенеза), которые уже можно выявить при обычном обследовании. Но пациенты чаще всего попадают под медицинское наблюдение только на третьей стадии патогенеза, когда появляются первые симптомы диабета.

Микробиом кишечника является потенциальным источником биомаркеров, связанных с будущей диагностикой сахарного диабета первого типа (СД1) и ответом на иммунотерапию. Ранее ученые выяснили, что реакция антител на кишечные комменсальные бактерии связана с диагнозом СД1. Это позволяет предположить, что определенные антимикробные иммунные реакции могут предсказать начало заболевания. В своей новой работе ученые исследовали реакцию антикомменсальных антител (ACAb) против группы таксономически разнообразных видов кишечных бактерий в сыворотках участников клинических испытаний до и после лечения теплизумабом или плацебо. Они определили реакцию иммуноглобулина G2 на три вида бактерий, присутствие которых было связано со временем до постановки диагноза СД1 и ответами на лечение теплизумабом, которое задерживало начало заболевания. Эти реакции антител помогли ученым связать кишечные бактерии человека с прогрессированием СД1, тем самым добавив прогностическую ценность известным факторам риска СД1. Анализ антитела ACAb обеспечивает новый подход к выяснению гетерогенности в ответах на иммунотерапию и поможет выявлять лиц, которым потенциально поможет теплизумаб для задержки начала СД1. — Immune responses to gut bacteria associated with time to diagnosis and clinical response to T cell–directed therapy for type 1 diabetes prevention, «Биомолекула»: «Сахарный диабет I типа, или Охота на поджелудочную железу».

Ингибиторы DGKα/ζ в сочетании с терапией контрольных точек PD-1 способствуют развитию противоопухолевого иммунитета, опосредованного Т-клетками

Терапия, блокирующая иммунные контрольные точки белка программируемой гибели клеток 1 (PD-1), произвела революцию в лечении рака. Однако многие опухоли не реагируют на эти методы лечения. Таким образом, необходимы дополнительные стратегии для усиления противоопухолевого иммунного ответа. С этой целью ученые разработали высокопроизводительную стратегию скрининга фенотипических первичных Т-клеток человека для идентификации малых молекул, обладающих дополнительными механизмами действия при блокаде контрольных точек PD-1. Таким способом исследователи отобрали ряд молекул, которые демонстрировали значительное усиление активации Т-клеток и комбинаторную активность при блокаде PD-1.

Идентификация мишени облегчалась химическим протеомным профилированием с помощью фотоаффинного зонда на основе липидов, который демонстрировал усиленное связывание с диацилглицеринкиназой α (DGKα) в присутствии активного соединения. Процесс связывания коррелировал с транслокацией DGKα на плазматическую мембрану. Ученые также обнаружили, что некоторые из этих соединений являются мощными и селективными ингибиторами как DGKα, так и DGKζ. Эти ферменты, липидкиназы, являются одной из внутриклеточных контрольных точек Т-клеток. Они притупляет передачу сигналов Т-клеток посредством метаболизма диацилглицерина.

Исследователи показали, что двойное ингибирование DGKα/ζ усиливает передачу сигналов Т-клеточных рецепторов. Обычно торможение передачи сигналов и является признаком устойчивости к блокаде PD-1. Кроме того, ингибиторы DGKα/ζ в сочетании с терапией αPD-1 вызывают устойчивую регрессию опухоли на моделях опухолей у мышей. В совокупности эти результаты подтверждают нацеливание на DGKα/ζ в качестве стратегии иммунной терапии рака следующего поколения. — DGKα/ζ inhibitors combine with PD-1 checkpoint therapy to promote T cell–mediated antitumor immunity.

Биомедицина и генная инженерия

FDA изучит безопасность генной терапии серповидноклеточной анемии на основе CRISPR

Терапия, основанная на системе редактирования генома методом CRISPR-Cas9, может стать первой в своем роде, получившей одобрение FDA. Но лечение, предназначенное для терапии заболевания крови, сначала должно подвергнуться пристальному вниманию со стороны агентства и его консультантов.

Серповидноклеточная анемия вызвана аномальными формами гемоглобина — белка в эритроцитах, который переносит кислород. Измененный гемоглобин делает клетки крови деформированными и липкими, заставляет их слипаться и иногда закупоривать кровеносные сосуды. Закупоренные сосуды лишают ткани кислорода, что может привести к долговременному повреждению и эпизодам жгучей боли, которые называются вазоокклюзионными кризами.

Стремление использовать CRISPR для борьбы с болезнями набирает обороты. Цель новой генной терапии Exa-cel заключается в том, чтобы включить в организме выработку другой формы гемоглобина, которая обычно вырабатывается только у развивающегося плода. Производство этого фетального гемоглобина обычно прекращается геном BCL11A вскоре после рождения. Терапия Exa-cel отключает ген BCL11A, что позволяет возобновить выработку фетального гемоглобина во взрослом организме. Это обеспечивает продукцию некоторого количества гемоглобина, который не деформируется и заодно приглушает негативные эффекты аномальной формы.

Vertex и CRISPR Therapeutics сообщили, что через девять месяцев после лечения у 39 из 40 участников их клинического исследования не было ни одного вазоокклюзионного криза. До лечения у них было в среднем около четырех случаев в год. Чтобы применить Exa-cel, врачи сначала собирают кроветворные стволовые клетки у человека с серповидноклеточной анемией. Затем клетки проходят процедуру редактирования генома, которая включает в себя фермент Cas9 для разрезания ДНК и молекулу РНК, которая направляет фермент к целевому участку ДНК в гене BCL11A.

Попав в нужный участок, фермент Cas9 разрезает обе цепи ДНК. Естественные механизмы репарации ДНК затем снова сшивают цепочки вместе. Однако механизмы репарации склонны к ошибкам в последовательности ДНК. Эти ошибки могут с ненулевой вероятностью вывести из строя ген BCL11A и активировать тем самым выработку фетального гемоглобина. — Is CRISPR safe? Genome editing gets its first FDA scrutiny, «Биомолекула»: «Как болезни крови генной терапией лечили».

Репродуктивная биология

Обнаружено, что у некоторых шимпанзе наступает менопауза. Это исключение или правило? Как это связано с человеком?

Самки группы диких шимпанзе (Pan troglodytes) являются первыми приматами, не являющимися людьми, у которых зарегистрировано наступление менопаузы. Открытие, опубликованное в журнале Science, углубляет загадку того, почему у горстки млекопитающих, в которую входят только люди и зубатые киты, продолжительность жизни самок превышает их репродуктивный возраст.

Исследователи наблюдали за 185 самками сообщества шимпанзе Нгого в Национальном парке Кибале, Уганда. Несколько самок шимпанзе продолжали жить пострепродуктивной жизнью, иногда даже после 60 лет. Выходит, что самки шимпанзе Нгого проводят около одной пятой своей взрослой жизни в этом пострепродуктивном периоде, что примерно вдвое короче, чем у людей на этапе охотников-собирателей. У самок шимпанзе происходят гормональные изменения, аналогичные тем, которые наблюдаются у людей. Ученые пристально следили за пострепродуктивными самками и собирали образцы мочи, льющейся с деревьев. Команда обнаружила снижение уровня эстрогенов и прогестинов в сочетании с повышенным уровнем фолликулостимулирующего гормона и лютеинизирующего гормона у этих самок — гормонов, которые контролируют овуляцию и обновление слизистой оболочки матки после менструации.

«Мы всегда знали, что эти пострепродуктивные самки существуют», — говорит соавтор Кевин Лангерграбер, приматолог из Университета штата Аризона в Темпе, изучающий популяцию Нгого с 2001 года. Выходит, что у шимпанзе с возрастом происходят те же физиологические процессы, что и у людей, а не снижение рождаемости из-за болезни.

Пока что длительная пострепродуктивная жизнь зарегистрирована только у пяти отличных от человека млекопитающих: косаток (Orcinus orca), короткоплавниковых гринд (Globicephala macrorhynchus), нарвалов (Monodon monoceros), белух (Delphinapterus leucas) и ложных косаток (Pseudorca crassidens).

Одна из гипотез эволюции жизни за пределами периода размножения, а не менопаузы как таковой, называется гипотезой появления бабушек. Она говорит о том, что пожилые самки могут улучшить свое генетическое наследие, помогая своим дочерям воспитывать потомство. Но эта гипотеза не работает на шимпанзе, потому что молодые самки покидают свою семейную группу для спаривания и отделяются от своих матерей.

Альтернативным эволюционным объяснением, которое могло бы объяснить менопаузу у шимпанзе Нгого, является гипотеза репродуктивного конфликта, которая предполагает, что внутри группы старшие самки прекращают размножаться, чтобы предотвратить репродуктивную конкуренцию с более молодыми самками, которые со временем все чаще становятся их внучками или имеют иную степень близкого родства. — Menopausal chimpanzees deepen the mystery of why women stop reproducing.