Наиболее заметным событием на конференции AGBT 2014 (Advances in Genome Biology and Technology), проходившей во Флориде с 12 по 15 февраля, стала демонстрация компактного полупроводникового секвенатора GENIUS 110™, разработанного компанией GenapSys.

Производительность этого прибора определяется разрешением одноразовых КМОП-сенсорных чипов. Планируется выпуск чипов трёх типов – для таргетного секвенирования (на 1 млрд.п.о.), для экзомного секвенирования (на 10 млрд.п.о.) и для полногеномного секвенирования (на 100 млрд.п.о.). Сроки выпуска секвенатора не определены, но регистрация заявок на участие в его испытаниях по программе раннего доступа завершается 31 мая.

У полупроводниковых секвенаторов PGM и Ion Proton, разработанных компанией Ion Torrent, сенсорные чипы регистрируют изменение pH при синтезе ДНК. Технология GenapSys построена на регистрации изменения заряда самой ДНК. При таком подходе отсутствуют характерные для приборов Ion Torrent диффузионные потери, что позволяет уменьшить размеры сенсорных пикселов, повысить разрешение чипов и, соответственно, увеличить их расчётную производительность.

Пока неясно, оправдаются ли расчёты разработчиков, но миниатюрность показанного на конференции прибора впечатляет. Картридж с расходными реагентами и все подсистемы полупроводникового секвенатора GENIUS 110™ - электронная, жидкостная и вычислительная - поместились в компактном корпусе шириной 15 см и длиной около 20 см.

Источники информации:
http://genapsys.com/
http://www.genomeweb.com/sequencing/agbt-g...r-leaves-open-q
http://www.pr.com/press-release/543000

---

Поблагодарили (6): молекула, Vadim Sharov, Statin, xenopus, AVS, bifurcafe

Новое исследование древнейшего сообщества многоклеточных и моделирование условий их обитания отвечает на вопрос о том, почему морские животные постепенно увеличивались в размерах.

Оказалось, что размерная гонка между животными происходила уже на заре эволюции многоклеточных. Существа неясного систематического положения, известные под собирательным названием «рангеоморфы», вели прикрепленный образ жизни на каменистых грунтах. Они были осмотрофами, т.е. получали питательные вещества напрямую из морской воды. Внешне рангеоморфы напоминали кисти или перья, а их высота варьировала в пределах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Какие же преимущества давал им крупный размер? Эти организмы жили на больших глубинах, куда не проникает солнечный свет, и, следовательно, они не были способны к фотосинтезу. Поэтому тенденцию к увеличению в размерах нельзя связать с фототропизмом, как в случае водорослей и других водных растений.

Биологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) и их иностранные коллеги попробовали смоделировать процессы, происходившие в экосистемах эдиакарского периода более 580 млн. лет назад. Они провели компьютерную симуляцию придонных течений, которые переносили необходимые животным биогенные вещества.

Рангеоморфы, вероятно, конкурировали с бактериями, которые тоже специализируются на извлечении нужных им химических соединений из воды. Исследование показало, что увеличение в размерах давало рангеоморфам определенные преимущества. Первоначальная гипотеза связывала рост в высоту с придонными градиентами кислорода и питательных веществ. Но моделирование показало, что скорость придонных течений убывает по мере приближения ко дну. При этом между потоками с разными скоростями возникают завихрения, которые нивелируют глубинный градиент. А значит, это объяснение не подходит.

С другой стороны, быстрые водные потоки обеспечивают интенсивное перемешивание и увеличивают эффективность осмотрофного питания. Исследователи заключили, что именно этот эффект давал «высоким» эукариотам преимущества перед бактериями, которые образовывали тонкие пленки на грунте.

Интересно, что и сами донные группировки рангеоморфов влияли на окружающие их течения, приводя к их замедлению. Как следствие, это приводило к "эволюционной гонке" размеров: стремясь "дотянуться" до стремительных водных потоков, рангеоморфы становились все крупнее. Вероятно, стратегия была достаточно успешной: они просуществовали вплоть до «кембрийского взрыва», когда на смену протерозойской фауне пришли современные группы морских животных.


Источник: scitechdaily.com,
Ghisalberti M1, Gold DA2, Laflamme M3, Clapham ME4, Narbonne GM5, Summons RE6, Johnston DT7, Jacobs DK8. Canopy flow analysis reveals the advantage of size in the oldest communities of multicellular eukaryotes Curr Biol. 2014 Feb 3;24(3):305-9. doi: 10.1016/j.cub.2013.12.017.

Иллюстрация: Слева - ископаемые отпечатки рангеоморф, справа - реконструкция придонных течений в эдиакарских сообществах. Длина синих стрелок обозначает скорость потоков на разных глубинах. Завихрения между ними (темная линия) препятствуют стратификации слоёв воды.

---

Поблагодарили (7): Mike Shelk, alex017, xenopus, Newsline, NCP-bio, inview, Werta

Клетки, мигрирующие в организме во время развития или установления новых связей между нейронами, должны знать, куда им двигаться. Ошибки миграции обычно вызывают заболевания или нарушения в развитии. Контроль движения осуществляется другими клетками, с которыми они взаимодействуют и от которых затем «отталкиваются» после непродолжительного контакта. Вместе с коллегами из Института молекулярной физиологии общества Макса Планка, учёные в Институте нейробиологии общества Макса Планка открыли, что эфриновые рецепторы должны собираться в группы из трёх или четырёх, чтобы активироваться и передать сигнал. Соотношение таких мультимеров и неактивных димеров определяет силу клеточного отталкивания (репульсии), возникающего в ответ.

Сигналы, передаваемые через эфрин и эфриновый рецептор важны для многих клеточных взаимодействий. В результате передачи сигнала, одна клетка обычно отталкивает другую, и та продолжает рост в другом направлении. Благодаря этому клетка движется в правильном направлении.

«Многие рецепторные системы выработали защитный механизм для предотвращения передачи ложных сигналов запуска клеточных процессов», - объясняет Rüdiger Klein, директор Института нейробиологии. «Обычно сигнал проводится в клетку, только если два комплекса лиганд-рецептор образуют димер». Однако в случае с эфрином и его рецептором дела обстоят иначе. Комплексы эфрин-эфриновый рецептор формируют не только димеры, но и группы, состоящие из большего количества комплексов. Ранее учёные не могли объяснить, как это влияет на репульсию и её силу.

Изучение образования разных групп эфриновых рецепторов в клеточной культуре показывает, что димеры не являются активными. Репульсию клеток вызывают только тримеры и тетрамеры. Первоначально было предположено, что бОльшие группы могут запускать более сильный сигнал, но впоследствии выяснилось, что важным является не размер каждой группы, а состав.

Чем больше в группе присутствует тримеров и тетрамеров и меньше димеров, тем более сильное отталкивание произойдёт между клетками. И наоборот, чем больше димеров и меньше мультимеров, тем репульсия будет слабее или её не будет вообще. Благодаря этому механизму клетка может быть принуждена развернуться в обратном направлении или просто пройти мимо рядом с направляющей клеткой.


Источник:
http://www.mpg.de/7897435/ephrin-receptors...research_topic=

Andreas Schaupp, Ola Sabet, Irina Dudanova, Marion Ponserre, Philippe Bastiaens, Ruediger Klein The composition of EphB2 clusters determines the strength in the cellular repulsion response Journal of Cell Biology, 3 February 2014

Проанализированы мутации в экзомах 4.742 опухолей 21 различного типа раков. Этот широкомасштабный анализ выявил мутации в практически всех известных связанных с раком генах. Кроме того, идентифицированы 33 новых гена ранее не ассоциировавшихся с раком. По оценке, сделанной на основании полученных данных, для создания практически полного каталога генов, мутирующих при 50 типах рака, нужно секвенировать примерно 100.000 опухолей.

Для разработки в будущем эффективных стратегий диагностики и лечения рака необходимы знания о генах, нарушения в которых связаны с развитием злокачественных опухолей. Только ограниченное количество связанных с раком генов сравнительно часто (>20%) мутирует в злокачественных опухолях данного типа. Большинство из них мутирует с промежуточной частотой (2-20%). С целью оценить возможность создать детальный каталог раковых генов авторы проанализировали соматические точечные мутации (мононуклеотидные замены, малые моно-, ди- и олигонуклеотидные делеции и инсерции) в 4.742 парах опухоль/нормальная ткань 21 типа рака. Количество пар различных типов варьировало от 35 до 892. В работе использовались ранее созданные базы данных The Cancer Genome Atlas (TCGA) и некоторых других проектов.

Достоверность анализа оценивалась по «глубине» секвенирования, чистоте и плоидности образцов опухолей и составляла более 90%. Частота мутаций среди образцов одного типа и различных типов варьировала в пределах пяти порядков и составляла от 0,03 до 7.000 на МВ. Спектры мутаций также сильно варьировали. Проведенный широкомасштабный анализ выявил мутации в практически всех ранее известных связанных с раком генах. Кроме того, идентифицированы 33 гена ранее не ассоциировавшихся с раком. Новые гены связаны с процессами пролиферации, апоптоза, со стабильностью генома, структурой хроматина, уклонением от действия защитных механизмов иммунитета, процессингом РНК, гомеостазом белков. Из этих 33 генов 5 мутировало с частотой более 10%, а 15 - более 5%. Для создания каталога генов, мутирующих с высокой и средней частотой требуется секвенировать в среднем по 2.000 опухолей из 50 типов рака, т.е. ~100.000 опухолевых геномов.

Задача является весьма актуальной: в мире ежегодно от рака умирают ~8 миллионов человек. И она представляется решаемой как с технологической, так и с экономической точек зрения. За последние 10 лет время анализа существенно сократилось, а стоимость секвенирования ДНК уменьшилась в миллион раз и, вероятно, будет еще снижаться.


Подпись к рисунку: Количество образцов опухолей, требующееся для идентификации наиболее значимых генов, мутирующих в опухолях, как функция от средней частоты мутаций при различных типах опухолей. Черными точками обозначено количество образцов, проанализированных в данной работе.

Источник: Lawrence MS, Stojanov P, Mermel CH, Robinson JT, Garraway LA, Golub TR, Meyerson M, Gabriel SB, Lander ES, Getz G. Discovery and saturation analysis of cancer genes across 21 tumour types. // Nature. 2014; V. 505: P. 495-501.

---

Поблагодарили (11): ship, NMR-guy, spqr, Priamo, Newsline, Replikant, NCP-bio, Nasta, Eurekf, Пасюк, Leysan

В 2006 году японские ученые сообщили о методе получения индуцированных плюрипотентных клеток (iPS). Для этого используется трансплантация ядер или искусственная экспрессия определенных транскрипционных факторов. Похоже, что в области получения и манипуляций с iPS произошел серьезный прорыв. В последнем номере журнала Nature вышли две статьи другой группы японцев, в которых сообщается об открытии простой методики получения iPS. Авторы назвали метод STAP — stimulus-triggered acquisition of pluripotency. Суть его заключается в том, что соматические клетки подвергают сильному стрессу. В статьях используется в основном понижение рН (до 5.7), однако авторы сообщают также об обработке стрептолизином и механическом стрессе. Предполагается, что подобный механизм предусмотрен природой для заживления ран после повреждения.

Как сообщает H.Obokata (первый автор в обоих статьях), поначалу никто не верил полученным ей результатам. Пришлось употребить массу усилий, чтобы доказать, что во-первых, выбранные для эксперимента соматические клетки действительно являются дифференцированными и не содержат стволовых клеток, а во-вторых, что полученные в результате манипуляций клетки действительно являются плюрипотентными и способны дать начало любым клеткам организма. Сообщается, что с помощью технологии STAP получены iPS из более чем десятка тканей взрослого организма. Наиболее наглядные результаты были получены с лимфоцитами. Для мониторинга процесса в реальном времени использовались трансгены Oct4-GFP. После воздействия низким рН клетки в течение недели прекращали экспрессировать маркеры дифференцировки и начинали экспрессировать маркеры плюрипотентности. При инъекции в мышиные бластоцисты STAP-клетки оказались способны включаться в любые ткани полученных химерных животных (в т.ч. в клетки зародышевой линии), что подтверждает их плюрипотентность.

STAP-клетки отличаются от ES-клеток целым рядом свойств. STAP-клетки не способны к пролиферации в культуре и уходят в апоптоз при дезагрегации. Авторам удалось подобрать состав среды, чтобы преодолеть это досадное ограничение: в присутствии адренокортикотропного гормона STAP-клетки приобретали способность к пролиферации в течение длительного времени. Авторы назвали их стволовыми STAP-клетками. Они также сохраняли плюрипотентность при инъекции в развивающиеся эмбрионы.

Однако японцы не остановились и на этом. В отличие от STAP-клеток, при инъекции в бластоцисты стволовые STAP-клетки (как и ES-клетки) крайне редко включаются в состав плацентарной ткани зародыша. Авторы установили, что после обработки FGF4 стволовые STAP-клетки приобретают свойство включаться в состав трофобласта и, соответственно, плаценты.

Нынешние технологии клонирования эмбрионов предусматривают трансплантацию ядер, культивирование зародышей in vitro и последующую их подсадку к суррогатам. Способность полученных японцами клеток формировать собственную плаценту, возможно, позволит в будущем обойтись без трудоемких промежуточных стадий, напрямую подсаживая клетки псевдоеременным животным. Но это пока, как говорит один из соавторов, "dream stage".


Картинки из обсуждаемых статей. Вверху — общая схема экспериментов, внизу — химерный зародыш, зеленое свечение соответствует потомству STAP-клеток в составе эмбриона.

Источники:
Acid bath offers easy path to stem cells. D.Cyranoski, Nature News in Focus

Stimulus-triggered fate conversion of somatic cells into pluripotency. H.Obokata et al, Nature 505, 641–647 (30 January 2014)

Bidirectional developmental potential in reprogrammed cells with acquired pluripotency. H.Obokata et al, Nature 505, 676–680 (30 January 2014)

---

Поблагодарили (7): Newsline, Redactor, Vadim Sharov, inview, NMR-guy, Replikant, Nasta

С целью выявить врожденные и соматические аномалии структуры генов, которые могут быть связаны с канцерогенезом, проведено секвенирование экзомов пар опухолеь/нормальная ткань в 429 случаях карциномы яичников по сравнению с 557 контролями. Идентифицировано 3.635 терминирующих мутаций и 22.953 миссенс-варианта для которых можно предсказать функциональные последствия. Кроме уже известных аномалий генов и путей, связанных с карциномой яичников, найден ряд новых, которые могут быть связаны с этим раком.

Рак яичников обычно диагносцируется лишь на поздних стадиях, и выживаемость более 5 лет при нем составляет ~44%. Вместе с тем примерно у 20-25% женщин имеются врожденные мутации, предрасполагающие к этой карциноме. Новые технологии секвенирования позволяют разработать экономически целесообразную стратегию раннего выявления генетических аномалий, предрасполагающих к карциноме яичников.

Авторы впервые провели широкомасштабный детальный анализ и врожденных, и соматических вариантов структуры экзомов при раке яичников. Секвенирование проводилось с помощью платформ Illumina или SOLiD. Для дальнейшего анализа брали данные если «глубина» секвенирования составляла не менее 20. Из 460 образцов опухолей карциномы яичников и нормальной ткани критериям отбора соответствовали 429. Для сравнения использовались как вновь секвенированные образцы ДНК здоровых людей, так и базы данных по структуре экзомов.

В результате проведенных исследований были подтверждены и уточнены ранее полученные данные. Так показано, что как врожденные, так и соматические аномалии, свойственные карциноме яичников, наиболее часто наблюдаются в генах пути Фанкони (примерно 20% случаев). Кроме того, идентифицирован ряд генов-кандидатов, которые ранее не связывали с канцерогенезом или предрасположенностью к этому заболеванию (ASXL1, RB1, NF1, EXO1, CDKN2A и др.). Анализ взаимодействия врожденных и соматических вариантов, в том числе биоинформатический анализ, выявил 222 нонсенс и миссенс варианта как кандидатов во врожденные факторы предрасположенности к раку яичников.

Найденные аномальные варианты, номинированные как факторы предрасположенности, нуждаются в дальнейших экспериментальных исследованиях их функций и дополнительных клинических наблюдениях. Полученные результаты найдут применение для разработки стратегий скрининга предрасположенности к раку яичников.


Подпись к рисунку: Рак левого яичника.

Источник: Kanchi KL, Johnson KJ, Lu C, McLellan MD, Leiserson MD, Wendl MC, Zhang Q, Koboldt DC, Xie M, Kandoth C, McMichael JF, Wyczalkowski MA, Larson DE, Schmidt HK, Miller CA, Fulton RS, Spellman PT, Mardis ER, Druley TE, Graubert TA, Goodfellow PJ, Raphael BJ, Wilson RK, Ding L. Integrated analysis of germline and somatic variants in ovarian cancer. // Nat Commun. 2014; V. 5: 3156. doi: 10.1038/ncomms4156.

---

Поблагодарили (1): Vadim Sharov

Группа исследователей из Университета штата Мичиган и Университета Уэйна показали, что ген, ответственный за развитие ног и крыльев, играет определяющую роль в способности пчёл переносить пыльцу.

«Работа гена необходима для формирования конечностей, способных переносить пыльцу», - говорит Zachary Huang, энтомолог из Университета штата Мичиган. «Подобные исследования в этой области уже проводились, но мы изучили в деталях, как происходят эти модификации».

Ген, о котором идёт речь – Ultrabithorax, или Ubx. Под его контролем у рабочих пчёл на задних ногах формируются такие специфические структуры, как пыльцевая корзина, пыльцевой гребешок (состоящий из 11 щетинок), а также пыльцевые щипчики (выступы на задних ногах, которые помогают собирать и переносить пыльцу в улей). Щёточкой пчёлы сметают пыльцу с тела в корзиночку.

Эти приспособления есть только у рабочих пчёл, у королев их нет. Исследователи смогли подтвердить это подавлением активности гена Ubx. Пыльцевые корзиночки при этом совсем исчезли, кроме того был ингибирован рост пыльцевых щёток и уменьшен размер пыльцевых щипчиков.

У шмелей, которые относятся к тому же семейству, что и медоносные пчёлы, королевы имеют пыльцевые корзинки, схожие с таковыми у рабочих. У этого вида Ubx играет похожую роль в изменении задних ног, потому что ген сильнее экспрессируется в задних ногах в сравнении с передними и средними ногами.

Кроме медоносных пчёл, которые происходят не из Северной Америки, в одном только Мичигане насчитывается более 300 видов других пчёл. Среди них – люцерновые пчелы-листорезы (одиночные), галиктиды (примитивный общественный образ жизни), шмели (общественные насекомые).

«Чем менее общественным является данный вид пчёл, тем менее у него развиты пыльцевые корзинки, а могут и вовсе отсутствовать», - говорит Huang. «Мы сделали вывод, что появление пыльцевых корзинок оказалось важнейшим событием в эволюции общественных насекомых, которое напрямую связано со сложным социальным поведением».


Источники:
http://msutoday.msu.edu/news/2014/single-g...n-from-workers/

V. Medved, Z. Y. Huang, A. Popadic. Ubx promotes corbicular development in Apis mellifera. Biology Letters, 2014; 10 (1): 20131021 DOI:10.1098/rsbl.2013.1021

---

Поблагодарили (4): xenopus, ell, Vadim Sharov, Newsline

У человека (и всех млекопитающих) один геном соответствует одному плану строения тела. Однако у многих, если не сказать большей части, животных в жизненном цикле присутствует несколько форм, переход между которыми называется метаморфозом. Молекулярные механизмы метаморфоза достаточно хорошо изучены у насекомых (Drosophila и иже с ней) и у позвоночных (амфибий). Однако за пределами этих модельных организмов начинается практически terra incognita. В статье в Current Biology К.Халтурин с соавторами изучили механизм метаморфоза у сцифомедузы Aurelia aurita. В своем жизненном цикле сцифомедузы проходят 3 стадии – личинки (планулы), полипа и медузы. Метаморфоз из полипа в медузу происходит при продолжительном понижении температуры воды.

Авторы выяснили, что в процессе перехода от полипа к медузе (стробиляции) ключевую роль играет ретиноевая кислота и ее рецептор (RxR). 9-cis RA непосредственно индуцирует стробиляцию, а ингибиторы (4-diethylaminobenzaldehyde и UVI3003) ее подавляют. У тех книдарий, у которых нет медузоидной стадии, в геноме отсутствуют гены RxR.

Кроме того, сравнивая транскриптомы Аурелии на разных стадиях жизненного цикла с помощью NGS и микрочипов, авторы идентифицировали несколько генов, ключевых для запуска стробиляции. Один из таких генов, CL390, не имеет прямых гомологов у других организмов и кодирует секретируемый предшественник нескольких пептидов. Синтетический аналог одного их этих пептидов (WSRRRWL) индуцирует, а подавление экспрессии CL390 с помощью siRNA подавляет стробиляцию. Интересно, что WSRRRWL имеет структурное сходство с другими веществами, также индуцирующими метаморфоз у Аурелии – всем знакомым индометацином и некоторыми другими. Таким образом, был идентифицирован пептидный гормон-индуктор метаморфоза.

Удивительно, что открытый авторами механизм запуска стробиляции у сцифомедузы имеет определенную аналогию (или гомологию-?) с механизмами индукции метаморфоза у насекомых и амфибий. И у тех, и у других активация метаморфоза происходит в 2 стадии – нейрональную и гормональную. У амфибий тиреотропный гормон гипофиза регулирует продукцию тиреоидного гормона. Гены метаморфоза активируются гетеродимером рецептора тироидного гормона (TR) и RxR.

У насекомых проторокальнотропный гормон регулирует продукцию экдизона. Гены-мишени метаморфоза активируются гетеродимером Ultraspiracles (гомолог RxR) ядерным рецептором экдизона (EcR). Тироидный гормон позвоночных является продуктом конденсации ароматического кольца тирозина. У Аурелии минимальным фармакофором гормона стробиляции также является ароматическое кольцо (триптофана).

Таким образом, новые данные открывают неожиданное сходство в регуляции метаморфоза у эволюционно далеких животных.


Картинка: Graphical Abstract к обсуждаемой статье.
Источник: Fuchs et al. Regulation of Polyp-to-Jellyfish Transition in Aurelia aurita. Curr Biol, 2014

---

Поблагодарили (6): Newsline, Vadim Sharov, Olezhek, Анастасия Ловгач, Agouti, Dashas

Хорошо известно, что курение провоцирует рак легких, заболевания сердца и многие другие. В дополнение к этому скорбному списку оказалось, что табачный дым нарушает работу системы SIRT1- BMAL1 и портит суточный ритм работы легких и мозга. При этом могут усиливаться воспалительные процессы в легких, нарушаться сон, что приводит к «каше в мозгах», скверному настроению, депрессии, чувству тревоги.

Суточный ритм предсавляет собой биологические осцилляции, происходящие в течение 24 часов, синхронизированные с влияниями извне, в частности со сменой дня и ночи. Его нарушение свойственно некоторым патологиям: ритм нарушен в легких человека при их обструктивном воспалении. Главным регулятором суточного цикла на молекулярном уровне является комплекс регуляции транскрипции-трансляции CLOCK:BMAL1. Этот гетеродимер активирует транскрипцию генов PER и CRY. Продукты генов формируют гетеродимер, который подавляет активность CLOCK:BMAL1, подавляя таким образом транскрипцию кодирующих их генов. Авторы изучили механизм, посредством которого табачный дым модулирует экспрессию ключевого гена суточного цикла BMAL1.

В экспериментах использовались взрослые мыши линии C57BL6/J дикого типа и мутанты по ортологам человеческих генов BMAL1 и SIRT1 (кодирует деацетилазу защищающую BMAL1 от ацетилирования и последующей деградации). Мышей или культивируемые эксплантаты мозга и легких подвергали кратковременной или долговременной экспозиции высокими концентрациями табачного дыма или конденсатом дыма соответственно. Изучали ритмы экспрессии генов суточного цикла, ритмы двигательной активности животных, функции легких и мозга, эксплантантов легких и мозга, воспалительные и эмфизематозные ответы легких.

Было показано, что табачный дым вызывал нарушения ритма экспрессии генов суточного цикла и в мозге, и в легких, снижение двигательной активности, активацию воспалительных процессов в легких. При этом наблюдалась повышенное ацетилирование и усиленная деградация BMAL1 , что было связано с подавлением SIRT1. Аналогичная аномалия свойственна и больным хронической обструктивной пневмонией. Искусственное усиление активности SIRT1 нормализовало и физиологические процессы, и уровень BMAL1. В то же время у мышей с делецией BMAL1 в эпителии легких дым вызывал воспаление, которое не ослаблялось селективной активацией SIRT1.

Компоненты биологического цикла, в частности энхансер BMAL1 играют ключевую роль в индуцированных табачным дымом нарушениях работы легких и мозга опосредованных путем SIRT1- BMAL1.

Источник: Hwang JW, Sundar IK, Yao H, Sellix MT, Rahman I. Circadian clock function is disrupted by environmental tobacco/cigarette smoke, leading to lung inflammation and injury via a SIRT1-BMAL1 pathway. // FASEB J. 2014; V. 28: P. 176-194.

Подпись к рисунку: Нарушение биологических циклов под действием табачного дыма ассоциировано с путем SIRT1-BMAL1. Дым понижает активность SIRT1, приводит к усиленному ацетилированию и последующей деградации BMAL1. Это провоцирует воспаление в легких, нарушение биологического ритма мозга, снижение двигательной активности.

---

Поблагодарили (7): NMR-guy, d-p, papa Karlo, xenopus, Priamo, Sergy, Vadim Sharov

Кто бы мог подумать, к чему может привести лёгкий флирт... Немногочисленные брачные союзы между представителями нашего вида и неандертальцами во многом повлияли и на наш внешний вид, и на склонность к некоторым заболеваниям. Но это «генетическое наследство» также показывает, как сильно мы отличаемся от нашего сестринского вида.

Неандертальцы жили в Европе и Азии между 200 и 30 тыс. лет назад. Люди современного типа встретились с ними примерно 65 тыс. лет назад. А значит, у обоих видов было достаточно времени для того, чтобы познакомиться поближе. Доказательства их близкого родства и межвидового скрещивания генетики получили еще в 2010 г. Теперь же Шрирам Санкарамэн, Дэвид Рейч и их коллеги провели исследование человеческих геномов для того, чтобы оценить влияние древней гибридизации на наш вид.

Они обнаружили, что гены неандертальцев чаще всего встречаются в участках геномов с высокой степенью вариабельности. Это означает, что несмотря на незначительную долю неандертальских генов (1,6-1,8%), они могут служить главной мишенью естественного отбора и имеют большое биологическое значение.

Исследования были продолжены Джошуа Экеем и Беном Вернотом. Как и в предыдущей работе, они обнаружили неандертальскую ДНК в генах кератина – волокнистого белка, составляющего основу волос, ногтей и кожного эпителия. Один из генов, BNC2, связан с пигментацией кожи. Оказывается, светлокожесть жителей Европы и Азии – одно из последствий скрещивания с неандертальцами. Светлая кожа способствует синтезу витамина D в условиях недостаточной солнечной радиации в высоких широтах. Однако исследование генома древнего (примерно 7 тыс. лет назад) жителя Европы показало, что его кожа, скорее всего, была тёмной. Значит, адаптация стала универсальной лишь спустя многие тысячи лет.

Но не все гены неандертальцев полезны: так, некоторые из них, возможно, способствуют развитию диабета 2-го типа, болезни Крона и волчанки. А другие, вероятно, создают проблемы с фертильностью: обнаружилось, что гены неандертальцев полностью отсутствуют в "женской" X-хромосоме. Значит, они отбраковывались отбором: такая ситуация типична для скрещивания близких, но уже обособившихся друг от друга видов.

Источник: New Scientist
Изображение: Who's the daddy? ("Кто же мой папа?") (Mark Thiessen/National Geographic Creative)

---

Поблагодарили (9): NCP-bio, papa Karlo, Vadim Sharov, Mike Shelk, молекула, Priamo, Koval, FUA, Squaw

Формирование опухолей колоректального рака зависит от функционирования инициирующих клеток, способных к самообновлению и «дифференцировке» в опухоль. Для самообновления необходима функция BMI-1. Подавление BMI-1 низкомолекулярным соединением РТС-209 блокирует самообновление и приводит к длительному необратимому подавлению роста опухолей. Подавление способности CICs к самообновлению может стать новым подходом для лечения колоректального рака.

Колоректальный рак обычно развивается в соответствии с моделью раковых стволовых клеток. Такие клетки (cancer-initiating cells, CICs) инициируют рост опухолей, и в отличие от других клеток опухоли обладают способностью к самообновлению, устойчивостью к противораковой терапии, уклоняются от перехода в состояние покоя и гибели. CICs свойственны ряду различных раков человека, но свойство самообновления как возможная мишень для терапии пока не исследовалось.

BMI-1 является регулятором, связанным с самообновлением стволовых клеток в ряде тканей. Подавление его экспрессии с помощью shРНК в линии клеток аденокарциномы толстой кишки LS174T и в пяти первичных культурах колоректального рака приводило к подавлению их роста in vitro. Введение таких клеток с «нокаутированным» BMI-1 (knocked down, BMI-1-KD) иммунодефецитным мышам вызывало или сильно подавленный по сравнению с не-KD клетками рост опухолей, или опухоли не формировались вообще. Следовательно, BMI-1 необходим для роста опухолей in vivo. В опухолях, образованных BMI-1-KD-клетками, обнаруживалось в 10-60 раз меньше CICs, чем в не-KD-опухолях.

Химическое соединение РТС-209, подавлявшее экспрессию BMI-1, не влияло на рост клеток эмриональных почек человека, но подавляло перевиваемые клетки LS174T и клетки первичных культур колоректального рака. Подавляющий эффект РТС-209 оказался необратимым: после четырехдневной обработки рост клеток в среде без РТС-209 подавлялся в 2-11 раз. Было показано, что необратимый подавляющий эффект РТС-209 связан с необратимым подавлением роста CICs. В результате введения мышам клеток, обработанных РТС-209, образование опухолей либо сильно подавлялось, либо не наблюдалось вообще.

Внутрибрюшинные инъекции мышам РТС-209 в различной мере, но всегда очень существенно замедляло рост опухолей, уже развившихся в результате введения клеток ряда перевиваемых культур колоректального рака и первичных культур опухолей человека. Никаких побочных эффектов при таком лечении не наблюдалось. Анализ экспрессии в клетках опухолей маркеров CICs показал, что подавление BMI-1 блокировало рост CICs. Прерывание лечения мышей РТС-209 давало различный эффект: при трансплантации клеток LIM1215 опухоли опять начинали расти, а в случае НСТ116 продолжалось достигнутое под действием РТС-209 подавление роста. Опухоли, образовавшиеся в результате трансплантации клеток первичных опухолей мышей, леченных РТС-209 новым реципиентам, оставались чувствительными к РТС-209.

Полученные результаты дали строгое подтверждение концепции о целесообразности разработки подходов к подавлению детерминант самообновления CICs как подхода к терапии рака.


Подпись к рисунку: Структурная формула РТС-209.

Источник: Kreso A, van Galen P, Pedley NM, Lima-Fernandes E, Frelin C, Davis T, Cao L, Baiazitov R, Du W, Sydorenko N, Moon YC, Gibson L, Wang Y, Leung C, Iscove NN, Arrowsmith CH, Szentgyorgyi E, Gallinger S, Dick JE, O'Brien CA. Self-renewal as a therapeutic target in human colorectal cancer. // Nat Med. 2014; V. 20: P. 29-36.

---

Поблагодарили (4): petr, Vadim Sharov, papa Karlo, NMR-guy

В статье “Rapid formation of multicellular spheroids in double-emulsion droplets with controllable microenvironment” (Scientific Reports, 3:3462, Hon Fai Chan из Университета Дьюка /США/ с соавторами), опубликованной в декабре 2013 года, была продемонстрирована возможность быстрого, всего порядка 150 минут, формирования компактных клеточных агрегатов (“сфероидов”) из отдельных клеток, помещаемых в микрокапли по технологии микрофлюидики.

Получение в качестве “кусочков ткани” клеточных сфероидов является одним из привлекательных направлений тканевой инженерии и трансплантологии. Благодаря пространственной структуре клеточные сфероиды гораздо лучше моделируют условия in vivo, в том числе прямые клеточные контакты, химические сигналы и взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом, что обеспечивает для образующих сфероиды клеток лучшую жизнеспособность и сохранение фенотипа, который зачастую утрачивается в клеточной культуре.

Обычный подход к получению сфероидов подразумевает суспензионное культивирование клеток во флаконах-спиннерах, что достаточно просто, но приводит к гетерогенности размеров и, как следствие, гетерогенности дифференцировки, а также дает низкий выход. Получение клеточных сфероидов по технологии микрофлюидики позволяет получать внутри двойных капель (“вода-масло-вода”) многоклеточные сфероиды контролируемого размера в диапазоне от 50 до 80 мкм, а затем выделить их, действуя агентом, разрушающим эмульсию.

Инкапсуляция сфероидов в капли двойной эмульсии увеличивает жизнеспособность клеток по сравнению с обычной эмульсией (“вода в масле”) за счет лучшего обеспечения клеток кислородом. питательными веществами и ростовыми факторами, благодаря диффузии через гидрофобную оболочку. При помещении сфероида, выделенного из эмульсии, на плоскую подложку клетки обладают способностью прикрепляться к ней и распространяться, снова образуя прикрепленную клеточную культуру.

В качестве внутренней фазы двойной эмульсии можно использовать раствор гидрогеля, который после образования клеточных сфероидов инкапсулирует их в защитную гелевую оболочку. В описываемой работе использовали человеческие мезенхимальные стволовые клетки (hMSC) для получения сфероидов в альгинате и в альгинат-аргинин-глицин-аспартате (альгинат-RGD). Было показано, что клетки, образовавшие сфероиды в геле, формируют сложную пространственную сеть внеклеточного белкового матрикса, включающего коллаген I типа и ламинин, которая напоминает внеклеточный матрикс, наблюдаемый в тканях in vivo, а также обладают высокой способностью к остеогенной тканевой дифференцировке.


микрофлюидика Dolomite на сайте Диаэм.

---

Поблагодарили (2): papa Karlo, Vadim Sharov

Фактор транскрипции EN1, свойственный некоторым нейронам, обнаружен в клетках базальноподобного рака молочной железы как фактор роста опухоли. Сконструированы пептиды ингибирующие его онкогенную функцию. Пептиды вызывают апоптоз клеток, экспрессирующих EN1, повышают их чувствительность к химиотерапии. Предлагаются новые пути и мишени для химиотерапии рака.

Базальноподобные раки молочной железы (БПР) отличается агрессивностью, быстрой пролиферацией опухоли и частыми метастазами. Часто опухоли ассоциированы с интенсивным воспалением их микроокружения, связанного с интенсивной продуцией цитокинов и хемокинов, с продукцией факторов ангиогенеза. Химиотерапия обычно неэффективна вследствие быстро развивающейся резистентности. Недавно было показано, что важными драйверами онкогенеза БПР являются факторы транскрипции. Но до сих пор не было найдено эффективных средств их подавления.

Авторы показали, что в культуре клеток SUM149PT, полученных из БПР, наблюдается повышенная экспрессия как мРНК, так и белка фактора транскрипции EN1, в норме характерного для допаминэргических нейронов. В клетках других подтипов рака молочной железы его экспрессия практически не отличалась от нормы. Подавление экспрессии EN1 в SUM149PT с помощью специфической shРНК приводило к быстрой гибели клеток вследствие апоптоза. На клетки других подтипов рака молочной железы введение этой shРНК практически не влияло. Дальнейшее усиление экспрессии в результате введения в SUM149PT кДНК гена EN1 активировало экспрессию компонентов комплексов воспаления и ангиогенеза. В условиях, в которых нормальные клетки молочной железы выживали в культуре лишь 3 недели, введение в них кДНК гена EN1 повышало выживаемость более чем до 6 месяцев и экспрессию ряда маркеров нейральных клеток.

С целью подавления функции EN1 были сконструированы интерферирующие пептиды (iPep). Пептиды содержали специфичные для EN1 последовательности аминокислотных остатков, участвующих в белок-белковых взаимодействиях, необходимых для функции EN1, и N-концевую последовательность, обеспечивающую проникновение пеитида в клетку и в ядро. Обработка iPep БПК-клеток, активно экспрессирующих EN1, вызывала в них сильный апоптоз и гибель. В то же время на клетки других, не экспрессирующих EN1 подтипов рака или на нормальные клетки iPep практически не влияли. Умеренные дозы iPep значительно повышали чувствительность БПК-клеток к химиотерапевтическим средствам. iPep блокируют ряд компонентов, участвующих в регуляции на уровне транскрипции и посттранскрипционной регуляции. В частости, iPep связывают глутамил-пролил тРНК синтетазу, которая участвует в контроле экспрессии белков воспалительного процесса и активации путей аминокислотного стресса.

В результате проведенных исследований показано, что усиленная экспрессия EN1 является специфической характеристикой БПР и может быть использована как биологический маркер. На основе iPep могут быть разработаны эффективные средства для подавления роста опухолевых клеток и их сенсибилизации к химиотерапевтическим препаратам. Возможной мишенью для химиотерапии представляется также глутамил-пролил тРНК синтетаза.


Подпись к рисунку: Пептид ингибитор активности EN1. Синим цветом выделена аминокислотная последовательность участвующая во взаимодействии EN1 с белками-партнерами, черным – последовательность, обеспечивающая проникновение пептида в клетку и в ядро.

Источник: Beltran AS, Graves LM, Blancafort P. Novel role of Engrailed 1 as a prosurvival transcription factor in basal-like breast cancer and engineering of interference peptides block its oncogenic function. // Oncogene. 2013. Oct 21

---

Поблагодарили (2): Julchik, Vadim Sharov

В шести из 11 опухолей рака молочной железы, в которых экспрессировался рецептор эстерогена α, найдены мутации в связывающем лиганд домене его гена ESR1. Мутации приводили к конститутивной активности рецептора независимой от наличия лиганда. Эти активирующие мутации могут быть ключевым событием при развитии приобретенной устойчивости опухолей к терапии рака молочной железы.

При наиболее часто встречающемся раке женщин - раке молочной железы - в более чем двух третях случаев экспрессируется рецептор эстерогена α (ER-α). Полное секвенирование экзомов и транскриптомов опухолей 11 пациенток с ER-позитивным метастатическим раком выявило у шести из них мутации в связывающем лиганд домене гена ESR1, кодирующего ER-α. Ранее подобные мутации были идентифицированы в 4 из 373 раковых опухолей эндометрия. До исследования всех больных лечили антагонистами эстерогенов за связывание с ER и ингибиторами ароматазы, подавляющими синтез эстерогенов. Материал до начала терапии был доступен в случаях трех из шести этих пациенток, и его анализ показал отсутствие мутаций в ESR1 . В то же время практически все другие мутации обнаруживались как до, так и после лечения. Следовательно, мутации ESR1 возникают как ответ на терапию.

С целью выяснить, как мутации в связывающем лиганд домене ESR1 влияют на его способность активироваться под действием эстерогенов пять различных мутантных генов были клонированы и введены в клетки НЕК293Т, несущие репортерный элемент, реагирующий на стимуляцию эстерогенами. В отличие от ESR1 дикого типа, когда репортер в отсутствие эстерогена не был активен, в случае мутантных ESR1 он оказался конститутивно активным и лишь слабо дополнительно активировался в ответ на обработку β-эстрадиолом.

Клетки НЕК293Т, несущие мутантные ESR1, подавлялись антагонистами эстерогенов, но IC₅₀ 4-окситамоксифена для них были в 2-4 раза выше, чем для клеток, несущих ген дикого типа, для фулвестрана еще выше. Возникновение и селекция мутаций в связывающем лиганд домене ESR1 - не прямой ответ на обработку анти-эстерогенами, а следствие уменьшения концентрации эстерогенов.

Возникновение мутаций ESR1, активирующих ER-α независимо от наличия эстерогенов, является ключевым событием при возникновении приобретенной резистентности рака молочной железы к гормонотерапии. Для полной расшифровки механизма этой резистентности, разработки методов и средств терапии требуются дополнительные исследования. Обнаружение этих мутаций в ДНК циркулирующей в крови может быть показанием для изменения тактики терапии.


Подпись к рисунку: Мутации гена ESR1. Структурные домены ER-α: AF-1 – домен активации транскрипции 1; DBD – домен связывания с ДНК; Hinge – шарнирный домен; LBD/AF-2 - домен связывания с лигандом. Н11 и Н12 – спирали 11 и 12.

Источник: Robinson DR, Wu YM, Vats P, Su F, Lonigro RJ, Cao X, Kalyana-Sundaram S, Wang R, Ning Y, Hodges L, Gursky A, Siddiqui J, Tomlins SA, Roychowdhury S, Pienta KJ, Kim SY, Roberts JS, Rae JM, Van Poznak CH, Hayes DF, Chugh R, Kunju LP, Talpaz M, Schott AF, Chinnaiyan AM. Activating ESR1 mutations in hormone-resistant metastatic breast cancer. // Nat Genet. 2013; V. 45: P. 1446-1451.

---

Поблагодарили (7): criplenie, papa Karlo, klav, Statin, Vadim Sharov, niksavelov, Агроном

Впервые получена возможность с максимальной точностью «редактировать» геном живых организмов. Новая генная технология, называемая CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), сравнивается с программой-редактором, способной менять отдельные буквы в книге, не создавая орфографических ошибок. Среди ученых всего мира данный прорыв в генетике вызвал горячий интерес. Предполагается, что вскоре технология CRISPR будет использована для того, чтобы бороться с вирусом иммунодефицита человека или исправлять генетические нарушения, например, болезнь Хантингтона. Кроме того, появится возможность исправления генетических дефектов у эмбрионов, созданных путем ЭКО.

Известно, что традиционные методы генной терапии, широко используемые медициной в настоящий момент, доставляют ДНК с помощью вирусов — такой метод сравнительно неточен, ведь он может ввести полезные гены, но не изменить неисправные последовательности. Технология CRISPR же действует по особой стратегии. Так, для обнаружения и уничтожения чужеродных ДНК используются специфические бактерии, а фермент Cas9, способный "урезать" ДНК, находит свою цель с помощью направляющей последовательности РНК.

Возможно, уже в скором времени вместо того, чтобы пить таблетки для избавления от своих недугов, люди будут выбирать лечение из каталога генетических операций. С помощью инновационных технологий генного редактирования однажды мы сможем попросту "отрезать" вредные мутации и сделать свою ДНК полностью здоровой. Система генетического редактирования разрабатывается биотехнологической компанией Editas Medicine (Кембридж, штат Массачусетс), которая привлекает к инновации внимание со стороны инвесторов. Компания, основанной пятью ведущими разработчиками CRISPR, объявила о старте проекта инвестиций 25 ноября 2013 года. В ходе проведения первого этапа финансирования компания привлекла 43 миллиона долларов. Деятельность Editas Medicine направлена на развитие методов лечения, которые будут непосредственно "переписывать" гены, связанные с заболеванием.


Источники: http://www.nature.com/news/crispr-technolo...ndustry-1.14299
http://www.independent.co.uk/news/science/...on-8925295.html
http://www.health24.com/Medical/Genetics/G...e-cure-20131127

---

Поблагодарили (19): klav, Goncharov, papa Karlo, Shanty, Newsline, Statin, Replikant, Sergy, Gleb K, vovak, Vadim Sharov, criplenie, Priamo, Kase, Julchik, campus, Dima11, borigv, Nasta

Инактивация Runx3 у мышей приводила к развитию у них аденом легких и ускоряла развитие аденокарцином под влиянием мутантного онкогенного K-Ras. При наличии экспрессирующегося K-Ras Runx3 формирует комплекс с BRD2, который активирует экспрессию антионкогенного пути ARF - р21. Результаты исследования позволили заполнить брешь в понимании защитного механизма клетки, работающего на ранних стадиях формирования аденомы и карциномы.

Аденокарцинома легких (АКЛ) – наиболее часто встречающаяся форма рака легких. Обычно АКЛ развивается в результате прогресии атипичной аденоматозной гиперплазии. Мутантный ген K-RAS – один из наиболее часто обнаруживаемых онкогенов при АКЛ. При муцинозной АКЛ он присутствует в 76% опухолей. Однако, если в клетке не подавлены супрессоры опухолей, введение онкогенного K-RAS в клетки вызывает их преждевременное старение. Это свидетельствует о наличии в клетках защитного механизма против онкогенного воздействия K-RAS. RUNX3 работает как супрессор опухолей, и при ряде раков, в том числе при АКЛ, он инактивирован гиперметилированием. RUNX3 часто инактивирован при атипичной аденоматозной гиперплазии человека и у модельных мышей с аденомой легких, что позволило считать инактивацию RUNX3 ранним событием при онкогенезе легких.

Авторы провели исследование с целью изучить роль RUNX3 и связанных с ним молекулярных механизмов защиты клетки от онкогенного действия мутантного K-RAS. Искусственная инактивация Runx3 у мышей приводила к развитию у них аденом легких сходных с аденоматозной гиперплазией человека. Мышей, у которых можно искусственно вызвать инактивацию Runx3, скрещивали с мышами, несущими мутантный K-Ras. Если у гибридов не инактивировали Runx3, их средняя выживаемость составляла 220 дней, но после инактивации она уменьшалась до 79 дней. У гибридов значительно быстрее развивались аденомы, затем карциномы.

Иммуногистологическое исследование клинического материала – 60 АКЛ человека показало, что практически во всех опухолях с мутантным K-RAS наблюдалась инактивация RUNX3, а подавление р53 наблюдалось лишь в половине случаев. Авторы исследовали молекулярные механизмы регуляции экспрессии Runx3 и р53 на модельных мышах. В проявлении опосредованной р53 антионкогенной активности важную роль играют гены Arf и p21. Иммуногистологический анализ показал, что уровень экспрессии Arf и p21 в АКЛ опухолях был существенно ниже, чем в окружающих тканях. Следовательно, для экспрессии Arf и p21 нужен Runx3. В человеческих клетках НЕК293 индукция опосредованного мутантным K-RAS апоптоза приводила к активации ARF и р21. К восьмому часу экспрессия ARF и р21 на уровне как мРНК, так и белков возвращалась на базальный уровень. Параллельно аналогичным образом изменялось количество белка р53, что объясняется его стабилизацией, так как уровень мРНК р53 не изменялся. При подавлении экспрессии RUNX3 с помощью siРНК индукция ARF и р21 также подавлялась. Количество р53 не возрастало, поскольку его стабилизация связана с путем ARF-MDM2. Подавление р53 соответствующей siРНК на индукцию ARF и р21 не влияло. Таким образом, для индукции ARF и р21 требуется функция RUNX3, но не р53.

Для выяснения, каким образом RUNX3 регулирует экспрессию ARF и р21 был проведен функциональный скрининг библиотеки мутантов дрозофилы и идентифицирован модификатор ортолога человеческого RUNX3. Такими модификаторами у млекопитающих являются гены семейства BRD. Продукт одного из них BRD2 при митогенной стимуляции мигрирует из цитоплазмы в ядро. Подавление BRD2 с помощью siРНК предотвращало индукцию ARF и р21. Было показано, что RUNX3 и BRD2 взаимодействуют физически. Ацетилирование RUNX3, осуществляемое р300, усиливает их взаимодействие, и именно комлекс RUNX3-BRD2 стимулирует индукцию ARF и р21.

Результаты исследования позволили заполнить брешь в понимании защитного механизма клетки, работающего на ранних стадиях формирования аденомы. Они объясняют как клетки отвечают на экспрессию онкогенного K-RAS, почему инактивация RUNX3 ускоряет процесс канцерогенеза, индуцированного онкогенным K-RAS.


Подпись к рисунку: Пути активации защитных механизмов клетки.
Красными линиями обозначен быстрый путь активации после митогенной стимуляции. Формируется комплес RUNX3-BRD2, который стимулирует экспрессию ARF и р21. Зелеными линиями показан медленный путь. Циклин D1 индуцируется через 4 часа после митогенной стимуляции. Ослабление активности K-RAS и экспрессия CycD1 приводят к превращению комплекса RUNX3-BRD2 в RUNX3-HDAC4, экспрессия ARF и р21 выключается. Если K-RAS функционирует конститутивно, активированный онкогенным K-RAS путь МЕК1 подавляет конверсию RUNX3-BRD2 в RUNX3-HDAC4, ARF и р21 остаются включенными.

Источник: Lee YS, Lee JW, Jang JW, Chi XZ, Kim JH, Li YH, Kim MK, Kim DM, Choi BS, Kim EG, Chung JH, Lee OJ, Lee YM, Suh JW, Chuang LS, Ito Y, Bae SC. Runx3 inactivation is a crucial early event in the development of lung adenocarcinoma. // Cancer Cell. 2013; V. 24: P. 603-616.

---

Поблагодарили (5): Newsline, NMR-guy, Vadim Sharov, Агроном, Telbin

Колонка molbiol продолжает рассказывать про удивительные лаборатории, необычные научные проекты и движущих ими энтузиастов. Наш следующий герой – Карл Дайзерот из Стэндфорда, получивший доброе прозвище “человек-метод” за два изобретенных им метода, упрощающих исследования мозга... и не только мозга!

Преимущество места
Летом 2004 года молодой студент Фенг Занг стоял перед дверью, на которой красовалось имя Стивена Чу. Профессор Чу - лауреат Нобелевской премии по физике за управление нейтральными частицами лазерным лучом, а в последствии - министр энергетики США, - уже много лет привлекал амбиционную молодежь в свою лабораторию. Однако Фенг не знал, что за дверью Чу уже не было – ученый недавно сменил должность, а в его кабинете обосновался другой человек – молодой доктор Дайзерот из Стэнфорда, не спешивший менять табличку именитого предшественника. Стук в дверь, Фенг удивлен, но принимает предложение поговорить и… решает остаться. Несколько лет спустя лаборатория Карла Дайзерота станет одной из самых успешных научных групп западного побережья Америки, а Фенг Занг, как и несколько его коллег, блестяще защитит диссертацию и сразу же возглавит собственную группу - в одном из элитарных институтов Бостона.

Оптогенетика
В начале независимого пути Дайзерот предложил гениальную по простоте идею, позволяющую управлять нейронами мозга с помощью света. Ученый заметил сходство между ионными каналами нейронов и недавно открытым белком каналродопсином 2 – натриевым каналом клеток водорослей, открывающимся под действием солнечных лучей. Дайзерот предложил поместить каналродопсин в нейроны и, объединив генетические манипуляции с имплантацией светопроводников в мозг, создал способ избирательно активировать ту или иную зону мозга млекопитающих с помощью луча света. Реализация и применение этого метода оказались столь плодотворными, что в последствии были получены многочисленные модификации метода, расширяющие как объекты исследования (насекомые, клеточные культуры), так и спектр светочувствительных каналов (смотрите видео). Обучение, память, моторика, поведение, сон и многие другие аспекты деятельности мозга, контролируемое сокращение мышц и направленная миграция клеток – одни из многих областей применения оптогенетики. Так, переняв эстафету Чу, показавшего как пучком света можно управлять элементарными частицами материи, Дайзерот показал, как пучком света можно управлять элементарными частицами жизни, клетками.

CLARITY: ткань-невидимка
Следующий метод, разработанный в лаборатории Дайзерота, позволяет делать прозрачными ткани и органы животных тел, что существенно упрощает микроскопические исследования организмов и органов целиком, без получения срезов. Представьте следующую процедуру: вы берете мозг, помещаете его в раствор акриламида, пока тот не заполимеризуется, после чего мозг, прошитый сеткой геля, промываете раствором додецилсульфата натрия. Детергент, вымывающий липиды мембран, оказывает эффект, напоминающий смелые фантазии Уэллса о человеке-невидимке – мозг становится прозрачным! Обработанный таким образом, он готов для окрашивания с помощью антител, позволяя увидеть интересующий вас белок в каждой клетке всего органа или всего тела. В уходящем году метод был признан прорывом года (Science), оставляя один и тот же вопрос – почему это не было сделано раньше?

На рисунке: CLARITY в действии - мозг до и после обработки, делающей его прозрачным.

Сами методы:
Оптогенетика http://www.youtube.com/watch?v=I64X7vHSHOE

CLARITY http://www.youtube.com/watch?v=c-NMfp13Uug

---

Поблагодарили (29): papa Karlo, Pharmaсol, klav, Shanty, DK., Panaev, Sergy, campus, Yuly, shum, isotope, Esya, NBSC, Replikant, NCP-bio, NMR-guy, Vadim Sharov, Dergg, kasumov eldar, fruitfly, belkin, DaDa-Bu, Agouti, LMP, N-euro, Strannik, Vladch, Horse-radish, dm1

Представьте себе Титаник идущий на полной скорости и вдруг капитан дает команду: «Курс неправильный, разворот на 180 градусов». Что-то подобное на мой взгляд происходит сейчас в изучении Болезни Альцгеймера (БА). Конкретнее, в январе прошедшего (2013) года произошло как мне кажется знаковое событие - в Nature Rev. Neurology опубликован обзор Krstic & Knuesel по механизмам. Почему оно такое значимое - об этом чуть ниже.

Являясь наиболее распространенной формой старческой деменции, БА - не только медицинская проблема, затрагивающая здоровье и качество жизни пациентов и их родственников, но и создает огромное социально-экономическое давление на общество. В настоящее время предполагается порядка 24 млн. человек подвержены БА, и число больных удваивается каждые 20 лет.

До настоящего момента доминирующая гипотеза БА рассматривает амилоид-бета как главную причину развития БА за счет его нейротоксического эффекта. При этом бета и гамма секретазы являются основными участниками процесса, поскольку они «режут» белок-предшественник в результате чего образуется амилоид. Все остальные проявления болезни до сих пор рассматривались лишь как следствия. Исходя из этой гипотезы, исследования механизмов и поиск возможных лекарств соответственно направлен на предотвращение накопления амилоида в нервной ткани. Соответственно и лидеры фарм-индустрии вбухивают гигантские средства в такие проекты как поиск ингибиторов секретаз, разработка антител к Амилоиду, вакцинация против амилоида и т. п., но до сих пор все клинические исследования мягко говоря были безуспешны.

На прошедшем в Ноябре в Сан-Диего “Neuroscience“ симпозиуме, также раздавались отдельные растерянные голоса типа: «Мы 20-30 лет свято верили в то что амилоид-бета наш злейший враг, и искали пути как его победить, но накопленные данные опровергают эту гипотезу, и что-же нам теперь с этим делать?»

Авторы упомянутого обзора указывают - нарастающее количество фактов свидетельствует о том, что амилоид не является основным звеном патогенеза и таким образом существующие биологические модели изучения БА зачастую являются не адекватными т. к. предполагают одинаковые молекулярные механизмы для генетически обусловленной и старческой БА. При БА медиаторы воспаления присутствуют в большом количестве в мозгу и плазме, что предполагает ключевую роль неспецифической иммуной системы в этиологии БА, нежели пассивную реакцию на амилоид-бета. Так наблюдается корреляция между БА и полиморфизм генов отвечающих за неспецифический иммунный ответ. В тоже время отсутствует корреляции между БА и полиморфизмом аполипопротеина или гамма-секретаз. Более того, воспаление коррелирует с началом БА и дальнейшим прогрессом. И хотя противовоспалительная терапия не эффективна для лечения БА, присутствует явная отрицательная корреляция между применением противовоспалительных средств и началом БА.

На мой взгляд, в общем, авторы предлагают довольно логичный механизм патогенеза БА, хотя во главу угла они ставят хроническое воспаление и дальше несколько хаотично перечисляют процессы ведущие к деградации нейронов. Я считаю что воспаление должно развиваться позже как вторичная реакция на фоне метаболических нарушений. Поэтому я попытался несколько упорядочить механизмы, но без изменения основной идеи.

Итак, нормальная жизнедеятельность нейронов требует постоянной утилизации отработанных и поврежденных белков. И если в дендритах и в теле нейрона это не представляется проблемой, в аксонах - в силу их малого диаметра и большой длинны - мехазмы внутриклеточной деградации белков могут быть затрудненны. В связи с этим нормальный метаболизм белков в аксонах по видимому сопровождается образованием варикозных сфер по ходу аксона в которых происходит отложение отработанных и дефектных белков. В определенный момент происходит отделение везикулы содержащей поврежденные белки от аксона (возможно по типу экзоцитоза) и в дальнейшем эти везикулы подвергаются фагоцитозу.

Нарушение энергетического метаболизма, клеточный стресс (свободные радикалы/ недостаток энергии) может провоцировать гиперфосфорилирование тау, что ведет к дестабилизации цитоскелета (система микротрубочки-актин) и аксонного транспорта. Нарушается процесс утилизации белков. Происходит локальное расширение аксона и агрегация митохондрий и др. органел в месте повреждения. Видимо эта фаза может существовать как компенсированное состояние довольно долго, синапсы работают и когнитивных нарушений нет или они минимальны. Дальше происходит повреждение мембраны и начинается утечка внутриклеточного содержимого во внеклеточное пространство. Возможно это является моментом запуска системного воспаления и началом фазы декомпенсации (хотя возможно хроническое воспаление развивается раньше). Происходит дальнейшее фосфорилирование тау, полная блокада аксонного транспорта, дестабилизация синапсов, накопление предшественника амилоида в расширенных отростках. Хроническое системное воспаление вызывает активацию - «прайминг» мигроглии и астроглиозиз. Микроглия атакует поврежденные аксоны (те которые дают утечку), образуются очаги воспаления которые негативно действуют на окружающие нейроны. В результате происходит полная дегенерация нейрона и на месте очагов воспаления образуются танглы и бляшки. Таким образом гиперфосфорилирование тау, нарушение транспортной системы аксона, целостности морфологии и хроническое воспаление являются основными звеньями патогенеза БА.

Возвращаясь к началу - почему я думаю этот обзор важен - насколько я знаю это первое заявление с такой «высокой трибуны» о том что амилоид не тот «плохой парень» которого вы ищете, и надо идти в другом направлении. Можно представить что корифеи которые двигали исследования БА предыдущие 20-30 лет не так-то просто откажутся от амилоидной гипотезы и еще немало денег, времени и усилий уйдет на исследования эффекта который по-видимому стоит в самом конце патофизиологической цепи БА. Так что в настоящее время в некотором роде происходит перезагрузка и открывает новые возможности.

На рисунке схематично представлено развитие БА (адаптировано из Krstic & Knuesel 2013). Сокращения:
АРР (аmiloid precursor protein) - белок предшественник амилоида,
pTau (phosphorilated tau-protein) - фосфорилированный белок тау,
PHF (paired helical filaments) — парные филаменты, предшественники нейрофибрилярных танглов.

---

Поблагодарили (17): papa Karlo, NCP-bio, vovak, бутанол, Vladimirkox, DaDa-Bu, downshifter, inview, epsylonit, DK., little runaway, bino, молекула, Acrimony, Kase, N-euro, Strannik

Показана высокая специфическая противоопухолевая активность производного пуромицина in vitro и in vivo. Цитотоксическое действие пуромицина проявляется в результате отщепления модификаторов опухолеспецифическими ферментами. Описанный стратегический подход может быть перспективным для создания новых противораковых средств.

Большинство применяемых в настоящее время химиотерапевтических противораковых препаратов, токсичных для раковых клеток, токсичны, хотя в меньшей степени, и для нормальных. Этот побочный эффект существенно ограничивает возможности терапии. Авторы исследования попытались преодолеть этот недостаток путем активации латентного цитотоксического агента под действием ферментов, активно экспрессирующихся в раковых клетках, но не представленных или слабо экспрессирующихся в номальных клетках.

В работе использовались пять клеточных культур рака толстой кишки, две рака поджелудочной железы, по одной раков печени и матки. В качестве контролей служили неопухолеродные клетки эпителия толстой кишки человека и нормальные клетки эпителия молочной железы мышей. В раковых клетках обнаруживалась высокая активность деацетилаз гистонов (HDAC) и цистеиновой протеазы катепсина L (CTSL). В контрольных клетках активность этих ферментов была чрезвычайно мала. И HDAC, и CTSL известны как факторы играющие важную роль в канцерогенезе. Ингибиторы HDAC проходят клинические испытания как противораковые средства, CTSL также предложена как мишень для химиотерапии.

Пуромицин – сильный ингибитор трансляции и у прокариот, и у эукариот. Авторы синтезировали производное пуромицина (Boc-KAc-Puro), для активации токсичности которого необходимо отщепление ацетилированного олигопептида Boc-Kac, которое осуществляется HDAC, затем CTSL. Испытание Boc-KAc-Puro на культурах клеток толстой кишки показало, что он подавляет рост и вызывает гибель раковых клеток, но не подавляет неопухолеродные клетки эпителия толстой кишки. Обычный пуромицин одинаково подавлял все клетки. Токсичная концентрация IC50 для неопухолеродных клеток оказалась более чем в 30 раз выше, чем для раковых. Boc-KAc-Puro также подавлял и культивируемые клетки раков поджелудочной железы, печени и матки.

Механизм подавления раковых клеток активированным пуромицином был документирован с помощью иммуноблотинга белков с антителами против пуромицина. Подавление трансляции пуромицином происходит в результате его присоединения к растущей цепи белка вместо очередного аминокислотного остатка. Белки онкогенных клеток в отличие от неонкогенных активно включали пуромицин. Подавление активности HDAC специфическим ингибитором уменьшало включение пуромицина.

Для проверки действия Boc-KAc-Puro in vivo мышам вводили канцерогенные клетки и после развития опухолей вводили им этот препарат. Boc-KAc-Puro эффективно подавлял рост опухолей. По данным, полученным с помощью иммуноблотинга, пуромицин обнаруживался в связи с белками опухолей, и лишь в незначительных количествах в белках мышц или почек. Видимых побочных эффектов у мышей не наблюдалось в широком диапазоне концентраций Boc-KAc-Puro.

Полученные результаты показали перспективность использования повышенной активности HDAC и CTSL в раковых клетках для лечения опухолей путем избирательного высокоспецифического подавления. Они открывают многообещающую стратегию для создания новых противораковых средств. Примененный подход дает принципиальную возможность использовать для терапии производные других, в том числе уже известных противораковых препаратов.


Подпись к рисунку: Схема селективной двухэтапной активации лекарственного средства в раковых клетках под действием HDAC и CTSL.

Источник: Ueki N, Lee S, Sampson NS, Hayman MJ. Selective cancer targeting with prodrugs activated by histone deacetylases and a tumour-associated protease.e // Nat Commun. 2013; V. 4: Nr. 2735.

---

Поблагодарили (9): Alex2006, ship, NMR-guy, Агроном, DK., Vadim Sharov, Vektor, LMP, haurhot

Детёныши млекопитающих вырастают на материнском грудном молоке. Однако молоко является не только источником питательных веществ; в соответствии с новым исследованием, с помощью него мать может подготовить детёнышей к испытаниям, которые ждут их в жизни.

Bingfang Liu из Медицинского колледжа Вейл Корнелл обнаружил, что если у самки мыши недостаточно бека TNF, её молоко получается с низким уровнем цитокинов – веществ, участвующих в запуске иммунного ответа. Если мышата пьют это молоко, у них развивается более крупный гиппокамп – часть мозга, участвующая в работе пространственной памяти. В результате они лучше ориентируются в лабиринтах и запоминают расположения объектов, даже будучи взрослыми. «Мы считаем, TNF может быть сенсором окружающей среды, потому то он является частью иммунной системы. Он реагирует такие сигналы, как стресс или количество пищи», говорит Miklos Toth, руководитель исследования. «Это позволяет соотносить когнитивные функции с условиями среды, в которой находится мать».

Десятки исследований показали, что ФНО (фактор некроза опухоли альфа) является важной составляющей иммунной системы, его наличие в высоких концентрациях помогает побороть различные инфекции. Недавно учёными было показано, что в небольших количествах этот белок присутствует и в мозге. Чтобы узнать, влияет ли изменение количества ФНО на способность к обучению и память, были созданы мыши, у которых полностью отсутствовал этот белок. Сначала мыши, лишённые ФНО казались обычными. Но вскоре было замечено, что у их потомков была лучше развита пространственная память. Они лучше запоминали расположение затопленной платформы в водяном лабиринте, быстрее учились останавливаться в определённых местах лабиринта. «Если потомство лишить ФНО, никакого воздействия на их память оказано не будет», говорит Toth. «Но если убрать ФНО из организма матери, это сильно повлияет на её детёнышей. Это было полной неожиданностью».

Было выяснено, что лучшая память развивается и у мышат, если они росли с матерями, лишёнными ФНО, даже если были рождены нормальными мышами. Это позволило предположить, что воздействие на потомство оказывается не через утробу матери. Причина не могла быть и в особенном поведении при уходе за детёнышами, так как мыши, не вырабатывающие ФНО, вели себя также как и обычные. Оставался один вариант – воздействие на мышат оказывалось через молоко. «Этот вывод порадовал нас. Раз мы знаем, что дело в молоке, мы можем узнать, какие молекулы оказывают такое влияние», говорит Toth. Было показано, что молоко мышей с нефункционирующим ФНО содержит необычно малые количества по крайней мере пяти хемокинов. Когда мышата пьют такое молоко, у них образуется больше нейронов в гиппокампе, межклеточных связей на клетку и более высокая активность синаптических генов. По-видимому, это и является причиной развития лучшей памяти. Это заключение было подтверждено тем, что если поить мышат смесью из пяти недостающих хемокинов, рост нейронов гиппокампа снижается и их память остаётся обычной.

Если при тяжёлых условиях окружающей среды мать получает стресс, у неё понижается уровень ФНО. В результате, её потомки получают лучшую пространственную память, которая может дать им преимущество в поиске дефицитных ресурсов. «Это адаптивное программирование», говорит Toth. Поскольку хорошая память требует большого количества энергии, она может быть нежелательна, если без неё можно обойтись. «Теперь мы хотим создать условия, которые имитировали бы стресс, чтобы посмотреть, как работает этот путь в целом», добавил Toth.

Пока не известно, существует ли подобный механизм у людей. «Этот механизм эволюционно высоко консервативен», говорит Toth. «Разница, скорее всего, в сроках». Мыши развиваются быстрее, чем человек и их детёныши рождаются на более ранней стадии. Если ФНО оказывает влияние на человеческую память, то скорее это происходит во время беременности, чем при кормлении грудным молоком. Toth заметил, что люди с воспалительными заболеваниями кишечника или с ревматоидным артритом часто принимают препараты, ингибирующие ФНО. Беременным женщинам разрешено принимать их, что может повлиять на следующее поколение. Но Roberto Garofalo, иммунолог из Техасского Университета Медицинского отделения заметил, что женское грудное молоко содержит ФНО вместе с некоторыми другими хемокинами. «Но есть некоторые свидетельства, что этот ФНО может быть биологически неактивным, потому что в молоке есть растворимые рецепторы к ФНО, которые инактивируют его», добавил он в письме. «В конечном счёте у людей может быть что-то вроде ингибирования ФНО, подобно тому, что было получено у генетически модифицированных мышей или при фармакологических ингибиторах».


Источники
http://www.the-scientist.com/?articles.vie...-Memory-Skills/

B. Liu et al., Maternal hematopoietic TNF, via milk chemokines, programs hippocampal development and memory, Nature Neuroscience, doi:10.1038/nn.3596, 2013.

---

Поблагодарили (5): papa Karlo, Алексей Соколов, Werta, Yuly, Strannik