При развитии эмбриона клетки альвеол АТ1 и АТ2 формируются из общего бипотентного предшественника. Но после рождения происходит переключение: обновление как АТ1, так и АТ2 осуществляют зрелые АТ2. Эта стволовоподобная функция АТ2 активируется при повреждении АТ1. Вероятно, активность АТ2 регулируется локальными сигналами: самообновление - через путь EGFR-KRAS, который также может быть использован при злокачественном перерождении клетки, а перепрогаммирование в АТ1 – через другой пока неустановленный путь.

Поверхность альвеол легких выстлана клетками двух типов: плоскими АТ1, осуществляющими газообмен и кубовидными АТ2, продуцирующими легочный сурфактант. Ранее считали, что клетки АТ1 происходят от АТ2, но в последнее время эта точка зрения пересматривается. До сих пор данные об альвеолярных стволовых клетках, предшественниках АТ1 и АТ2 были фрагментарны и противоречивы.

Авторы проследили на мышах пути формирования и функционирования АТ1 и АТ2 от эмбрионального состояния до зрелого организма. Анализ морфологии развивающихся альвеол в эмбриогенезе и на ранних стадиях постнатального развития с помощью 15 специфических маркеров АТ1 и АТ2 показал, что они происходят от единого бипотентного предшественника.

Обновление эпителия альвеол происходит довольно медленно и связано с пролиферацией ктеток АТ2. Прослеживание пролиферации и превращения клеток показало, что обновление происходит в отдельных локусах АТ2. В этих локусах обнаруживаются единичные подобные стволовым самообновляющиеся бипотентные АТ2, способные дифференцироваться как в зрелые АТ2, так и в АТ1.

Повышенная концентрация кислорода токсична для АТ1, но не АТ2. Показано, что при этом АТ2 активируются, некоторые из них приобретают свойства бипотентных для восполнения убыли АТ1.

Аденокарцинома – наиболее часто встречающаяся форма рака легких, связана с активирующими мутациями генов Kras или Egfr. Включение искусственно индуцируемого мутантного гена Kras(G12D), замещавшего у мышей нормальный, приводило к быстрому развитию опухолей и смерти животных через 20-60 дней после индукции. Через несколько дней после индукции наблюдалось резкое усиление пролиферации АТ2, но свойства бипотентных клеток они не приобретали и через некоторое время трансформировались в злокачественные.

Анализ профилей транскрипции в бипотентных предшественниках и АТ2 показал, что в них активно экспрессируются рецепторы семейства EGFR и рецепторы многих других сигнальных путей. Очищенные АТ2 сохраняли способность как к пролиферации, так и к дифференцировке в АТ1-подрбные клетки. Обработка лигандами EGFR стмулировала пролиферацию, но не дифференцировку.

Таким образом показано, что в эмбриогенезе АТ1 и АТ2 формируются независимо из общего предшественника. Через несколько недель после рождения формирование альвеол заканчивается и происходит переключение: некоторые зрелые АТ2 приобретают свойства бипотентных клеток и становятся предшественниками как АТ2, так и АТ1. Дополнительное количество АТ2 переходит в бипотентное состояние при повреждении АТ1. Онкогенный потенциал АТ2 вероятно является следствием стволовоподобных свойств, что позволяет отнести их к самым потенциально опасным клеткам организма. Гибнущие АТ1 вероятно секретируют EGF, стимулирующий АТ2, а для перепрограммирования в АТ1 требуется другие сигналы. Представляется очень важным установить эти сигналы и механизмы их контроля. Это позволит разработать новые стратегии для раннего обнаружения и лечения опухолей.


Источник: Desai TJ, Brownfield DG, Krasnow MA. Alveolar progenitor and stem cells in lung development, renewal and cancer. // Nature. 2014; V. 507: P. 190-194.

Подпись к рисунку: Модель функционирования стволовых клеток и предшественников в альвеолах при их формировании, обновлении и при раке.
Бипотентный предшественник, экспрессирующий маркеры как АТ1 (зеленые), так и АТ2 (красные) дифференцируется в АТ1 или в АТ2. Зрелые АТ2 могут функционировать как столовые клетки для обновления альвеол или для репарации повреждений. Погибающие АТ1 дают сигнал (S1), передающийся по пути EGFR-KRAS, который активирует близлежащие АТ2 (самообновление), другой сигнал (S2) индуцирует перепрограммирование дочерних клеток в АТ1. Активирующие мутации Egfr или Kras в АТ2 вызывают их конститутивную дупликацию и формирование опухолей.

---

Поблагодарили (3): inview, Vadim Sharov, NMR-guy

Идея использовать некоторые вирусы с выраженным тропизмом к опухолевым клеткам в качестве противораковых терапевтических агентов обсуждается в биомедицинской литературе с середины прошлого века. К сожалению, применение данного подхода на практике ограничивается многими факторами – развитием иммунного ответа против вируса, низкой эффективностью лизиса, тяжестью побочных эффектов и т.д. При этом привлекательность виротерапии состоит в том, что многие онколитические вирусы не только инфицируют опухолевые клетки и вызывают их разрушение, но и стимулируют противоопухолевый иммунный ответ. Это свойство обуславливает интерес к потенциальному использованию онколитических вирусов в составе комплексных терапевтических подходов.

В опубликованной в Science Translation Medicine работе исследователи из коллектива под руководством James P. Allison из MD Anderson Cancer Center предложили новый комбинированный подход, основанный на сочетании иммунотерапии и виротерапии.

В качестве виротерапевтического компонента использовался вирус болезни Ньюкасла (Newcastle disease virus, NDV) – безвредный для человека патоген птиц. Применение данного вируса в противораковой терапии ограничивается необходимостью прямого введения вируса в каждый опухолевый очаг, что делает его неэффективным в случае метастазирования опухоли. Достаточно слабая литическая активность вируса также ограничивает его терапевтический потенциал, однако при этом NDV является сильным индуктором интерферона I типа.

Использовавшийся в работе иммунотерапевтический подход основан на так называемой блокаде контрольных точек (checkpoint blockade) и подразумевает введение антител к рецепторному белку Т-клеток CTLA-4. Активация данного рецептора, также известного как CD152, ведет к ингибированию активности Т-клеток и служит негативным регулятором иммунного ответа. Соответственно, введение специфических блокирующих антител к CTLA-4 оказывает выраженный стимулирующий эффект на противоопухолевый иммунитет. Однако применение блокады CTLA-4 часто оказывается неэффективным в условиях ассоциированного с онкогенезом подавления иммунитета.

Авторы использовали мышиные модели для демонстрации эффективности предлагаемого комбинированного подхода. NDV вводился локально, путем инъекции непосредственно в одну из двух предварительно привитых мышам опухолей (меланома), в то время как для блокады CTLA-4 использовалось системное введение антител. В результате было установлено, что комбинированная терапия вызывает системный иммунный ответ, эффективный в том числе и против неинфицированных NDV опухолей. При этом опухоли, изначально резистентные к иммунотерапии на основе блокады CTLA-4, становятся восприимчивыми к ней в результате иммуномодулирующего действия NDV.

У мышей с изначально сниженным иммунитетом комбинированное введение NDV и антител к CTLA-4 ведет к отторжению опухолей и препятствует их вторичному появлению. Этот эффект наблюдается вне зависимости от чувствительности опухоли к NDV-опосредованному лизису и объясняется индукцией интерферона I и инфильтрацией опухоли активированными CD8+- и CD4+-лимфоцитами. Фактически, локальное введение NDV вызывает системную воспалительную реакцию в опухолевых очагах и делает их восприимчивыми для иммунотерапии. Таким образом, NDV подготавливает почву для последующей массированной атаки на опухоль средствами иммунной системы.


Источник: Zamarin D, Holmgaard RB, Subudhi SK, Park JS, Mansour M, Palese P, Merghoub T, Wolchok JD, Allison JP. Localized oncolytic virotherapy overcomes systemic tumor resistance to immune checkpoint blockade immunotherapy. Sci Transl Med. 2014. 6(226):226ra32.

Подпись к рисунку: Синергетическое действие NDV и блокады CTLA-4 обеспечивает отторжение опухолей и длительное выживание мышей. Рисунок из приложения к обсуждаемой статье.

---

Поблагодарили (3): Erin, Danse, inview

В клетах крови больных острой миелоидной лейкемией (acute myeloid leukaemia – AML) найдены гематопоэтические стволовые клетки (haematopoietic stem cells – HSCs) несущие мутации гена DNMT3A (DNMT3A^mut), но не содержащие обычно сопровождающие её NPM1с. Такие HSCs имеют популяционные преимущества перед нормальными HSCs, устойчивы к химиотерапии и являются предшественниками лейкемических клеток. Они могут быть перспективной мишенью для лечения и предотвращения AML.

Практически все раки имеют клональную природу и представляют собой потомство единственной клетки. Но пути ее эволюции от первой соматической мутации до развития рака исследованы еще мало. При AML природа таких клеток, первичные мутации в них и порядок возникновения последующих изучены слабо, т. к. обычно диагноз AML ставится по истечении прелейкемической фазы заболевания.

Авторы провели адресное “глубокое” секвенирование (~250 повторов) 103 генов, наиболее часто мутирующих при лейкемии из периферической крови и Т-клеток больных AML. У некоторых больных частые при AML мутации в гене одной из ДНК-метилтрансфераз (DNMT3A^mut) в крови обнаруживались вместе с обычно сопровождающими их мутациями гена регулятора пути ARF/p53 NPM1 (NPM1с). В то же время в Т-клетках мутаций NPM1 не наблюдалось.

С помощью высокоразрешающего сортинга (по 12 параметрам) удалось выделить предшественники миелоидных клеток, несущих только DNMT3A^mut. Мутации в NPM1 возникали позже в процессе генеза лейкемии. Таким образом получены важные доказательства существования в ходе развития AML прелейкимической стадии.

Для исследования влияния DNMT3A^mut в ходе прогрессии лейкемии был проведен анализ зрелых клеток и предшественников у пациентов во время постановки диагноза, ремиссии и рецидива после химиотерапии. Во время постановки диагноза в лейкемических бластных клетках обнаруживались мутации в обоих генах – как DNMT3A^mut, так и NPM1с. Но в период ремиссии в миелоидных клетках доминировала DNMT3A^mut. Следовательно, это не уцелевшие бласты AML, а потомки предшественников, несущих DNMT3A^mut. При рецидиве обе мутации обнаруживались практически во всех типах бластных клеток за исключением HSCs. В последних часть клеток имели только DNMT3A^mut. На поздних стадиях ремиссии и при рецидивах опять появлялись клетки с обеими мутациями. Полученные данные показывают, что клетками-предшественниками AML являются HSCs, несущие только DNMT3A^mut. Они могут переживать химиотерапию и служить резервуаром для клональной эволюции, приводящей к рецидиву заболевания.

Эксперименты по ксенографтной трансплантации на мышах показали, что пре-лейкемические мутантные HSCs имеют популяционные преимущества перед HSCs дикого типа и осуществляют клональную экспансию.

Данные работы позволяют предсказать, что мутация в гене DNMT3A может возникнуть в HSCs человека за несколько месяцев и даже лет до клинических проявлений AML. При развитии AML в их потомках возникает сопровождающая мутация в гене NPM1 (NPM1с), другие мутации.

Полученные результаты могут иметь большое значение для клинической практики. Индикация при ремиссии мутантных HSCs, устойчивых к химиотерапии, может использоваться для предсказания возможности рецидива AML. Разработка новых лекарственных средств, селективно подавляющих пре-лейкемические HSCs, позволит предотвратить рецидивы. Анализ баз данных показал, что мутации гена DNMT3A иногда обнаруживаются в клетках крови здоровых людей. Требуются дополнительные исследования с целью установить степень риска развития AML в таких случаях и принять соответствующие меры еще до клинических проявлений заболевания.


Источник: Shlush LI, Zandi S, Mitchell A, Chen WC, Brandwein JM, Gupta V, Kennedy JA, Schimmer AD, Schuh AC, Yee KW, McLeod JL, Doedens M, Medeiros JJ, Marke R, Kim HJ, Lee K, McPherson JD, Hudson TJ; HALT Pan-Leukemia Gene Panel Consortium, Brown AM, Trinh QM Stein LD, Minden MD, Wang JC, Dick JE. Identification of pre-leukaemic haematopoietic stem cells in acute leukaemia. // Nature. 2014; V. 506: P. 328-333.


Подпись к рисунку: Частота встречаемости (%) мутаций DNMT3A^mut и NPM1с в бластах (AML) и Т-клетках больных при рецидиве AML. Бар 0-100 приведен для оценки частоты.

В опубликованной ранее заметке рассматривалось использование убиквитин-протеасомной системы деградации для селективной элиминации внутриклеточных белков. Продолжая тему методов белкового нокаута/нокдауна, стоит обратить внимание на недавнюю публикацию в Nature Neuroscience. В этой статье исследователи из Университета Британской Колумбии в Канаде под руководством Yu Tian Wang предложили альтернативный метод элиминации заданных белков с использованием другого клеточного механизма деградации белков – шаперон-зависимой аутофагии и лизосомальной деградации. В норме эта система отвечает за транспорт частично денатурированных белков из цитоплазмы через мембрану лизосомы в ее полость, где происходит протеолиз. Важную роль в этом процессе играют шапероны семейства HSC70 и белок LAMP-2, который служит мембранным рецептором комплекса шаперона и белка, подлежащего транспорту в лизосому.

Предлагаемый метод основан на использовании синтетических пептидов, включающих 3 функциональных домена. Первый домен (cell membrane-penetrating domain, CMPD) обеспечивает проникновение пептида через мембраны (как плазматическую мембрану клетки, так и гематоэнцефалический барьер). В качестве такого домена может использоваться, например, соответствующий фрагмент вирусного белка TAT. Второй домен (protein-binding domain, PBD) обеспечивает специфическое связывание с заданным белком. Соответствующий PBD теоретически можно подобрать для любого внутриклеточного белка с помощью фагового дисплея и подобных методов. Третий (CMA-targeting motif, CTM) представляет собой мотив из 5 аминокислот KFERQ, характерный для всех нативных субстратов шаперон-зависимой аутофагии, и отвечает за связывание всего комплекса с белком HSC70 и затем непосредственно с лизосомой для последующей деградации.

Используя созданные пептиды в экспериментах с клеточными культурами крысиных нейронов и живыми крысами, авторы продемонстрировали эффективный нокдаун in vitro и in vivo для ряда нейрональных белков: протеинкиназы DAPK1, белка постсинаптической плотности PSD-95 и альфа-синуклеина. Особого внимания заслуживает пример DAPK1. В нормальных условиях эта протеинкиназа в клетках мозга неактивна, активация происходит в ответ на ишемию мозга (например, в случае инсульта) и ведет к апоптозу. Авторы использовали крысиную модель инсульта и вводили специфичные к DAPK1 пептиды животным внутривенно. В результате уровень активированной DAPK1 в пораженных участках мозга снижался, уменьшая тем самым и повреждения тканей мозга. При этом уровень неактивной DAPK1 в интактных участках мозга оставался неизменным.

Предложенный метод нокдауна/нокаута белков отличает от альтернативных методов ряд преимуществ. В отличие от подходов, основанных на использовании убиквитин-протеасомной системы, рассматриваемый метод практически не требует генетических манипуляций, соответственно, его гораздо проще адаптировать для нужд молекулярной медицины. Продемонстрированная в статье возможность внутривенного введения пептидов уже представляет собой важный шаг в этом направлении. Кроме того, метод может использоваться для элиминации только активированной формы белка (как показано на примере DAPK1) или отдельных изоформ/мутантных форм белка-мишени.


Источник: Fan X, Jin WY, Lu J, Wang J, Wang YT. Rapid and reversible knockdown of endogenous proteins by peptide-directed lysosomal degradation. Nat Neurosci. 2014. 17(3):471-80.

Подпись к рисунку: Схема предлагаемого подхода из обсуждаемой статьи. Синтетический пептид проникает в клетку с помощью домена CMPD, связывается с белком-мишенью с помощью домена PBD и направляет пептид-белковый комплекс в лизосому с помощью домена CTM.

---

Поблагодарили (7): Cyclon, shum, petr, Replikant, Erin, Vadim Sharov, Lanik

Большинство видов кукушек - гнездовые паразиты. Они откладывают свои яйца в гнезда других видов, а вылупившиеся птенцы конкурируют со своими "сводными братьями" за пищу или даже убивают их.

У многих птиц, страдающих от гнездового паразитизма, в ходе эволюции сформировались особые механизмы защиты. Они активно отгоняют кукушек от гнезд, бросают кладку с "подкидышем" или удаляют чужое яйцо из гнезда. Как ни странно, у некоторых видов такое поведение отсутствует: они терпимо относятся к "приемным детям" в своем выводке.

Один из подобных примеров - черная ворона (Corvus corone corone). В Южной Европе она подвергается паразитизму со стороны хохлатой кукушки (Clamator glandarius). Кукушата этого вида не выбрасывают других птенцов из гнезда, однако они активно конкурируют с ними за пищу. Кроме того, самка кукушки перед откладкой собственного яйца уничтожает одно из яиц хозяина.

Однако 12-летнее исследование испанских ученых показало, что такие затраты могут быть оправданны для ворон. Дело в том, что птенец кукушки выделяет защитный секрет, включающий фенолы, индолы, кислоты и сернистые соединения. Отвратительно пахнущая смесь отпугивает пернатых и четвероногих разорителей, тем самым снижая вероятность гибели всего выводка. В условиях интенсивного пресса хищников этот фактор компенсирует потери и увеличивает общее число птенцов, выращенных парой ворон за сезон. Но в годы, когда численность врагов низка, паразитизм снижает приспособленность хозяев.

Источник: Canestrari et al. From Parasitism to Mutualism: Unexpected Interactions Between a Cuckoo and Its Host. Science 21 March 2014: Vol. 343 no. 6177 pp. 1350-1352 DOI: 10.1126/science.1249008

Иллюстрация: Phys.org

---

Поблагодарили (7): Mike Shelk, NCP-bio, Lanik, shum, Vadim Sharov, Nasta, le lapin

В большинстве случаев плоскоклеточной карциномы легких в клетках происходит амплификация участка хромосомы 3q26, где расположены гены онкогенов PRKCI и SOX2. В результате происходит активация их экспрессии. Продукты этих генов взаимодействуют и активируют сигнальный путь Hh, который поддерживает стволовоподобные свойства клеток опухоли.

Рак легких - наиболее частая причина смерти от онкологических заболеваний. Плоскоклеточная карцинома (lung squamous cell carcinoma - LSCC) встречается примерно в 30% случаев рака легких. LSCC свойственны устойчивость к противораковой терапии, высокая вероятность рецидивов, негативный прогноз. В абсолютном большинстве опухолей LSCC наблюдается локальная амплификация участка хромосомы 3q26, где расположены ген протеинкиназы-онкогена PRKCI и ген SOX2, кодирующий регулятор транскрипции, связанный со стволовоподобными свойствами клеток.

В специальных условиях культивирования из пяти линий клеток LSCC человека с амплифицированным 3q26 авторы селектировали онкосферы – не нуждающиеся для роста в прикреплении стволовоподобные высокоонкогенные клетки. Онкосферы экспрессировали мРНК ряда «стволовых» маркеров, в том числе SOX2, обладали резко повышенной по сравнению с исходными клетками туморогенностью в экспериментах на мышах. При переходе к стандартным условиям культивирования онкосферы редифференцировались в клетки, неотличимые по морфологии от исходных культур.

В экспериментах по РНК-интереренции было показано, что для роста онкосфер необходим продукт гена PRKCI протеинкиназа PKCi. Специфический ингибитор PKCi ауранофин также подавлял рост онкосфер. Протеинкиназа PKCi активирует сигнальный путь Hh (Hedgehog), который не используется, например, при онкогенезе аденокарциномы легких. Ингибиторы других компонентов пути Hh заметно сильнее подавляли рост онкосфер, чем исходных культур.

Дальнейшие эксперименты показали, что наблюдается строгая позитивная корреляция между экспрессией PKCi и SOX2 и экспрессией HHAT и GLI1 – ключевыми компонентами пути Hh. Регулятор транскрипции SOX2 фосфорилируется и активируется PKCi и активирует транскрипцию гена ацилтрансферазы HHAT. HHAT ацилирует, переводит в активное состояние лиганд SHH, который связывается с PTCH1, лишая его способности блокировать действие SMO и запускает сигнальный путь Hh.

Таким образом, авторам удалось показать генетические, биохимические и функциональные взаимодействия PRKCI и SOX2, которые координированно обеспечивают рост стволовоподобных клеток LSCC. Полученные результаты могут иметь широкое применение для разработки стратегии лечения LSCC и создания терапевтических средств, направленных против компонентов сигнального пути Hh, обеспечивающего функции стволовоподобных клеток.


Источник:
Justilien V, Walsh MP, Ali SA, Thompson EA, Murray NR, FieldsAP. The PRKCI and SOX2 Oncogenes Are Coamplified and Cooperate to Activate Hedgehog Signaling in Lung Squamous Cell Carcinoma. // Cancer Cell. 2014; V. 25: P. 139-151.

Методы, позволяющие осуществлять удаление определенного внутриклеточного белка, т.е. белковый нокаут, крайне востребованы как в фундаментальной биологии, так и, в перспективе, в молекулярной медицине. В биомедицинской литературе уже достаточно давно обсуждается возможность использовать для белкового нокаута убиквитин-протеасомную систему (УПС), представляющую собой основной механизм селективной деградации белков в эукариотической клетке.

В рамках данной системы энзиматический каскад, включающий ферменты Е1, E2 и убиквитинлигазу Е3, катализирует присоединение к белкам, подлежащим деградации, полиубиквитиновой цепи определенной структуры. Эта цепь затем узнается протеасомой, которая непосредственно осуществляет деградацию белка-мишени. Воздействуя на данный процесс, теоретически возможно направить на путь деградации отдельные выбранные белки. Так, некоторые вирусы используют различные механизмы для изменения активности УПС в поражаемых клетках в своих целях. Попытки использовать УПС для селективного нокаута белков предпринимались и различными исследовательскими группами, однако до настоящего времени было опубликовано лишь несколько примеров такого подхода, в силу разных причин применимых лишь к небольшому числу белков.

В опубликованной в Journal of Biological Chemistry статье группа исследователей из университета Корнелла под руководством Matthew DeLisa представила оригинальный метод, который претендует на универсальность и может использоваться для элиминации практически любых внутриклеточных белков. Метод основан на «перепрограммировании» УПС с использованием химерных ферментов, осуществляющих убиквитилирование выбранных белков и их направление на путь протеасомной деградации.

Модульно-иерархический принцип организации каскада убиквитилирования позволил достигнуть цели с помощью модификации лишь 1 компонента системы – убиквитинлигазы E3. Основой послужила убиквитинлигаза CHIP. Этот фермент довольно хорошо охарактеризован и отвечает за убиквитилирование большого числа внутриклеточных белков, распознавание которых происходит с участием домена TPR. В описываемом эксперименте этот домен был удален и заменен искусственными конструкциями, которые авторы называют «дизайнерскими связывающими белками» (designer binding proteins, DBP). В качестве таких распознающих белок-субстрат модулей использовались одноцепочечные Fv-фрагменты антител, или Fv-интратела (intrabodies) и так называемые монотела (monobodies), основанные на использовании фибронектиновых доменов III типа. В отличие от обычных антител, интратела и монотела сохраняют активность в денатурирующих условиях и поэтому способны связывать свои «антигены» с высокой специфичностью и аффиностью внутри клетки.

По аналогии с антителами, авторы называют созданные ими химерные белковые конструкции «убиквителами» (ubiquibodies). Для проверки работоспособности метода использовались химеры, включающие интратела к бета-галактозидазе и монотела к мальтоза-связывающему белку MBP. В экспериментах in vivo с использованием котрансфекции белков-мишеней и специфичных к ним убиквител в 3 клеточных линиях авторам удалось продемонстрировать эффективный нокаут выбранных белков. При этом уровень эндогенных субстратов убиквитинлигазы CHIP дикого типа оставался неизменным. Масс-спектрометрические исследования подтвердили, что убиквитела катализировали присоединение к белкам-мишеням именно того типа полиубиквитиновых цепей, который помечает внутриклеточные белки для протеасомной деградации. При этом степень элиминации белка-мишени напрямую зависела от концентрации плазмид, кодирующих убиквитела.

Использование предлагаемого метода поможет существенно упростить исследования эффектов полной или частичной элиминации того или иного белка в клетке. Кроме того, данная технология имеет большой потенциал для разработки новых терапевтических подходов, основанных на селективной элиминации аберрантных белков, например, в случае некоторых видов рака и нейродегенеративных заболеваний.


Источник: Portnoff AD, Stephens EA, Varner JD, Delisa MP. Ubiquibodies, synthetic e3 ubiquitin ligases endowed with unnatural substrate specificity for targeted protein silencing. J Biol Chem. 2014. 289(11):7844-55.

Подпись к рисунку: Схема работы УПС в естественных (слева) и в модифицированных (справа) условиях. В первом случае ферменты Е1, Е2 и Е3 катализируют присоединение убиквитина к нативным субстратам (S), которые затем подвергаются деградации в протеасоме. Во втором случае химерный фермент Е3-DBP убиквитилирует заданный белок-мишень (T).
Рисунок из обсуждаемой статьи.

---

Поблагодарили (10): xenopus, epsylonit, Vadim Sharov, Replikant, DaDa-Bu, LMP, Miss Marple, inview, Lanik, Cyclon

Показано, что набор N-концевых сигналов, узнаваемых системами деградации белков, шире, чем считалось ранее. В дополнение к известным сигналам Arg/N- и Ac/N- сильным сигналом деградации оказалась последовательность N-метионин с последующим остатком гидрофобной аминокислоты (Ф). Эффект MetΦ/N-конца как сигнала деградации продемонстрирован как на синтетических олигопептидах, так и на природных белках in vivo.

Правило N-конца для убиквитинилирования и последующей деградации белков было сформулировано группой А. Варшавского в 1986 г. В соответствии с этим правилом компоненты, осуществляющие деградацию (рекогнины), узнают N-концевые сигналы дегадации (дегроны), и осуществляют полиубиквитинилирование белка, что приводит к его расщеплению протеосомами. Некоторые N-концевые аминокислотные остатки (Arg, Lys, His и др.) прямо узнаются рекогнинами, другие (Asn, Gln, Asp и др.) подвергаются дезамидированию, затем аргинилированию и такая форма узнается рекогнинами. Еще один тип модификации для придания свойства узнавания рекогнинами представляет собой ацетилирование N-конца.

В рассматриваемой работе авторы показали, что спектр дегронов шире, чем считалось ранее. Эксперименты проводились на убиквитин-лигазе S. cerevisiae Ubr1, связывающейся с иммобилизованными на фильтре олигопептидами. Оказалось, что рекогнин Ubr1 эффективно связывается с пептидами, в которых за N-концевым метионином следует сильно гидрофобный остаток Leu, Phe, Tyr, Trp или Ile (MetΦ/N пептиды). Аналогичные результаты получены и для мышиных Ubr1 и Ubr2. Определен сайт Ubr1, узнающий дегроны. Неправильно уложенные белки, несущие MetΦ/N дегроны, подвергаются интенсивному расщеплению.

В экспериментах на S. сerevisiaе, дефектных по различным рекогнинам, было показано, что природные белки Msn4, Sry1, Arl3 и Pre5 в клетке могут подвергаться деградации через узнавание их N-концевого метионина.


Подпись к рисунку: Специфическое связывание убиквитин-лигазы S. cerevisiae Ubr1 с пептидами MZGSGAWLLP (Z = Ala, Cys, Asp, Glu, Phe, Gly, His, Ile, Lys, Leu, Met, Asn, Pro, Gln, Arg, Ser, Thr, Val, Trp, Tyr).

Источник: Kim HK, Kim RR, Oh JH, Cho H, Varshavsky A, Hwang CS. The N-terminal methionine of cellular proteins as a degradation signal. // Cell. 2014; V. 156: P. 158-169.

---

Поблагодарили (8): NMR-guy, Lanik, inview, NCP-bio, Vadim Sharov, Yuly, Kase, Dashas

С помощью одного гена ученые репрограмировали поддерживающие клетки в спинном мозге живых мышей в новые нейроны.

Спинной мозг не может генерировать новые нейроны во взрослом состоянии, поэтому, если случится его повреждение, уменьшение количества нейронов неизбежно. Но Zhida Su и его коллеги из University of Texas Southwestern Medical Center установили потенциальный путь решения этой проблемы.
Ученые разработали двухшаговый метод для трансформации астроцитов звездчатой формы – поддерживающих клеток нервной системы - в нейроны у живых грызунов. Хотя, не было показано, что эти нейроны функционально полноценны, «это большой потенциал для терапии» - сказал руководитель исследования.

Статья, опубликованная в Nature Communications - последнее исследование в серии попыток получить новые нейроны из других типов клеток. В 2008 году Marius Wernig из Stanford University School of Medicine трансформировал крысиные клетки кожи в стволовое состояние, затем в нейроны и трансплантировал их грызунам с болезнью паркинсона. В 2010 году другой научной группе удалось перевести клетки кожи напрямую в нейроны с использованием трех или четырех белков, через год они сделали это для клеток человека. В 2012 году Benedikt Berninger из Ludwig -Maximillians University Munich показал, что перициты – тип клеток мозга – могут также быть переведены в нейроны. И только в прошлом году Оlof Torper из Lund University создал нейроны из астроцитов в мозге живых мышей, породив надежды, что эта трансформация может быть выполнена без инвазивной трансплантации.

В данном исследовании научная группа хотела установить, возможно ли сделать это для спинного мозга, в котором клетки немного отличаются от таковых в головном мозге. Астроциты являются хорошей мишенью, так как они способны продуцировать рубец после повреждения спинного мозга. Рубец защищает выжившие нейроны, но также выделяет молекулы, которые ограничивают рост этих клеток. Группа использовала вирусы для доставки генов репрограмирования в астроциты и установила, что только одного SOX2 было достаточно, чтобы перевести их в нейрональные прекурсоры (нейробласты). Метод работал как в клеточных культурах, так и в живых мышах, подвергнутых повреждению спинного мозга. Некоторые из полученных нейробластов превращались в нейроны. Группе удалось удвоить их продукцию с использованием вальпроевой кислоты и показать, что новообразованные клетки образуют связи с существующими моторными нейронами. Двухшаговый процесс занимает по крайней мере 4 недели, что медленнее, чем подходы, переводящие астроциты прямо в нейроны. Однако прямые преобразования создают только один нейрон из каждого астроцита. Нейробласты потенциально могут повторно делиться для получения нейронов.

Представленная техника пока еще малоэффективна. Только 3 или 4 процента астроцитов в месте инъекции превращается в нейробласты. Этого недостаточно, чтобы улучшить состояние здоровья и недостаточно для полноценного исследования функционального состояния клеток с помощью электродов.

«Это только доказательство принципа» – сказал Zhang. – «Мы получаем некоторые клетки. Но мы не можем получить их в нужном количестве. Мы в полную силу работаем над повышением эффективности. Затем мы сможем зарегистрировать их электрические свойства.» Тем временем Wernig выразил сомнения в эффективности метода. Он отметил, что Sox2 типично экспрессируется в нейрональных прекурсорах и обычно предшествует их преобразованию в нейроны. «Нет ощущения, что данный фактор может индуцировать нейроны». Zhang ответил, что SOX2 выявлен в спинальных астроцитах, но в более низком уровне. Он предположил, что увеличение этого уровня выше некоторого порога является триггером для репрограмирования клеток.


Подпись к рисунку: нейроны, репрограмированные из астроцитов спинного мозга

Источник: http://www.the-scientist.com/?articles.vie...Spinal-Neurons/

---

Поблагодарили (5): Matveichev A. V., NCP-bio, Vadim Sharov, Shanty, asenic

Низкомолекулярное соединение BMH-21 обладает сильной противораковой активностью. Расшифрован механизм его действия. Кроме ожидавшегося эффекта как интеркалятора ДНК, подавляющего транскрипцию, оказалось, что BMH-21 индуцирует убиквитинилирование и последующую деградацию протеосомами RPA194 – компонента большой каталитической субъединицы РНК-полимеразы I. РНК-полимераза I представлется перспективной новой мишенью для противораковой терапии.

Раковые клетки обычно характеризуются активацией механизмов синтеа белков. В частности, вследствие активации онкогенов и инактивации супрессоров в них наблюдается повышенная активность РНК-полимеразы I, осуществляющей синтез рибосомной РНК. Но до настоящего времени практически не было попыток использовать РНК-полимеразу I как мишень для противораковой терапии.

Авторы изучали механизм действия низкомолекулярного соединения BMH-21. Для BMH-21 ранее было показано, что, в отличие от нормальных клеток, оно сильно подавляло рост клеток панели NCI60, происходящих из злокачественных опухолей человека различных типов. Соединение также активно подавляло рост ксенотрансплантантных опухолей на модели мышей в концентрациях безвредных для организма животных. BMH-21 имеет свойства интеркалятора ДНК, но, в отличие от многих других интеркаляторов, не повреждает ДНК. Как и другие интеркаляторы, BMH-21 предпочтительно внедряется в G/C-богатые участки ДНК, каковыми в частности являются гены рибосомной РНК и, подобно актиномицину D, сильно подавляет трансрипционную активность РНК-полимеразы I in vitro. В культуре клеток BMH-21 тоже подавляет транскрипцию РНК-полимеразой I, а также формирование ядрышек. Неожиданной находкой оказался тот факт, что BMH-21 уменьшает количество RPA194 – компонента большой каталитической субъединицы полимеразы – и вызывает диссоциацию полимеразы из комплекса с рДНК. BMH-21 не изменяло уровень экспрессии RPA194, но активировало его убиквитинилирование и последующую деградацию протеосомами.

BMH-21 в разной мере вызывало подавление роста различных линий раковых клеток. Эти различия коррелировались с уровнем деградации RPA194 и уровнем подавления синтеза рРНК. Искусственное подавление экспрессии RPA194 с помощью специфической siРНК также вызывало подавление синтеза рРНК и снижало выживаемость раковых клеток.

Таким образом, показана высокая противоопухолевая активность BMH-21на фоне низкого токсического эффекта для нормальных клеток и организма. Расшифрован механизм его активности, найдена перспективная мишень для противораковой терапии – компонент комплекса РНК-полимеразы I RPA194. Активность РНК-полимеразы I контролируется через механизм убиквитин-протеосомной деградации RPA194.


Подпись к рисунку: Структурная формула BMH-21.

Источник: Peltonen K, Colis L, Liu H, Trivedi R, Moubarek MS, Moore HM, Bai B, Rudek MA, Bieberich CJ, Laiho M. A Targeting Modality for Destruction of RNA Polymerase I that Possesses Anticancer Activity. // Cancer Cell. 2014; V. 25: P. 77-90.

Метастазирование опухолей в различные органы представляет собой основную причину смерти от рака. При этом, с биологической точки зрения, образование метастазов – крайне неэффективный процесс. Подавляющее большинство раковых клеток, покидающих первичную опухоль, погибают при достижении других органов. Особенно показателен пример метастазов в мозг – орган, наиболее защищенный против колонизации раковыми клетками благодаря наличию гематоэнцефалического барьера. В экспериментах на мышах с метастазированием в мозг рака груди ранее было показано, что из 1000 попавших в мозг выживает лишь 1 клетка. И все же эти немногочисленные выжившие клетки часто развиваются во вторичную опухоль. При этом как защитные механизмы элиминации раковых клеток в мозге, так и механизмы преодоления клетками этой защиты до недавнего времени оставались слабоизученными.

Опубликованная в Cell работа коллектива под руководством Joan Massagué из Memorial Sloan Kettering Cancer Center вносит существенный вклад в понимание этих механизмов.

Используя мышиные модели рака груди и легких с метастазами в мозг, авторы установили, что большинство попадающих в мозг раковых клеток уничтожаются с помощью клеток нейроглии – астроцитов. Астроциты вырабатывают специфический трансмембранный белок – Fas-лиганд (FasL), принадлежащий к семейству факторов некроза опухолей. При взаимодействии с рецептором (FasR, или CD95) опухолевой клетки FasL запускает в ней реакцию апоптоза.

Чтобы понять, как отдельные раковые клетки преодолевают этот защитный механизм, исследователи сосредоточили внимание на генах, экспрессия которых ассоциирована с метастатическими фенотипами рака груди и легких (именно эти 2 вида рака чаще всего дают метастазы в мозг). Один из этих генов – SerpinI1 – кодирует белок нейросерпин, являющийся ингибитором активатора плазминогена. Как известно, активатор плазминогена расщепляет плазминоген с образованием плазмина, который в свою очередь отвечает в том числе за конверсию FasL в растворимую форму (sFasL). sFasL является основным эффектором элиминации опухолевых клеток. Соответственно, нейросерпин – ключевой антагонист этого процесса, обеспечивающий защиту опухолевых клеток от Fas-опосредованного апоптоза и их выживание.

Однако этой ролью участие нейросерпина в метастазировании, как выяснилось, не ограничивается. Критической особенностью раковых клеток для их выживания в мозге является способность закрепляться на капиллярах (т.н. vascular co-option). По образному выражению руководителя исследования, раковые клетки плотно обхватывают капилляр, «подобно панде, обнимающей ствол дерева». Авторы установили, что эта способность связана с экспрессией белка L1CAM, ответственным за клеточную адгезию к стенкам сосудов. Примечательно, что этот белок также подвергается расщеплению плазмином, что ведет к потере адгезии. Соответственно, нейросерпин, будучи ингибитором плазминовой системы, обеспечивает выживание опухолевых клеток и в данном случае.

Полученные в представленной работе данные имеют большую ценность как для понимания природы метастазирования опухолей, так и для разработки соответствующих терапевтических средств, направленных на предотвращение этого явления.


Подпись к рисунку: Клетка рака груди на капилляре мозга. Источник изображения: Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

Источник: Valiente M, Obenauf AC, Jin X, Chen Q, Zhang XH, Lee DJ, Chaft JE, Kris MG, Huse JT, Brogi E, Massagué J. Serpins promote cancer cell survival and vascular co-option in brain metastasis. Cell. 2014. 156(5):1002-16.

---

Поблагодарили (3): Replikant, DaDa-Bu, Vadim Sharov

Размножение человека связано со спонтанным прерыванием беременности на предымплантационных стадиях, происходящим в ~ 50% случаев. Полногеномный анализ индивидуальных бластомеров ранних человеческих эмбрионов показывает, что свыше 70% зародышей содержат клетки с хромосомными аномалиями. Это примерно на порядок выше, чем у других млекопитающих. Аномальные эмбрионы оказываются неспособны к имплантации после вторжения в эндометрий матки. Очевидно, эмбриональные клетки обмениваются некими сигналами с клетками эндометрия, однако молекулярные механизмы распознавания и отторжения "бракованных" зародышей остаются малоизученными.

В статье в Scientific Reports британские ученые прояснили некоторые механизмы взаимодействия эмбрионов с эндометрием. Для этого клетки эндометрия обрабатывали культуральной средой после культивирования нормальных и аномальных зародышей. Сравнение транскриптомов эндометрия после такой обработки показало, что в результате контакта с "нормальной" культуральной средой изменяется экспрессия небольшого числа генов, запускающих процесс нормальной имплантации в эндометрии. Среда же от аномальных зародышей изменяет уровень экспрессии около полусотни генов; более половины из них приходится на клеточный транспорт (20%), трансляцию (17%) и клеточный цикл (13%). Аномальные зародыши индуцируют в клетках эндометрия так называемый стресс эндоплазматического ретикулюма (ER stress), что приводит к ингибированию трансляции, индукции шаперонов, аресту клеточного цикла и аутофагии. Кроме того, эмбрионы вызывают в клетках эндометрия кальциевые волны – короткие в случае нормальных зародышей и продолжительные в случае аномальных. Ключевую роль в этих процессах играют сериновые протеазы, секретируемые эмбрионами и активирующие натриевые каналы клеток эндометрия. Трипсин-подобная активность обнаружена в эмбриональной культуральной среде, а обработка эндометрия трипсином приводит к запуску программы имплантации. Нормальные эмбрионы секретируют умеренное количество протеаз, а эндометрий в ответ секретирует протеазные ингибиторы. Аномальные эмбрионы вырабатывают намного большее количество протеаз, что приводит к ЭР-стрессу и последующему отторжению.

Авторы полагают, что такой способ селекции зародышей выработался в эволюции у высших млекопитающих в результате использования механизмов менструации для распознавания и отторжения аномальных зародышей. Дальнейшее изучение молекулярных сигналов, которыми обмениваются ранние эмбрионы и ткани матки, будет иметь огромное значение, как практическое, так и фундаментальное.


Картинка из обсуждаемой статьи:
A – взаимодействие нормального эмбриона с клеткой эндометрия.
B –действие аномального эмбриона
(EnaC – натриевый канал, SPINK – ингибитор протеазы)

Источник: Brosens et al. Uterine selection of human embryos at implantation. Sci Rep. 2014 Feb 6;4:3894. Статья в открытом доступе.

---

Поблагодарили (8): semi, Acrimony, NBSC, Replikant, Erin, Dima11, Vadim Sharov, Nasta

Определение уровня некоторых компонентов ответа организма на воспаление позволяет обнаружить на ранней стадии прогрессию минимальной резидуальной болезни в рецидивы злокачественных опухолей. Показана возможность разработки новой стратегии скринирования доклинических проявлений рецидивов раковых опухолей и новых клинических подходов к их эффективной терапии.

Рецидивы раковых опухолей представляют собой трудноразрешимую клиническую проблему. Они возникают в результате прогрессии минимальной резидуальной болезни в активно растущие рецидивные опухоли.

Авторы проводили на мышах преклинические испытания различных средств противораковой терапии: Т-клетками, системной виротерапией, иммунотерапией кДНК вируса везикулярного стоматита, химиотерапией. Но длительное наблюдение за «вылеченными» животными показало, что у 20-50% из них в местах введения сохраняется часть опухолевых клеток из которых могут развиться рецидивы. Полученные данные показали, что возникшие рецидивные опухоли радикально отличаются от первичных, от которых они происходят. Фенотип рецидивных опухолей позволяет им уклоняться от действия естественного иммунного ответа.

У некоторых из таких мышей наблюдался воспалительный эффект включающий экспрессию фактора некроза опухолей α (Tnf-α), интерлейкинов 1β (Il-β) и Il-6. Для проверки гипотезы об ассоциации появления провоспалительных цитокинов с переходом «спящих» клеток в рецидив продукцию цитокинов анализировали с помощью ОТ-ПЦР. Tnf-α и Il-β обнаруживались только тогда, когда опухоли еще не пальпировались. В то же время Il-6, интерферон γ и амилоид сыворотки Р – маркер иммунного ответа на инфекцию, обнаруживались когда рецидивирующие опухоли еще были меньше 0,2 см, но все эти маркеры исчезали, если размер опухолей уже превысил 0,5 см.

Фактор роста эндотелия сосудов (Vegf) – поздний маркер ответа на инфекцию, обнаруживался наряду с Il-6 на ранних стадиях роста рецидивов, но отсутствовал у животных не проявлявших рецидивы или когда рецидивы уже развились. Внутривенное введение мышам Vegf провоцировало ускоренное развитие рецидивов. Но опухоли, спровоцированные Vegf, в отличие от позже развивающихся неспровоцированных рецидивов, не успевали приобрести устойчивости к «вылечившим» терапевтическим агентам. Спровоцированные рецидивы также лучше поддавались лечению терапевтическими средствами «второй линии».


Подпись к рисунку: Корреляция между размером опухоли-рецидива и концентрацией Il-6 в сыворотке крови по окончании терапии. Пробы сыворотки брались в дни, обозначенные стрелками. Приведены данные по различным мышам.

Источник: Kottke T, Boisgerault N, Diaz RM, Donnelly O, Rommelfanger-Konkol D, Pulido J, Thompson J, Mukhopadhyay D, Kaspar R, Coffey M, Pandha H, Melcher A, Harrington K, Selby P, Vile R. Detecting and targeting tumor relapse by its resistance to innate effectors at early recurrence. // Nat Med. 2013; V.19: P.1625-1631.

Место транскрипции мРНК пространственно разнесено от места трансляции в клетке. В особенной степени это относится к нейронам с их длинными аксонами и многочисленными дендритами. Более века назад Рамон-и-Кахаль постулировал, что механизмы памяти связаны с синаптической пластичностью, изменениями в форме синапсов и силе их взаимодействия. Современные молекулярные исследования синаптической пластичности связаны, в том числе, с изучением динамики мРНК в нейронах и механизмов локализованной трансляции.

Однако, существующие методы визуализации мРНК внутри клетки либо имеют дело с фиксированными клетками (гибридизация in situ, секвенирование РНК и др.), либо не обладают достаточной чувствительностью (молекулярныя маячки, beacons), либо сопряжены с грубым вторжением в работу живой клетки (микроинъекции искусственных конструкций). Американские ученые сообщают в статьях в Science, что им удалось разработать систему, позволяющую обойти указанные недостатки и пронаблюдать за динамикой мРНК в живых клетках. Суть этого изящного метода заключается в следующем. Были сделаны 2 линии трансгенных мышей; в одной линии к 3'UTR эндогенной мРНК (beta-actin) присоединили несколько шпилек, способных специфически связывать MCP, РНК-связывающий белок фага MS2; вторая линия экспрессировала сам MCP в составе гибрида с GFP. При скрещивании этих двух трансгенных линий мРНК актина оказывалась меченной GFP.

Исследования, проведенные с помощью этой методики, показали, что в отличие от фибробластов, в которых мРНК актина пассивно диффундирует, в нейронах она двигается за счет активного транспорта. мРНК перемещается по нейрону в виде гранул; исследователям удалось проследить за процессами слияния и разделения таких гранул. Оказалось, что в соме и проксимальных дендритах гранулы состоят из нескольких копий мРНК, а в дистальных дендритах – из одной. Деполяризация мембраны, связанная с активностью нейрона, приводила к разделению гранул и, соответственно, к увеличению их числа и понижению количества копий мРНК в каждой грануле. Активация нейрона приводит к локальному усилению трансляции актина, обусловленному не транскрипцией новых мРНК, а активацией уже синтезированных, за счет разборки гранул и/или диссоциации маскирующих мРНК-свзывающих белков. Эта локализованная активация синтеза актина, по-видимому, лежит в основе ремоделирования цитоскелета при навигации аксонов и синаптической пластичности. Механизм такой активации пока неясен и является предметом дальнейших исследований.

Картинка из Science Perspective к обсуждаемым статьям. Синаптическая активность запускает освобождение мРНК актина из гранул и локализованную трансляцию, что приводит к перестройке цитоскелета в активных синапсах.

Источники:
Akbalik, Schuman. Molecular biology. mRNA, live and unmasked. Science. 2014 Jan 24;343(6169):375-6.

Buxbaum et al. Single β-actin mRNA detection in neurons reveals a mechanism for regulating its translatability. Science. 2014 Jan 24;343(6169):419-22.

Park et al. Visualization of dynamics of single endogenous mRNA labeled in live mouse. Science. 2014 Jan 24;343(6169):422-4.

---

Поблагодарили (3): Yuly, epsylonit, Sky7walker

Сроки и механизмы освоения суши – важные вопросы для понимания ранней эволюции животных. Новая находка свидетельствует в пользу идеи о том, что наземные существа происходят от морских, а не пресноводных предков.

Трилобиты - одна из важнейших групп древних членистоногих в палеозойских морях. Вопреки своей репутации океанических обитателей, вымершие трилобиты могли выбираться в прибрежную часть приливно-отливной зоны и кормиться на мелководье во время отлива.

Окаменелости, обнаруженные Габриэлой Мэнгано (университет Саскачеван, Канада) и ее коллегами, свидетельствуют, что трилобиты выбирались на литораль еще во времена «кембрийского взрыва» – около 540 млн. лет назад. Исследовательская группа обнаружила останки трилобитов вместе с окаменелыми дорожками следов в скалах Аппалачей (США). Морфологический анализ подтвердил принадлежность следов к трилобитам из группы Olenellidae, найденным в тех же слоях. Окаменелые породы сохранили следы периодического высыхания (трещины) и затопления (рябь). Из этого следует, что в древности они находились на литорали.

Вероятно, быстрый рост разнообразия морских организмов вынудил некоторых из них искать новые, еще не освоенные экологические ниши. Исследователи полагают, что литораль могла предоставлять трилобитам пищу или безопасные укрытия. Таким образом, прямой путь к освоению суши был проложен уже на заре фанерозоя. Впрочем, сами трилобиты не имеют к нему прямого отношения: все они окончательно вымерли около 230 миллионов лет назад, не оставив потомков. Однако экосистемы древней литорали, в которой они, вероятно, играли не последнюю роль, стали "плацдармами" для выхода членистоногих из морей.

Источник: Geology, Nature

---

Поблагодарили (6): xenopus, NCP-bio, bifurcafe, Vadim Sharov, Priamo, Nasta

Группа исследователей из Колумбийского университета под руководством Сержа Пржедборски (Serge Przedborski) создала полностью человеческую in vitro культуральную модель бокового амиотрофического склероза (БАС), с помощью которой был показан механизм, вызывающий гибель нейронов в случаях спорадического и семейного БАС.

В текущий момент БАС является неизлечимым заболеванием, ведущим к тяжелой инвалидизации и гибели большинства пациентов в течении 3-5 лет после постановки диагноза. Эффективных средств этитропной терапии на данный момент не создано, так как патологический механизм заболевания не понят до конца. Известно, что 90% случаев БАС - спорадические, 10% случаев являются семейными. Для семейных случаев установлена связь заболеваемости с мутациями примерно в 15 генах. Основную роль при этом приписывают мутация в гене супероксид-дисмутазы SOD1. До недавнего времени понять причины спорадических случаев БАС не удавалось. Перенос данных, полученных в мышиной модели БАС, на человека, был в основном неудачен, по всей видимости, из-за узости используемой модели (основана на нарушении функции гена SOD1).

И вот теперь работы в области человеческих моделей сдвинулись с мертвой точки - создана как сама модель, так и показан возможный универсальный механизм гибели нейронов.

Участниками группы были выделены астроциты головного и спинного мозга пациентов, погибших от БАС, после чего было произведено сокультивирование данных астроцитов с моторными нейронами человека, полученными из стволовых клеток. В итоге показано, что нейроны, которые росли в сокультуре с астроцитами больных БАС, гибли в течении двух недель путем некроптоза (програмируемый некроз). Гибель нейронов вызывали астроциты полученные от пациентов как с семейным, так и со спорадическим БАС. Нейроны, росшие с астроцитами от пациентов, погибших от других, не связанных с БАС причин, оставались жизнеспособны. Таким образом, впервые показан общий механизм нейронального поражения при всех формах БАС. Исследование пути астроцит-зависимого некроптоза мотонейронов сулит надежду разработки средств, замедляющих или предотвращающих развитие БАС.

Статья: Re DB, Le Verche V, Yu C, Amoroso MW, Politi KA, Phani S, Ikiz B, Hoffmann L, Koolen M, Nagata T, Papadimitriou D, Nagy P, Mitsumoto H, Kariya S, Wichterle H, Henderson CE, Przedborski S. Necroptosis Drives Motor Neuron Death in Models of Both Sporadic and Familial ALS. Neuron. 2014 Feb 4.

---

Поблагодарили (6): Serpent, Vadim Sharov, xenopus, papa Karlo, NBSC, Chrus

Устойчивость (резистентность) микроорганизмов к антибиотикам, характерная для многих патогенных видов бактерий, представляет собой широко распространенный феномен и серьезнейшую проблему современной медицины. Достаточно вспомнить огромное число внутрибольничных инфекций, вызываемых высокоустойчивыми штаммами метициллин-резистентного Staphylococcus aureus (MRSA). Еще один пример – по данным ВОЗ, для 19% зарегистрированных в 2011 году случаев туберкулеза была отмечена множественная резистентность к антибиотикам.

Обычно бактерии приобретают резистентность в результате мутаций или же в результате горизонтального переноса генов резистентности от других видов бактерий. Эти постоянно идущие процессы провоцируют настоящую «гонку вооружений», вынуждая ученых постоянно искать и разрабатывать новые антибиотики. Соответственно, изучение механизмов резистентности представляется особенно важным.

В опубликованной в журнале Chemistry & Biology работе исследователи из Института Скриппса под руководством Ben Shen представили результаты изучения механизмов резистентности бактерий Streptomyces platensis к собственным антибиотикам. Относительно недавно из этого микроорганизма были выделены 2 новых антибиотика – платенсимицин (platensimycin, PTM) и платенцин (platencin, PTN). Оба вещества действуют, ингибируя процесс синтеза жирных кислот, необходимый в частности для формирования клеточной стенки бактерий. При этом платенсимицин непосредственно ингибирует один из ферментов синтеза (FabF), а платенцин – 2 фермента (FabF и FabH), активных на разных стадиях синтеза.

Авторы установили, что за устойчивость к антибиотикам у продуцирующих их штаммов Streptomyces platensis ответственны 2 механизма. Один из них обеспечивается модификацией мишени обоих антибиотиков – фермента FabF из локуса синтазы жирных кислот. В результате мутации данный фермент становится нечувствительным к действию антибиотика. Такой механизм обеспечения резистентности является «классическим» и известен довольно давно, однако в рассматриваемом случае он является второстепенным.

Основной же механизм реализуется за счет функциональной замены фермента, чувствительного к соответствующим антибиотикам, альтернативным нечувствительным ферментом. Последний кодируется генами ptmP3 и ptnP3 из биосинтетического кластера платенсимицина и платенцина соответственно. Примечательно, что ptmP3/ptnP3 кодируют 1 белок, функционально замещающий одновременно 2 фермента (FabF и FabH). Такой модифицированный механизм биосинтеза жирных кислот и соответствующий механизм устойчивости к антибиотикам описаны впервые. Соответственно, эти данные имеют большое значение для разработки будущих антибиотиков, нацеленных на бактериальный цикл синтеза жирных кислот.


Источник: Peterson RM, Huang T, Rudolf JD, Smanski MJ, Shen B. Mechanisms of Self-Resistance in the Platensimycin- and Platencin-Producing Streptomyces platensis MA7327 and MA7339 Strains. Chem Biol. 2014 Feb 18.

Подпись к рисунку: Снимок культуры Streptomyces sp. на предметном стекле. Изображение взято из Википедии.

---

Поблагодарили (2): Vadim Sharov, Nasta

Способность некоторых людей запоминать сновидения связана с присутствием в коре головного мозга двух областей повышенной активности, функционирующих как во сне, так и во время бодрствования. Об этом сообщает группа французских нейробиологов под руководством Perrine Ruby из the Lyon Neuroscience Research Center, опубликовавшая результаты своих исследований в журнале Neuropsychopharmacology.

Учеными из числа добровольцев были сформированы две группы: первую составили люди, способные минимум пять раз в неделю достаточно подробно вспомнить свои сны после пробуждения, вторую – те, кто мог это сделать в среднем только два раза в месяц. С целью определения спонтанной мозговой активности, как во время сна, так и во время бодрствования, исследователи использовали позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ).

В результате было обнаружено, что у добровольцев из первой группы в любое время суток отмечается повышенная активность в двух областях коры мозга. Одна из них относится к участку, соединяющему теменную и височную кору, другая – к средней префронтальной зоне коры. Известно, что работа первой области связана с концентрацией внимания, в то время как область средней префронтальной коры участвует в абстрактной мышлении и принятии решений – высших функциях мозга. При этом у пациентов с повреждением обоих этих участков мозга наблюдается существенное снижение способности запоминать сны.

Нейробиологи считают, что полученные результаты могут объяснить причину частых пробуждений и повышенной чуткости во время сна у добровольцев из первой группы. Их мозг время от времени функционирует в более активном, подобном дневному, режиме. Именно благодаря этому и происходит запоминание сновидения. «Установленное нами различие в способности запоминания снов у рассматриваемых групп не исключает существования среди них различий в количестве продуцируемых сновидений», – заключают ученые, обрисовывая возможное направление дальнейших исследований.


Подпись к рисунку: участок, соединяющий теменную и височную кору (Perrine Ruby / Inserm)

Источники: http://presse-inserm.fr/en/why-does-the-br...r-dreams/11156/

Eichenlaub JB, Nicolas A, Daltrozzo J, Redouté J, Costes N, Ruby P. Resting Brain Activity Varies with Dream Recall Frequency Between Subjects. Neuropsychopharmacology. 2014 Jan 16.

---

Поблагодарили (5): Nasta, Dashas, Shanty, Vadim Sharov, Esya

Разработка и тестирование новых препаратов для лечения различных видов рака – длительный процесс, требующий огромных ресурсов и материальных затрат. При этом регистрация таких препаратов в контролирующих органах, таких как американская Food & Drug Administration (FDA) или European Medicines Agency (EMA) – отдельная сложная задача. В связи с этим большой интерес представляют поиски новых применений для препаратов, уже прошедших полный цикл тестирования и одобренных регулятором для использования в клинике.

В рамках этого подхода группа исследователей из Института Рака Университета Питтсбурга (UPCI) под руководством Anette Duensing провела скрининг противоопухолевых препаратов, ранее утвержденных FDA, с целью поиска перспективных терапевтических агентов для лечения одной из разновидностей опухолей желудочно-кишечного тракта (ЖКТ).

Стромальные опухоли ЖКТ (gastrointestinal stromal tumors, GIST) составляют до 3% злокачественных новообразований ЖКТ и встречаются с частотой 10-20 случаев на 1 миллион человек. Патогенез связан с мутациями генов KIT и PDGFRA, в терапии используется тирозинкиназный ингибитор иматиниб (Imatinib), однако у многих больных развивается резистентность к данному препарату. Поиск терапевтических агентов для лечения таких резистентных опухолей и был задачей проведенного скрининга.

Для скрининга была использована панель из 89 веществ, одобренных FDA в качестве химиотерапевтических агентов (NCI Approved Oncology Drugs Set II). Тестирование проводилось на первичных культурах клеток пациентов с GIST, а также на модели ксенографтов человеческих GIST у мышей. 37 веществ продемонстрировали противоопухолевую активность по крайней мере в одной из использованных концентраций. В результате установлено, что клетки GIST очень чувствительны к ингибиторам транскрипции и ингибиторам топоизомераз II. С точки зрения механизмов, это объясняется зависимостью опухоли от постоянной экспрессии гена KIT и нарушений в клеточном ответе на повреждение ДНК.

Наибольшую активность на модели мышиных ксенографтов GIST человека показали 2 вещества – непрямой ингибитор транскрипции митрамицин А (mithramycin A) и ингибитор топоизомераз митоксантрон (mitoxantrone). Эти вещества также активны в клинически значимых концентрациях в отношении первичных культур клеток GIST, устойчивых к иматинибу. Таким образом, именно эти соединения являются потенциальными новыми терапевтическими агентами для лечения GIST.

Конечно, определяющее значение для внедрения в клиническую практику имеют предстоящие клинические испытания. Однако наличие детальной информации о препаратах в рассматриваемом случае позволит значительно ускорить эти испытания. При этом данное исследование примечательно простым и эффективным подходом, который в перспективе может быть использован для поиска новых применений и для других уже утвержденных контролирующими органами препаратов.


Источник: Boichuk S, Lee DJ, Mehalek KR, Makielski KR, Wozniak A, Seneviratne DS, Korzeniewski N, Cuevas R, Parry JA, Brown MF, Zewe J, Taguchi T, Kuan SF, Schöffski P, Debiec-Rychter M, Duensing A. Unbiased compound screening identifies unexpected drug sensitivities and novel treatment options for gastrointestinal stromal tumors. Cancer Res. 2014. 74(4):1200-13.

Подпись к рисунку: Механизм действия одного из исследованных соединений из группы ингибиторов топоизомераз II типа – митоксантрона. Показан комплекс топоизомеразы II-бета с ДНК и интеркалирующей молекулой митоксантрона (PDB ID 4g0v). Рисунок взят из Википедии, по материалам статьи: Wu CC, Li YC, Wang YR, Li TK, Chan NL. On the structural basis and design guidelines for type II topoisomerase-targeting anticancer drugs. Nucleic Acids Res. 2013. 41(22):10630-40.

---

Поблагодарили (7): ship, petr, Newsline, Vadim Sharov, Vladim, Nasta, Eurekf

Явление РНК-интерференции было открыто относительно недавно, но интенсивно изучалось, и на сегодняшний день оно применяется для подавления экспрессии генов в самых разных системах и организмах. Одним из ключевых участников этого процесса является белок Argonaute (Ago), присутствующий как у про-, так и у эукариот.

В статье в журнале Nature сообщается об открытии явления ДНК-интерференции – расщеплении чужеродной ДНК, направляемом короткими (13-25 нуклеотидов) фрагментами ДНК (siDNA). Авторы изучали функции белка Ago у Thermus thermophilus и обратили внимание на тот факт, что нокаут по Ago сильно повышает эффективность трансформации чужеродными плазмидами данной бактерии. Сравнение транскриптомов не выявило существенных различий дикого и мутантного штамма. Исходя из имеющихся данных о способности Ago некоторых бактерий связывать как РНК, так и ДНК, авторы предположили, что Ago напрямую расщепляет чужродные плазмиды. Это подтвердилось в серии дальнейших экспериментов, в том числе и по изучению активности очищеных препаратов siDNA-Ago.

Несмотря на то, что некоторые детали данного процесса пока не ясны, авторы предлагают такую модель. При попадании чужеродной плазмиды в клетку, Ago за счет своей нуклеазной активности расщепляет некоторую часть плазмиды и связывается с соответствующими одноцепочечными фрагментами (siDNA). Сиквенс-специфических предпочтений при этом выявлено не было. Комплекс siDNA-Ago расщепляет комплементарную ДНК, находящуюся в одноцепочечной форме (оцДНК, возникающую при естественной компетенции, и/или репликативные интермедиаты). Кроме того, комплекс о siDNA-Ago способен атаковать и дцДНК, внося ники (одноцепочечные разрывы). Если ник образуется в AT-богатой области, то Ago делает ник на комплементарной цепи, что приводит к появлению двухцепочечного разрыва и деградацию плазмидной ДНК другими клеточными нуклеазами. Механизм различения "свой-чужой" не вполне ясен; возможно, существенную роль играет тот факт, что чужеродная ДНК имеет более низкое содержание GC.

Таким образом, в отличие от эукариотического Ago (входящего в состав сложного комплекса РНК-интерференции), бактериальный Ago является простым, но эффективным оружием защиты бактерий от чужеродных генетических элементов.

Картинка: структура Ago T. thermophilus, связанного с siRNA (выделена синим) и siDNA (выделена красным)

Источник: Swarts et al. DNA-guided DNA interference by a prokaryotic Argonaute. Nature. 2014 Feb 16. doi: 10.1038/nature12971. [Epub ahead of print]

---

Поблагодарили (14): Newsline, petr, N-euro, Mike Shelk, Shanty, Alex2006, Vadim Sharov, klav, inview, NMR-guy, belkin, AVS, Dashas, Alis93