Биоинженеры разработали белки — синтетические транскрипционные регуляторы, которые в клетках активируются кофеином. Для «включения» такого белка и запуска экспрессии подконтрольных ему генов достаточно физиологически значимых концентраций кофеина, которые содержатся в кофе, чае и энергетических напитках. Работу кофеин-зависимых регуляторов проверили на практике на модельных мышах с диабетом второго типа. Потребление кофе приводило к снижению уровня глюкозы у мышей с диабетом и имплантированными клетками, экспрессирующими синтетический гормон в присутствии кофеина. Статья опубликована в Nature Communications.
Кофеин потребляется во всем мире в больших количествах, поэтому ученые рассматривают это вещество как дешевый и нетоксичный препарат, который можно применять в различных медицинских приложениях. Например, ученые из швейцарской высшей технической школы Цюриха предложили использовать кофеин в качестве индуктора для выработки самим пациентом лекарства против диабета. Для этого ученые разработали искусственные белки-активаторы, реагирующие на кофеин и состоящие из нескольких функциональных блоков. Генетическая конструкция, кодирующая активатор, встроена в ДНК клеток, которые можно ввести в поджелудочную железу.
Рецептором кофеина в этой системе служит синтетическое одноцепочечное антитело, которое образует пару с такой же молекулой (димеризуется) в ответ на связывание кофеина в микромолярных концентрациях. Именно в таких концентрациях, например, кофеин присутствует в крови человека после употребления содержащих его напитков.
Первая версия синтетического регулятора содержала кофеин-связывающий, ДНК-связывающий и трансактиваторный домены и реагировала на 100 микромоль чистого кофеина. Затем исследователи «пришили» кофеин-связывающее антитело к белкам, запускающим один из клеточных сигнальных каскадов, ведущих к запуску транскрипции одновременно с многократным усилением сигнала. В этом случае система реагировала уже на концентрации от 1 до 0,01 микромоль кофеина. Финальная версия системы получила название С-STAR (caffeine-stimulated advanced regulators).
Чтобы проверить активность системы при физиологически значимых концентрациях кофеина, исследователи запускали в клеточной линии экспрессию репортерного гена синтетическим активатором в ответ на воздействие коммерческих кофеин-содержащих напитков, таких как RedBull, Coca-Cola и кофе из StarBucks. В качестве отрицательного контроля в этом эксперименте взяли кофе без кофеина.
После разработки кофеин-индуцируемой системы исследователи проверили ее функциональность на животных. Модельным мышам с диабетом второго типа, вызванного ожирением, с нарушенной чувствительностью к инсулину, имплантировали микрокапсулы с клетками, содержащими систему С-STAR. Вместо репортерного белка система активировала экспрессию синтетического гормона — глюкагон-подобного пептида, который ранее был разработан для снижения уровня глюкозы в крови при диабете. Подопытных мышей поили умеренно крепким кофе комнатной температуры, и в течение двух недель у животных нормализовался уровень глюкозы в крови натощак и снизился вес. При этом критического падения уровня глюкозы в ответ на повышенное потребление кофе не наблюдалось.
Авторы работы поясняют, что имплантируемые в брюшную полость микроконтейнеры, подобные тем, что использовались на мышах, уже использовали в клинических испытаниях для терапии диабета на людях, так что кофеин-индуцируемую систему С-STAR теоретически можно проверять на реальных пациентах.
Для лечения диабета исследователи ранее предлагали и более экзотические способы, например, инъекцию в мозг фактора роста фибробластов (FGF1).
Дарья Спасская
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.