В ДНК пшеницы нашли «ген неолитической революции»
Группе ученых из международного проекта, охватывающего университеты Израиля, Германии, Италии, Японии, Канады и США удалось описать структуру и разнообразие генома дикой пшеницы двузернянки, предка современных сельскохозяйственных пшеничных культур. Они впервые сделали ее полногеномную сборку, описали работу ее генов и нашли локусы, подвергшиеся давлению селекции, в том числе гены, отвечающие за опадание колосов. Исследование опубликовано в Science.
Сборка геномов растений часто бывает затруднена из-за большого размера их геномов и большого числа повторов в них, а также свойственной многим растениям полиплоидии — наличия множества наборов хромосом вместо типичного одного или двух наборов, характерных для гаплоидных и диплоидных организмов. Дикая двузернянка (Triticum turgidum ssp. dicoccoides) — аллотетраплоид, что означает, что в ядрах ее клеток имеются четыре набора хромосом от двух разных исходных предков (то есть два ее диплоидных набора, или субгенома, не полностью соответствуют друг другу, а пришли из разных источников). Промежуточным звеном между дикой двузернянкой и современной сельскохозяйственной мягкой и твердой пшеницей является одомашненный вид двузернянки. Пшеницу начали культивировать более десяти тысяч лет назад, и за это время она претерпела ряд изменений, однако генетическая основа этих изменений до сих пор недостаточно изучена.
С помощью методов шотган-секвенирования и данных HiC-анализов ученым удалось впервые с высокой степенью точности собрать геном и реконструировать архитектуру 14 хромосом дикой пшеницы. После этого они провели анализ РНК в двадцати разных ее тканях и описали около 65 тысяч генов в новой сборке, после чего методами сравнительной геномики подтвердили, что это, скорее всего, действительно работающие гены. Работа ряда генов двузернянки, как выяснилось, несколько отличается в двух ее субгеномах. Соответствующие белки, в основном, подвержены фосфорилированию и участвуют в глобальных метаболических процессах, из чего ученые сделали вывод, что субгеномная регуляция экспрессии генов может быть способом адаптации разных сортов пшеницы к разным условиям.
На основании сравнения около двух сотен разных образцов пшеницы (дикой двузернянки, одомашненной двузернянки и твердой пшеницы) с полученным референсным геномом, ученые описали от 32 до 154 геномных локусов двузернянки (в зависимости от параметров выборки), которые по-видимому, играли ключевую роль в процессах селекции. При этом разнообразие геномов у разных представителей дикой пшеницы оказалось не существенно большим, нежели у разных представителей сельскохозяйственных сортов. У последних, однако, наблюдался аллельный сдвиг в сторону более распространенных вариантов генов — по-видимому, вследствие эффектов «бутылочного горлышка» в процессе селекции (скрещивания очень похожих представителей). Многие гены, расположенные в вышеупомянутых «селекционных» участках, согласно классификации Gene Ontology, чувствительны к растительным гормонам роста ауксинам. Это похоже на картину для подобных генов у кукурузы и риса.
Ученым удалось, в частности, выявить гены, отвечающие за опадание колоса. У дикой пшеницы при созревании колос опадает, а у одомашненной — нет, и это является существенным преимуществом при сборе урожая. Именно эта особенность легла в основу зернового сельского хозяйства еще на заре его возникновения в эпоху неолита, и стала своего рода его революционным прорывом. Геном оказался TtBtr1, гомолог соответствующего гена Btr1 у ячменя. Он представлен в обоих субгеномах копиями TtBtr1-A и TtBtr1-B, и нарушение работы этих копий ведет к потере способности созревшего колоса к опаданию. Чтобы исследовать работу этих генов подробнее, ученые получили отдельные сорта пшеницы с нарушенной копией TtBtr1-A или TtBtr1-B, и колосы таких сортов продемонстрировали промежуточные характеристики — они опадали, но лишь частично. У всех одомашненных сортов пшеницы обе копии этого гена были нарушены.
Исследование геномов культивируемых растений и выявление наиболее значимых с точки зрения селекции локусов может давать большие преимущества в рамках сельского хозяйства, поскольку до сих пор большая часть шагов селекции делались «вслепую».
А о вреде безглютеновой диеты можно почитать тут.
Анна Казнадзей
И еще четырех видов опухолей
Британские и датские иммунологи обнаружили на цитотоксических T-лимфоцитах рецептор, узнающий одновременно три разных опухолевых антигена. Пациент, у которого были обнаружены эти Т-клетки, смог достичь полной ремиссии меланомы четвертой клинической стадии. Такое строение T-клеточных рецепторов не дает клеткам опухоли ускользнуть от противоопухолевого иммунитета. Похожие типы Т-клеточных рецепторов есть и у здоровых людей, но их роль в противоопухолевом иммунитете пока неясна. Исследование опубликовано в виде статьи в журнале Cell. Клеточная терапия онкологических заболеваний направлена на введение в организм Т-лимфоцитов, узнающих фрагменты белков опухоли, выставляемые клетками на поверхности белков главного комплекса гистосовместимости (HLA-антигенов). Она позволяет добиться ремиссии во многих случаях, при которых другие виды лечения неэффективны. Но врачи часто сталкиваются с ускользанием опухолевого клона от такого иммунитета. Иногда достаточно нескольких месяцев, чтобы опухолевые клетки перестали экспрессировать маркер, который должны были узнавать лимфоциты. Хотя большинство Т-лимфоцитов узнают один эпитоп, некоторая часть из многообразия Т-клеточных рецепторов, образующихся в процессе созревания Т-клеток, узнает не один, а сразу несколько антигенов. Такие клетки есть и у здоровых людей, и у пациентов с аутоиммунными болезнями. Рецепторы, нацеливающие иммунную систему сразу на несколько молекул-мишеней, могли бы повысить эффективность клеточной терапии. Ведь даже если с поверхности опухоли исчезнет один антиген, то иммунный ответ против второго сохранится, и лечение останется эффективным. Шаг в сторону использования этого принципа в терапии сделала группа онкологов и иммунологов из Великобритании и Дании под руководством Эндрю К. Сьюэлла (Andrew K.Sewell) из Университета Кардиффа. На протяжении последних 15 лет они занимаются клеточной терапией меланомы. В рамках клинических исследований врачи забирали у пациентов клетки крови, отбирали среди них Т-лимфоциты, тропные к меланоме, и после культивации in vitro вводили клетки обратно пациентам. В одном из исследований, проведенном в 2011-2014 годах, участвовал пациент с четвертой клинической стадией меланомы, у которого клеточная терапия позволила добиться десятилетней ремиссии болезни (обычно же медианная продолжительность жизни с момента постановки диагноза у таких пациентов не превышает года). Ученые решили детально исследовать, с какими особенностями Т-клеточного ответа это было связано. Как выяснили иммунологи, почти вся противоопухолевая активность лимфоцитов пациента была связана одним лимфоцитарным клоном (его обозначили MEL8), который реагировал in vitro не только на меланому, но и на клетки острого миелолейкоза, опухоли молочной, предстательной и поджелудочной железы от других пациентов с таким же типом HLA-антигена (гаплотип HLA A*02:01, наиболее распространенный в мире). Это было неожиданно, ведь рецепторы этих Т-клеток чувствительны к белку мелану A, специфичному для меланоцитов и происходящих от них опухолей (включая меланому). Авторы создали библиотеку из 936 миллиардов декапептидных последовательностей и оценили in silico сродство рецепторов MEL8 к олигопептидам, связанным с HLA A*02:01. Такой скрининг позволил отобрать 500 пептидов, представленных в протеоме человека. Три из них — участки белков мелана А, BST2 и IMP2 — имели сродство к Т-клеточному рецептору MEL8 in vitro и при этом экспрессировались меланомой. У всех трех декапептидных последовательностей нашлась гомология и на уровне аминокислотной последовательности, и на уровне третичной структуры, что было подтверждено рентгеноструктурным анализом. Т-клетки, у которых есть рецепторы, тропные одновременно к мелану А, IMP2 и BST2, были обнаружены у здоровых добровольцев и у одного пациента с хроническим лимфолейкозом, но их количество было невелико. Обнаруженный вид поливалентного рецептора можно использовать и для лечения других пациентов: исследователи секвенировали последовательность Т-клеточного рецептора и трансдуцировали этой последовательностью другие линии лимфоцитов в рамках своих экспериментов. Следовательно, есть предпосылки для создания эффективной клеточной терапии опухолей или противоопухолевой вакцины. Впрочем, пока невозможно говорить, насколько безопасной было бы такое лечение, ведь исследование британских и датских ученых основано лишь на единичных наблюдениях пациентов с опухолями. Кроме того, распознавание эпитопов Т-клеточным рецептором зависит от варианта HLA.антигена, имеющегося у данного конкретного человека, и распространенность полимодальных Т-клеточных рецепторов у носителей разных вариантов HLA может отличаться. Даже сильного иммунного ответа против клеток меланомы может оказаться недостаточно для победы над болезнью — на эффективность лечения могут влиять такие факторы, как уровень тестостерона.
