Биологи восстановили сердечную деятельность у мышей после инфаркта
Исследователи из Медицинского Колледжа Бейлора и Техасского Института Сердца сумели добиться восстановления сердечной деятельности у мышей после инфаркта. Для этого они выключили один из генов пути Hippo, участвующего в подавлении пролиферации и регенерации кардиомиоцитов и возникновении фиброза сердечных тканей. Исследование опубликовано в Nature.
До сих пор наиболее эффективными средствами, позволяющими справиться с сердечной недостаточностью, являлись либо трансплантация нового органа, либо имплантация вспомогательного устройства, задающего сердечный ритм. При этом ученые не теряют надежду найти средство, которое заставит клетки сердца восстанавливаться самостоятельно (об экспериментах с выключением гена Erbb2 мы раньше уже рассказывали).
Во время инфаркта часть сердечных тканей лишается доступа к кислороду и отмирает, а на их месте образуется рубец, сформированный с помощью фибробластов, не способных к сокращению. В результате сердце уже не может работать так, как раньше, и чем больше область поражение, тем слабее становится сердечная мышца. Известно, что в этом процессе участвует путь Hippo — киназный каскад, который взаимодействует с рядом транскрипционных факторов и предотвращает регенерацию и пролиферацию кардиомиоцитов.
Ученые работали над линией мышей с ишемической болезнью сердца. Спустя три недели после искусственно индуцированного инфаркта миокарда, вызвавшего систолическую дисфункцию сердца (поражение ткани желудочков), таким мышам выключали ген Salvador (Salv) — кодирующий один из участников пути Hippo. Работу сердца мышей наблюдали каждые две недели с помощью эхокардиографии. Спустя шесть недель после выключения гена сердечная деятельность у таких мышей была близка к сердечной деятельности здоровых мышей. В большинстве случае ткань желудочков содержала существенно больше кардиомиоцитов, а фиброзный рубец был меньше, чем у контрольной группы, также подвергнутой инфаркту. Синтез таких факторов, как Myh7 NppA, NppB, участвующих в реорганизации кардиомиоцитов, у мышей с выключенным Salv, в отличие от контрольной группы, не запускался.
Анализ общей РНК кардиомиоцитов у здоровых мышей, у мышей после инфаркта с выключенным Salv и у обычных мышей после инфаркта показал, что первые две группы наиболее близки между собой. Таким образом, выключение пути Hippo приводит к тому, что сердечные клетки как будто бы «не знают» об инфаркте и продолжают нормальную жизнедеятельность, в том числе, связанную с регенерацией и пролиферацией.
Ученые продемонстрировали особенную значимость в восстановлении сердечной ткани белка Park2, который ответственен за «контроль качества» митохондрий. При нарушениях его деятельности «неисправные» митохондрии не выбраковываются вовремя, и это приводит к нарушению работы кардиомиоцитов в целом. Исследователи показали, что делеция соответствующего гена приводит к серьезной кардиомиопатии. Выяснилось, что после инфаркта синтез Park2 в кардиомиоцитах у контрольной группы заметно снижается, однако у мышей с выключенным Salv он остается в норме. Это объясняется тем, что именно путь Hippo ответственен за фосфорилирование и исключение из клеточных ядер транскрипционных факторов Taz и Yap, участвующих в процессах восстановления сердечной ткани. Фактор Yap, в частности, необходим для синтеза Park2.
Ученые также сконструировали вирусный вектор, позволяющий выключать ген у любых мышей (в предыдущей части эксперимента они работали со специально выведенной генетически модифицированной линией мышей, для которой существовала возможность выключения гена Salv в любой момент с помощью тамоксифена). Введение такого вектора как во время инфаркта, так и три недели спустя вызывало существенные улучшения сердечной ткани по сравнению с контрольными группами.
В дальнейшем ученые планируют более детально исследовать влияние пути Hippo на развитие фиброза сердечных тканей. А о том, как риск инфаркта повышают дровяные печи, можно прочитать здесь.
Анна Казнадзей
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».
