Гибридная молекула помогла «расчистить завалы» в ДНК при атаксии Фридрейха
Ученые создали молекулу, которая помогает РНК-полимеразе проходить труднодоступные участки в ДНК, образующиеся в результате экспансии тринуклеотидных повторов при атаксии Фридрейха - тяжелой наследственной болезни, которая нарушает координацию движений. Молекула под названием Syn-TEF1 специфически связывается с повторами в ДНК и привлекает туда белки, помогающие полимеразе синтезировать РНК. В экспериментах на клеточных линиях и на мышах Syn-TEF1 эффективно восстановила экспрессию гена FXN, нарушение которой и является причиной развития заболевания. Исследование опубликовано в Science.
Атаксия Фридрейха является наиболее распространенной наследственной атаксией, то есть заболеванием, сопровождающимся тяжелым нарушением моторики и координации. В мире ей болеет примерно один человек из 50 тысяч, а носителем мутации, приводящей к развитию болезни, является почти каждый сотый. Эффективного лечения для этой болезни пока не существует.
Симптомы заболевания провоцирует недостаток белка фратаксина, из-за которого нарушаются функции митохондрий. В результате постепенного накопления с возрастом тринуклеотида GAA в некодирующем участке гена FXN, который кодирует фратаксин, ДНК в этом месте образует участок неактивного хроматина или даже сложные структуры, которые мешают проходить РНК-полимеразе. В результате экспрессия гена падает, что и приводит к недостатку белка.
Ученые из университета Висконсина создали молекулу, которая специфично связывается с повторами GAA и привлекает туда белки, помогающие РНК-полимеразе проходить сложный участок (факторы элонгации транскрипции). В основе «синтетического фактора элонгации», или Syn-TEF1, как его назвали авторы работы, лежит соединение под кодовым названием JQ1, которое связывается с белком, необходимым для прохождения РНК-полимеразы через ДНК. Эта молекула используется для подавления транскрипции в опухолевых клетках.
Чтобы превратить ингибитор транскрипции в активатор, ученые пришили к JQ1 ДНК-связывающий «хвост», состоящий из полиамидов (PA1). К этим веществам можно присоединять различные функциональные группы таким образом, чтобы они связывались с заданной последовательностью в ДНК.
Эксперименты на клетках, взятых у больных атаксией, показали, что Syn-TEF1 полностью восстанавливает экспрессию гена FXN. Секвенирование РНК, выделенной из клеток, обработанных молекулой и контрольных клеток, показало, что Syn-TEF1 достаточно специфично действует на экспрессию этого гена. Только 11 других генов изменили свою экспрессию более чем в два раза под действием вещества, при этом свободный JQ1 изменил экспрессию четырех тысяч генов.
Ученые также проверили, как вещество подействует на клетки в организме мышей. Для этого мышам подсадили под кожу опухолевые клетки, содержащие репортерный ген, соединенный с геном FXN. В составе последнего содержалось 310 повторов тринуклеотида GAA. В отсутствие лечения FXN не экспрессировался. Если в опухоль кололи Syn-TEF1, экспрессия гена восстанавливалась, что можно было заметить по свечению флуоресцентного белка-репортера.
Атаксия Фридрейха - только один пример из целой группы наследственных заболеваний, вызванных экспансией тринуклеотидных повторов. Другие ее «коллеги» — это болезнь Хантингтона, синдром хрупкой X-хромосомы, спиноцеребеллярная атаксия и еще десяток синдромов. Мы рассказывали, что одним из подходов к лечению спиноцеребеллярной атаксии является терапия модифицированными олигонуклеотидами, которые, наоборот, подавляют синтез мутантного гена.
Дарья Спасская
Эти эффекты зависели от пола
Американские исследователи выяснили, что прием каннабидиола беременными мышами связан с нарушениями термической болевой чувствительности, способности к решению задач и возбудимости префронтальной коры мозга у их потомства, причем эти эффекты зависят от пола. Отчет о работе опубликован в журнале Molecular Psychiatry. В странах, где препараты конопли разрешены для медицинского или рекреационного применения, некоторые беременные женщины принимают каннабидиол (второй по количеству каннабиноид после тетрагидроканнабинола) в чистом виде или в составе медицинской марихуаны для борьбы с тошнотой, считая, что это безопасно. При этом каннабидиол, не обладающий психоактивными свойствами, проникает через гематоплацентарный барьер и связывается с многими рецепторами, принимающими участие в развитии мозга, в том числе серотониновыми 5-HT1A, термочувствительными ваниллоидными TRPV1 и калиевыми каналами Kv7. Возможные последствия этого для потомства остаются малоизученными. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники из Университета Колорадо под руководством Эмили Энн Бейтс (Emily Anne Bates) вводили внутрижелудочно мышам с пятого дня беременности (примерно конец первого триместра) до родов 50 миллиграмм каннабидиола (высокая доза) в подсолнечном масле на килограмм массы тела ежедневно. Животные из контрольной группы получали только подсолнечное масло. На продолжительность беременности, набор массы тела в течение нее, размер и пол помета прием препарата не влиял. Он и его метаболиты полностью вывелись из плазмы мышат на восьмой день от рождения. Подошвенный тест на аппарате Харгиривза в возрасте 11 недель показал, что после внутриутробного воздействия каннабидиола у потомства мужского, но не женского пола значительно (p = 4,99 × 10-8) понижен порог термической болевой чувствительности. При нокауте гена TRPV1 он не изменялся, а значит, эффект связан именно с этими рецепторами. По данным тестов с темно-светлой камерой и различными лабиринтами, прием каннабидиола во время беременности не влиял на уровень тревожности, компульсивность и пространственную память потомства. В экспериментах с клетками-головоломками выяснилось, что после такого воздействия самки, но не самцы медленнее (p = 0,02) справляются с решением задач, что, вероятно, связано с гиперактивацией 5-HT1A-рецепторов. Электрофизиологическое исследование в возрасте 14–21 дня показало, что у таких самок повышен (p = 0,00007) порог запуска потенциала действия (то есть снижена возбудимость) Kv7-положительных пирамидных нейронов слоя 2/3 префронтальной коры, отвечающей за обучение и исполнительные функции. Плотность, размеры и морфология дендритных шипиков этих клеток затронуты не были, однако амплитуда возбуждающих потенциалов, вызванных активацией глутаматных AMPA-рецепторов, оказалась существенно снижена (p = 0,0009). У самцов подобных изменений не наблюдалось. Полученные данные свидетельствуют о том, что ежедневный прием высоких доз каннабидиола на протяжении последних двух триместров беременности мышами вызывает изменения физиологии нейронов и развития нервной системы у потомства, что в дальнейшем проявляется сенсорными и поведенческими расстройствами, причем эти эффекты зависят от пола животных. Авторы работы намерены уточнить, как на них влияют доза препарата и его прием в отдельные периоды беременности. В 2022 году канадские исследователи сообщили, что около двух процентов их беременных соотечественниц употребляют марихуану, причем это коррелирует с повышенным риском преждевременных родов, низкой массы ребенка при рождении, недостаточным или избыточным весом для гестационного возраста, любых врожденных аномалий, кесарева сечения и гестационного диабета.
