В опухолях головы и шеи нашли генетические «супервключатели»
Исследователи из России и США разработали простой способ исследования суперэнхансеров в данных ДНК метилирования. Благодаря ему у больных с опухолями головы и шеи удалось обнаружить 159 характерных для них суперэнхансеров, регулирующих работу 150 генов из ассоциированных с онкологией метаболических путей. Эта находка, опубликованная в журнале Scientific Reports — еще одно подтверждение идеи того, что рак головы и шеи имеет отчасти эпигенетическую природу.
Для тонкой регуляции генов клетки придумали множество способов. В частности, активность гена может зависеть от состояния других, регуляторных участков ДНК. По действию последние можно разделить на «включатели» (энхансеры) и «выключатели» (сайленсеры).
В последние несколько лет исследователи начали находить в геноме целые батареи энхансеров, лежащих друг за другом и назвали их суперэнхансерами. Они густо населены разнообразными эпигенетическими метками вроде модифицированных гистонов или ДНК-метилирования и работают посадочными площадками для факторов транскрипции. Их количество и качество влияют на активность генов, отвечающих за клеточную идентичность, в том числе и онкогенов. Во многих онкологических заболеваниях суперэнхансеры, скорее всего, играют не последнюю роль, но пока не описаны.
Эмили Флам (Emily Flam) и ее коллеги из Университета Джонса Хопкинса описан простой алгоритм действий для нахождения и исследования суперэнхансеров. На основании сведений о других онкологических заболеваниях исследователи получили список известных энхансеров и помощи технологии MBD-seq нашли те из них, ДНК которых по-разному метилирована между больными и здоровыми. Чем сильнее метилирована ДНК регуляторного участка, тем обычно пассивнее связанный с ним ген. Зная это, исследователи предложили найти регулируемые гены неподалеку по корреляции их активности с уровнем метилирования.
В качестве примера они применили свою схему для когорты пациентов с вирусом папилломы и раком головы и шеи, — заболеваниями, которые часто встречаются вместе. По итогам было обнаружено 159 альтернативно метилированных суперэнхансеров, регулирующих работу 150 генов, или 211 пар суперэнхансер—ген. Большинство суперэнхансеров оказалось метилировано излишне и регулируемые ими гены были малоактивны.
Дополнительно проверив на эти пары у пациентов с тем же набором болезней из независимой контрольной выборки, исследователи подтвердили, что 63 процента найденных ранее пар сохраняются и для нее. В подтверждение неслучайности обнаруженных пар, анализ самих генов показал их важность для других типов рака. Исследователи надеются, что их метод будет успешно работать и на других данных и поможет узнать больше о роли суперэнхансеров при различных онкологических заболеваниях.
Изменяя уровень метилирования ДНК, клетка быстро подстраивается к окружающим условиям. Делается это при помощи фермента метилтрансферазы. Недавние исследования показали, что увеличенная активность этого фермента может защитить от золотистого стаффиллококка — интенсивное метилирование снижало выработку интерлейкина 10 и способствовало выздоровлению.
Вера Мухина
И помогли начать половой акт
Американские ученые выяснили, что тельца Краузе в половом члене и клиторе мышей возбуждаются при легких прикосновениях и механических вибрациях с частотой 40-80 герц. Специфические для этих рецепторов нейроны в спинальных ганглиях передают информацию в серую спайку спинного мозга в пояснично-крестцовом отделе. Мыши без телец Краузе с трудом начинали половой акт, а самцы реже достигали эякуляции, что говорит об их важной роли в сексуальном поведении. Препринт работы опубликован на сайте bioRxiv.org. Кожа человека хорошо иннервирована: по всему телу располагаются рецепторы, которые представлены как свободными нервными окончаниями, отвечающими за основную перцепцию прикосновений, температуры и боли, так и нервными окончаниями, заключенными в капсулу. Считается, что они ответственны за перцепцию специфических воздействий. Например, тельца Пачини воспринимают грубое механическое давление, а тельца Руффини — растяжение. Долгое время считалось, что колбы Краузе в надсосочковом слое дермы специфически воспринимают холод, однако дальнейшие исследования этого не подтвердили. При этом еще в конце XIX века Вильгельм Краузе, который впервые описал эти рецепторы, обнаружил их в губах, языке и гениталиях человека. В половом члене и клиторе они выглядят иначе (в этих местах они называются тельца Краузе, или генитальные тельца): они имеют цилиндрическую форму и содержат простые окончания (в коже волокна чаще свернуты в клубочек). Однако до сих пор не до конца ясна их роль и специфика перцепции. Дэвид Джинти (David Ginty) с коллегами из Гарвардской медицинской школы исследовали физиологию телец Краузе у мышей. С помощью окрашивания нейрофиламента-200 и белка S100 (первый отражает нервные волокна крупного калибра, а второй — терминальные шванновские клетки), они обнаружили в гениталиях самок мышей высокую плотность телец Краузе по всему клитору, но при этом они отсутствовали в ткани влагалища. В гениталиях самцов тельца наблюдались по всей головке полового члена и внутренней поверхности крайней плоти. Несмотря на разные размеры женских и мужских гениталий, общее количество телец Краузе в клиторе и пенисе было сопоставимым. Таким образом, плотность телец Краузе была в 15 раз больше в клиторе, чем в головке полового члена. Затем с помощью генетических исследований ученые выяснили, что в тельцах Краузе располагаются чувствительные отростки двух групп нейронов спинальных ганглиев пояснично-крестцового отдела: TrkB и Ret. Кроме того, дальнейший анализ показал, что отростки этих нейронов специфически образуют тельца Краузе (им не удалось найти в них чувствительные волокна от других нейронов). Информация от этих нейронов далее следует в заднюю часть серой спайки спинного мозга, которая находится около центрального канала, в пояснично-крестцовом отделе спинного мозга. Благодаря оптогенетическим методам и механическому воздействию удалось выяснить, что волокна нейронов TrkB и Ret являются А-волокнами, то есть хорошо миелинизированными волокнами со скоростью передачи импульса 3-11 метров в секунду. Кроме того, у волокон нейронов TrkB были низкие пороги механического возбуждения, быстрая адаптация и точная синхронизация по фазе для каждого цикла механических колебаний. При этом волокна нейронов Ret демонстрировали более высокие пороги механического возбуждения. Обе группы нейронов активно реагировали на вибрации с частотой 40-80 герц. Затем ученые исследовали, как тельца Краузе могут влиять на сексуальное поведение мышей. Они обнаружили, что прямая оптогенетическая стимуляция полового члена (десять герц, импульс две миллисекунды в течение 20 секунд) у мышей, которым в тельца Краузе (нейроны TrkB) внедрили опсины, приводила к эрекции у 6 из 10 животных. У контрольных мышей без опсинов эрекции не наблюдалось. Рефлекторные реакции на оптогенетическую стимуляцию телец Краузе нейронов Ret не тестировались, поскольку их было сложно промаркировать опсинами. Хотя у самцов, у которых не было телец Краузе, не наблюдалось проблем с эрекцией, у них были проблемы с введением полового члена во влагалище: они дольше начинали этот процесс и хуже его осуществляли. Кроме того, меньшее количество самцов без телец Краузе достигли эякуляции по сравнению с контрольной группой. У самок потеря телец Краузе также сопровождалась проблемами с началом полового акта. Таким образом, команда Джинти впервые так подробно описала структуру и физиологию телец Краузе в гениталиях мыши. По мнению ученых их результаты можно распространить и на человека, поскольку, например, вибрации с частотой 40-80 герц считаются возбуждающими и для людей. Однако у человека дополнительно необходимо исследовать влияние телец Краузе на сексуальное поведение. Об эволюции полового члена и его восприятия можно прочитать в книге Эмили Уиллингем «Парадокс пениса: Уроки жизни из мира животных» (издательство «Альпина нон-фикшн»).