Донорский костный мозг вытеснил половые клетки пациента
Криминалисты обнаружили человека, у которого после трансплантации костного мозга донорские клетки заместили не только его кровь, но также часть эпителия языка и щеки, сообщает The New York Times. Кроме того, за четыре года чужие клетки полностью вытеснили собственные сперматозоиды пациента. Несмотря на то, что мужчина чувствует себя хорошо и заводить детей не планирует, его история показывает, что пересадка костного мозга может привести к непредвиденным результатам, вплоть до ошибок в полицейских расследованиях.
Человек, который получает трансплантацию любого органа — будь то кожа, почка или красный костный мозг — становится химерой: в его тканях начинают сосуществовать клетки двух разных генотипов. Само по себе это соседство ничем не грозит, если только не возникает иммунного отторжения. В том же случае, когда генотипы похожи, как это бывает у родственников или тщательно подобранных пар донор-реципиент, клетки могут мирно уживаться бок о бок в течение десятков лет.
Естественный химеризм возникает, например, во время беременности: мать и зародыш обмениваются клетками, а потом они надолго остаются в тканях. Также люди могут стать химерами еще до рождения, если получат клетки своего близнеца. В большинстве таких случаев процент химеризма невысок и чужеродные клетки никак себя не проявляют, поэтому незаметны, если их специально не искать по генетическим маркерам.
При трансплантации кроветворных клеток крови они могут вытеснять хозяйские клетки из костного мозга полностью или частично, но до сих пор считалось, что на других тканях это не сказывается. Новый случай показывает, что в этой области масштаб последствий может быть очень разным.
В 2014 году врачи выявили у американского криминалиста Криса Лонга острую миелоидную лейкемию и назначили курс химиотерапии, а затем пересадили ему костный мозг. После этого Лонг успел полностью восстановиться.
Возможными последствиями трансплантации заинтересовались коллеги-криминалисты Лонга: они подозревали, что чужие клетки могут повлиять на результаты анализов его ДНК. По настоянию коллег Лонг сдал образец буккального эпителия (соскоб со щеки) до процедуры, а после нее у него взяли клетки и из других мест: крови, щек, губ, языка, волос и спермы.
Согласно данным, которые получили криминалисты, Лонг оказался непропорциональной химерой: в течение четырех месяцев его кровь полностью заместилась на клетки донора — в этом смысле трансплантация оказалась успешной. Кроме того, чужие клетки появились и в тканях ротовой полости: через четыре года после пересадки костного мозга в щеке Лонга появилось девять процентов донорских клеток. В эпителии языка и губ их оказалось больше: 25 и 34 процента соответственно. В волосах химерных клеток практически не нашли: следы чужеродной ДНК там появились только к четвертому году после процедуры. А вот сперма Лонга стала на 100 процентов донорской.
Неизвестно, как кроветворным клеткам удалось так обширно расселиться по телу пациента. Лонг и его коллеги полагают, что в ротовую полость клетки могли попасть вместе с кровью через ранки, которые возникли там за время лечения. Появление донорских клеток в волосах объяснить сложнее: возможно, Лонг в какой-то момент активно чесался или выдергивал волосы.
Наконец, совершенно неясно, как клетки крови оказались внутри семенников. Лечащий врач Лонга связывает это с тем, что мужчина прошел процедуру вазэктомии. После этого собственный сперматогенез приостанавливается, а те клетки, которые все-таки образуются, поедают макрофаги. После химиотерапии, которую провели перед трансплантацией, предшественники сперматозоидов могли погибнуть, а кроветворные клетки — занять их место. Известно, к тому же, что в некоторых условиях стволовые клетки крови могут дифференцироваться в разных направлениях, в том числе и в половые клетки.
Для самого Лонга его химеризм не будет иметь никаких последствий. Кроме того, ему не грозит рождение детей «от донора»: он уже прошел вазэктомию и больше не планирует заводить детей.
От редактора
История Лонга заставляет задуматься о том, насколько вообще безопасна трансплантация костного мозга и как предотвратить рождение «чужих» детей после такой процедуры. Кроме того, этими результатами всерьез обеспокоены криминалисты. Современная ДНК-генеалогия строится на предположении, что каждый человек, который сдает образец ДНК, носит в себе один-единственный генотип. Но что если в разных тканях генотип окажется разным, а в некоторых случаях — чужим? Криминалистам уже известны подобные случаи: например, человека могли заподозрить в совершении преступления, потом оказывалось, что он в этот момент уже сидит в тюрьме, а преступником был его брат, который получил донорские клетки крови. Однако до сих пор речь шла только о крови, но не о других тканях и биологических жидкостях. Теперь же, учитывая, сколько людей на данный момент уже вошли в генеалогические деревья, на которые опираются криминалисты, ошибок следствия может стать еще больше, если не придумать какой-то протокол для проверки химеризма.
О том, в каких еще случаях человек становится химерой и как он может об этом узнать, читайте в нашем материале «Привет потомкам». О том, что происходит с генетическими данными, которые люди получают в процессе тестирования, — в тексте «Утечка ДНК». А о том, как работает ДНК-криминалистика, можно узнать из фрагмента книги Елены Клещенко «ДНК и ее человек: Краткая история ДНК-идентификации».
Полина Лосева
Исследование провели на личинках дрозофил
Японские исследователи в экспериментах с дрозофилами установили механизм влияния на нейропластичность фермента убиквитинлигазы, функции которого нарушены при синдроме Ангельмана. Как выяснилось, этот фермент в пресинаптических окончаниях аксонов отвечает за деградацию рецепторов к костному морфогенетическому белку, за счет чего устраняются ненужные синапсы в процессе развития нервной ткани. Отчет о работе опубликован в журнале Science. Синдром Ангельмана представляет собой нарушение развития, которое проявляется умственной отсталостью, двигательными нарушениями, эпилепсией, отсутствием речи и характерной внешностью. Его причиной служат врожденные дефекты фермента убиквитинлигазы Е3А (Ube3a), который присоединяет к белкам убиквитин, влияющий на их судьбу в клетке, в том числе деградацию. При синдроме Ангельмана сниженная активность Ube3a нарушает синаптическую пластичность в процессе нейроразвития, в частности элиминацию ненужных синапсов. Повышенная активность этого фермента, напротив, приводит к неустойчивости сформировавшихся синапсов и, как следствие, к расстройствам аутического спектра. Исследования постсинаптических функций Ube3a показали, что он играет роль в нейропластичности, в частности формировании дендритных шипиков. При этом, по данным иммунохимических и электронно-микроскопических исследований, в коре мозга мыши и человека этот фермент экспрессируется преимущественно пресинаптически. Учитывая высокую эволюционную консервативность Ube3a, сотрудники Токийского университета под руководством Кадзуо Эмото (Kazuo Emoto) использовали для изучения его пресинаптических функций сенсорные нейроны IV класса по ветвлению дендритов (C4da) личинок плодовой мухи дрозофилы. Число дендритов этих нейронов резко сокращается (происходит их прунинг) в первые 24 часа после образования куколки, а на последних стадиях ее развития дендриты разветвляются вновь уже по взрослому типу. Используя флуоресцентные метки различных биомаркеров нейронов, исследователи показали, что в ходе этого процесса ремоделированию подвергаются не только дендриты, но и пресинаптические окончания аксонов. Попеременно отключая разные компоненты участвующих в этих процессах молекулярных комплексов, ученые убедились, что для элиминации синапсов под действием сигнального пути гормонов линьки экдизонов необходима только Ube3a, но не куллин-1 E3-лигаза, участвующая в прунинге дендритов. Дальнейшие эксперименты с применением флуоресцентных меток и РНК-интерференции показали, что Ube3a активно транспортируется из тела нейрона в аксон двигательным белком кинезином со средней скоростью 483,8 нанометра в секунду. Создав мутантов с дефектами в различных участках Ube3a, авторы работы выяснили, что связанные с синдромом Ангельмана мутации D313V, V216G и I213T в среднем домене фермента, содержащем тандемные полярные остатки (TPRs), препятствуют его связи с кинезином и транспорту из тела нейрона в аксон. Как следствие, нарушается элиминация ненужных синапсов. Изменения в N-концевом цинк-связывающем домене AZUL и C-концевом HECT влияли на эти процессы в значительно меньшей степени. Ube3a принимает участие в убиквитинировании многих клеточных белков. Чтобы выяснить, какой из них опосредует элиминацию синапсов, авторы работы вызывали в нейронах избыточную экспрессию разных белков-мишеней Ube3a с целью насытить этот фермент и таким образом заблокировать его действие. Оказалось, что выраженные дефекты элиминации синапсов возникают при избыточной экспрессии тиквеина (Tkv) — пресинаптического рецептора к костному морфогенетическому белку (ВМР); прунинг дендритов при этом не затрагивается. Исследование нормальной экспрессии Tkv с помощью флуоресцентных меток показало, что ее уровень значительно снижается через восемь часов после начала формирования куколки. У мутантов, лишенных Ube3a, этого не происходило. Выключение гена tkv или другого компонента сигнального пути BMP — mad — восстанавливало элиминацию синапсов у таких мутантов, то есть за нее отвечает именно этот сигнальный путь. Это подтвердили, восстановив элиминацию синапсов у мутантов без Ube3a антагонистом BMP LDN193189, а также экспрессией белков Glued-DN или Dad, которые подавляют сигнальную активность Mad. Искусственное повышение пресинаптической экспрессии Ube3a в нейронах C4da вызывало массированную преждевременную элиминацию сформировавшихся синапсов и общее уменьшение синаптической передачи у личинок третьего возраста. Это происходило из-за чрезмерного подавления сигнального пути BMP. Таким образом, дефекты убиквитинлигазы Ube3a, лежащие в основе синдрома Ангельмана, приводят к избыточной активности сигнального пути BMP, вследствие чего не происходит устранение ненужных синапсов в процессе развития нервной системы. Этот сигнальный путь может послужить мишенью для разработки новых методов лечения этого синдрома, а возможно и расстройств аутического спектра, считают авторы работы. В 2020 году американские исследователи сообщили, что им удалось предотвратить развитие синдрома Ангельмана у мышей с мутацией материнской копии гена UBE3A. Для этого они с помощью системы CRISPR/Cas9 инактивировали длинную некодирующую РНК UBE3A-ATS, которая подавляет экспрессию отцовской копии UBE3A.
