Защитный эффект кофе для печени объяснили метилированием ДНК
Ученые из Европы на выборке в почти 16 тысяч человек обнаружили связь между употреблением кофе и чая и изменением метилирования ДНК. Один из найденных участков оказался связан со снижением риска развития ожирения печени. Исследование предварительно опубликовано в виде препринта на BioRxiv.
Статистические исследования часто связывают потребление кофе с определенной выгодой для здоровья, например, снижением риска развития когнитивных расстройств, диабета или сердечно-сосудистых заболеваний. Несколько лет назад ученые на выборке в 400 тысяч человек также показали, что две чашки кофе в день (обычно это примерно соответствует 200 мг кофеина) вдвое снижают риск развития цирроза печени и смерти от него.
Тем не менее, как с биохимической точки зрения кофе может опосредовать все эти эффекты, неясно. Предполагалось, например, что кофеин может влиять на клетки сердечной мышцы через белок p27 в митохондриях, а сочетание двух компонентов кофе — кофеина и эйкозанил-5-гидрокситриптамида, предотвращает агрегацию белка в нейронах и, таким образом, может отсрочить развитие болезни Паркинсона.
Эпидемиологи под руководством Мозена Гамбари (Mohsen Ghanbari) из университета Эразма Роттердамского в Роттердаме (Нидерланды) провели метаанализ на выборке из 15789 участников между потреблением кофе и чая и статусом метилирования определенных участков их ДНК. Оказалось, что изменение метилирования CpG-островков может влиять на экспрессию генов, и тем самым опосредовать, например, изменения метаболизма липидов в печени.
Для исследования ученые, участвующие в консорциуме Cohort for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology (CHARGE), объединили несколько существующих когортных европейских исследований и распределили их участников на две выборки. В первую попали 9612 европейцев, а во вторую (репликативную) включили 6177 человек европейского и африканского происхождения. Для всех участников были доступны данные о пищевых привычках, включающие потребление кофеинсодержащих напитков, и образцы крови.
В ДНК из крови участников исследования определили статус метилирования участков ДНК, обогащенных парами нуклеотидов СpG. В составе таких пар цитозин (C) в ответ на условия среды может метилироваться, что часто ассоциировано с изменением экспрессии близлежащих генов. Такой механизм регуляции называется эпигенетическим.
После этого ученые провели анализ ассоциаций между статусом метилирования известных CpG-участков и потреблением кофе и чая. Для обеих групп было обнаружено 11 кофе-зависимых участков, и два чае-зависимых. Девять из 11 «кофейных» CpG-участков имели отношение к генам AHRR, F2RL3, FLJ43663, HDAC4, GFI1 и PHGDH. Эти гены, в свою очередь, ассоциированы с путями метаболизма ксенобиотиков, биосинтеза серина и воспалительным ответом.
Кроме того, поиск в базе данных ассоциаций метилирования с экспрессией генов заставил исследователей обратить внимание на участок cg14476101, который оказался связан с изменением экспрессии гена PHGDH, кодирующего фермент фосфоглицератдегидрогеназу. Ранее было показано, что изменение метилирования этого участка ассоциировано со снижением риска ожирения печени.
Чтобы проверить вклад экспрессии PHGDH в функцию печени, исследователи провели эксперимент на печеночных клеточных линиях и выбрали две с самым высоким и самым низким уровнем экспрессии гена. Оказалось, что экспрессия PHGDH в норме положительно коррелирует с экспрессией генов метаболизма липидов, а его искусственное выключение снижает также экспрессию последних.
По результатам эксперимента исследователи предположили, что потребление кофе может быть связано со снижением риска болезней печени, таких как ожирение и цирроз, через изменение метилирования участка cg14476101 и опосредованное повышение экспрессии PHGDH, что улучшает метаболизм липидов. Тем не менее, достоверной причинно-следственной связи авторам установить не удалось.
О том, что эпигенетические изменения могут быть обусловлены диетой, стрессом и даже передаваться потомству, ученые знают довольно давно, но большинство таких исследований проводились на модельных животных. Подробнее об этом можно почитать в нашем материале
.
Дарья Спасская
Бактерии научились инактививровать антибактериальную ДНК-гиразу
Немецкие ученые выяснили, что супербактерии, сохранявшие чувствительность к экспериментальному антибиотику альбицидину, защитились от него с помощью амплификации гена STM3175. Этот ген отвечает за регуляцию транскрипции малых молекул с доменом связывания, подобным ингибитору ДНК-гиразы — основы антибиотика альбицидина. Такое увеличение копии гена приводит к тысячекратному повышению уровня резистентности к препарату. Исследование опубликовано в PLoS Biology. В 2019 году почти пять миллионов человек погибло из-за бактерий, устойчивых к большинству известных антибиотиков, — супербактерий. По оценкам ученых к 2050 году это число увеличится в два раза. Основной причиной развития резистентности к противомикробным препаратам признано нерациональное их использование в медицине, ветеринарии и зоотехнии в сочетании с недостаточным пониманием механизмов бактериальной резистентности. Однако влияют и другие факторы: например, загрязнение атмосферы. Ученые постоянно ищут новые молекулы, которые были бы активны против супербактерий. Таким многообещающим соединением стал альбицидин — фитотоксичная молекула, вырабатываемая бактерией Xanthomonas albilineans, в исследованиях была эффективна против целого ряда супербактерий. Альбицидин ингибирует активность бактериальной ДНК-гиразы (топоизомеразы II) и эффективно действует на ковалентный комплекс ДНК и гиразы в крайне низких концентрациях. В нескольких исследованиях уже сообщалось о развитии резистентности к этой молекуле у некоторых бактерий, однако ее механизмы оставались не до конца выясненными. Команда ученых под руководством Маркуса Фульда (Marcus Fulde) из Свободного университета Берлина изучала механизмы резистентности к альбицидину, которая развилась у Salmonella typhimurium и Escherichia coli. Для этого они подвергали бактерии воздействию высоких концентраций более стабильного аналога антибиотика и наблюдали за ростом колоний в течение 24 часов. Из 90 протестированных клонов 14 показали рост в этих условиях. Секвенирование генома этих штаммов показало, что большинство (девять штаммов) несет мутации в гене tsx, ответственном за экспрессию нуклеозидспецифичного порина, что в 16 раз увеличивало минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) антибиотика. Один из оставшихся пяти резистентных штаммов с интактным геном tsx демонстрировал более чем стократное повышение MIC, и анализ данных секвенирования его ДНК выявил амплификацию гена, приводящую к образованию 3-4 копий геномной области без однонуклеотидных полиморфизмов. При дополнительном анализе этого штамма ученые выяснили, что перекрывающаяся амплифицированная область содержит ген STM3175, который транскрибируется полицистронно в структуре оперона и N-концевой части qseB. Более тщательное изучение аминокислотной последовательности показало, что STM3175 состоит из 2 доменов: N-концевого AraC-подобного ДНК-связывающего домена и C-концевого GyrI-подобного лиганд-связывающего домена. Ученые обнаружили, что такая структура позволяет STM3175 связывать альбицидин с высокой аффинностью и инактивировать его. У разных бактерий обнаружились гомологи этого гена с теми же функциями, при этом на эффект других антибактериальных препаратов они не влияли. Знание нового механизма развития устойчивости к альбицидину позволит ученым разрабатывать новые способы модификации молекулы, чтобы обойти этот механизм. Ранее ученые обнаружили антибактериальную молекулу с широким спектром действия, которая не вызвала резистентности у микроорганизмов.