Репрограммирование клеток в мозге живой мыши сняло симптомы болезни Паркинсона
Американские и китайские ученые предложили еще один способ восстанавливать повреждения при болезни Паркинсона: превращать астроциты в нейроны путем репрограммирования in vivo, то есть в живом мозге. Они обнаружили, что для этого достаточно заблокировать производство одного-единственного белка. При этом им удалось восполнить число нейронов в мозге мышей настолько, что у животных исчезли симптомы двигательных расстройств, связанных с дегенерацией. Работа опубликована в журнале Nature.
Для болезни Паркинсона до сих пор нет хорошего лекарства, которое бы останавливало нейродегенерацию, а не просто компенсировало симптомы болезни. Один из способов решить эту проблему — научиться поставлять в мозг новые нейроны. Но поскольку нервных стволовых клеток у человека мало и извлечь их непросто, то ученые ищут способы превратить в них клетки каких-нибудь других типов.
В 2017 году мы писали о том, как с помощью четырех веществ — трех факторов транскрипции и одной микроРНК — шведские ученые научились превращать астроциты (вспомогательные клетки нервной ткани) в настоящие нейроны. Теперь Хао Цянь (Hao Qian) из Калифорнийского университета вместе с коллегами из Китая и США продвинулись еще дальше: они решили репрограммировать клетки внутри мозга живой мыши (подобно тому, как недавно селезенку мыши превратили в печень).
В качестве сырья для будущих нейронов Цянь и коллеги, как и их предшественники, выбрали астроциты — потому что в мозге их довольно много, они активно делятся, и их относительно легко превратить в другой тип клеток. В качестве средства для репрограммирования ученые выбрали РНК-связывающий белок PTB1. Известно, что снижение его экспрессии вызывает экспрессию его нейронального варианта nPTB1, а тот, в свою очередь, подавляет работу генов, отвечающих за созревание нейронов.
После того как в мышиных и человеческих астроцитах подавили экспрессию PTB1, за месяц 50-80 процентов клеток в культуре стали выглядеть как нейроны. В репрограммированных клетках также удалось обнаружить экспрессию характерных для нейронов белков и зарегистрировать потенциалы действия — главный признак функциональной пригодности нейронов.
Убедившись в том, что метод работает in vitro, исследователи перешли к экспериментам in vivo. Они работали с трансгенными мышами, которые экспрессируют cre-рекомбиназу в астроцитах. Это позволяет нацелить вирус, несущий в себе блокатор PTB1, непосредственно на астроциты. Чтобы убедиться в том, что вирус достигает цели, в него встроили ген красного флуоресцентного белка. Оказалось, что после того, как вирус ввели мышам в черную субстанцию мозга — одну из главных мишеней болезни Паркинсона — в ней действительно появились светящиеся красным клетки, по форме похожие на астроциты. Через три недели на 20 процентах этих клеток появились маркеры нейронов, а через десять недель 80 процентов светящихся клеток стали нейронами.
После этого авторы работы повторили свои эксперименты с другими зонами головного мозга — корой больших полушарий и полосатым телом. Они заметили, что эффективность репрограммирования астроцитов в разных регионах мозга примерно одинаковая. Зато разным оказался результат: новообретенные нейроны экспрессировали разные маркеры в зависимости от того, где они появились. Вероятно, это связано с тем, что астроциты в разных зонах мозга изначально различались экспрессией генов, но может быть и следствием различий в микроокружении. Тем не менее, новые нейроны встроились в существующие структуры мозга. Чтобы это проверить, ученые ввели светящиеся гранулы в полосатое тело, а через день обнаружили их в черной субстанции — следовательно, нейроны проросли из одной структуры в другую и смогли захватить гранулы в одной части мозга и пронести в другую.
Наконец, исследователи попробовали применить репрограммирование для борьбы с болезнью Паркинсона. Ее симптомы вызывают у мышей с помощью токсичного аналога дофамина, который вызывает гибель дофаминергических нейронов. За месяц после инъекции токсина число нейронов в полосатом теле снизилось на 90 процентов: от почти трех тысяч до примерно 266, по подсчетам автором работы. Затем мышам в мозг ввели репрограммирующий вирус, и через 10-12 недель он помог восстановить более 600 клеток. Таким образом, на выходе у животных осталось около 30 процентов от изначального числа дофаминергических нейронов.
Репрограммированные астроциты оказались активными производителями дофамина: если после инъекции токсина его концентрация снизилась примерно до четверти от нормы, то после терапии снова поднялась до 65 процентов. Кроме того, репрограммирование позволило восстановить двигательные функции. В этой модели болезни Паркинсона мышам вводили токсин только в одну из половин полосатого тела, и дегенерация нейронов оказывалась односторонней: после этого животные предпочитали использовать конечности только с одной стороны для ощупывания предметов. Однако после терапии эта избирательность исчезла, и животные равномерно двигали всеми конечностями.
Авторы работы отмечают, что от применения на людях их методику отделяет несколько важных нерешенных проблем. Например, предстоит решить, как быть с другими клетками, которые случайно окажутся репрограммированными, и как ограничить количество восприимчивых к терапии астроцитов, чтобы они не оказались в дефиците. Кроме того, у пожилых людей, которые в основном и страдают от болезни Паркинсона, астроциты хуже делятся и менее пластичны, чем у молодых, поэтому репрограммирование может оказаться менее эффективным.
От редактора
Тем не менее, никто пока не обещает, что такое средство поможет избавиться от болезни насовсем. У мышей можно создать лишь аналог болезни Паркинсона: нейродегенерация не прогрессирует, потому что клетки гибнут однократно. Так что неизвестно, сможет ли репрограммирование остановить развитие болезни Паркинсона у людей, или его нужно будет применять как постоянную поддерживающую терапию.
Недавно инъекцию репрограммированных клеток впервые применили против болезни Паркинсона на людях — правда, пока всего лишь на одном человеке. Кроме того, мы писали и о других попытках справиться с болезнью — например, имплантации капсулы со свиными клетками в мозг. Ученые также выяснили, что риск развития этой болезни снижает удаление аппендикса.
Полина Лосева
И еще четырех видов опухолей
Британские и датские иммунологи обнаружили на цитотоксических T-лимфоцитах рецептор, узнающий одновременно три разных опухолевых антигена. Пациент, у которого были обнаружены эти Т-клетки, смог достичь полной ремиссии меланомы четвертой клинической стадии. Такое строение T-клеточных рецепторов не дает клеткам опухоли ускользнуть от противоопухолевого иммунитета. Похожие типы Т-клеточных рецепторов есть и у здоровых людей, но их роль в противоопухолевом иммунитете пока неясна. Исследование опубликовано в виде статьи в журнале Cell. Клеточная терапия онкологических заболеваний направлена на введение в организм Т-лимфоцитов, узнающих фрагменты белков опухоли, выставляемые клетками на поверхности белков главного комплекса гистосовместимости (HLA-антигенов). Она позволяет добиться ремиссии во многих случаях, при которых другие виды лечения неэффективны. Но врачи часто сталкиваются с ускользанием опухолевого клона от такого иммунитета. Иногда достаточно нескольких месяцев, чтобы опухолевые клетки перестали экспрессировать маркер, который должны были узнавать лимфоциты. Хотя большинство Т-лимфоцитов узнают один эпитоп, некоторая часть из многообразия Т-клеточных рецепторов, образующихся в процессе созревания Т-клеток, узнает не один, а сразу несколько антигенов. Такие клетки есть и у здоровых людей, и у пациентов с аутоиммунными болезнями. Рецепторы, нацеливающие иммунную систему сразу на несколько молекул-мишеней, могли бы повысить эффективность клеточной терапии. Ведь даже если с поверхности опухоли исчезнет один антиген, то иммунный ответ против второго сохранится, и лечение останется эффективным. Шаг в сторону использования этого принципа в терапии сделала группа онкологов и иммунологов из Великобритании и Дании под руководством Эндрю К. Сьюэлла (Andrew K.Sewell) из Университета Кардиффа. На протяжении последних 15 лет они занимаются клеточной терапией меланомы. В рамках клинических исследований врачи забирали у пациентов клетки крови, отбирали среди них Т-лимфоциты, тропные к меланоме, и после культивации in vitro вводили клетки обратно пациентам. В одном из исследований, проведенном в 2011-2014 годах, участвовал пациент с четвертой клинической стадией меланомы, у которого клеточная терапия позволила добиться десятилетней ремиссии болезни (обычно же медианная продолжительность жизни с момента постановки диагноза у таких пациентов не превышает года). Ученые решили детально исследовать, с какими особенностями Т-клеточного ответа это было связано. Как выяснили иммунологи, почти вся противоопухолевая активность лимфоцитов пациента была связана одним лимфоцитарным клоном (его обозначили MEL8), который реагировал in vitro не только на меланому, но и на клетки острого миелолейкоза, опухоли молочной, предстательной и поджелудочной железы от других пациентов с таким же типом HLA-антигена (гаплотип HLA A*02:01, наиболее распространенный в мире). Это было неожиданно, ведь рецепторы этих Т-клеток чувствительны к белку мелану A, специфичному для меланоцитов и происходящих от них опухолей (включая меланому). Авторы создали библиотеку из 936 миллиардов декапептидных последовательностей и оценили in silico сродство рецепторов MEL8 к олигопептидам, связанным с HLA A*02:01. Такой скрининг позволил отобрать 500 пептидов, представленных в протеоме человека. Три из них — участки белков мелана А, BST2 и IMP2 — имели сродство к Т-клеточному рецептору MEL8 in vitro и при этом экспрессировались меланомой. У всех трех декапептидных последовательностей нашлась гомология и на уровне аминокислотной последовательности, и на уровне третичной структуры, что было подтверждено рентгеноструктурным анализом. Т-клетки, у которых есть рецепторы, тропные одновременно к мелану А, IMP2 и BST2, были обнаружены у здоровых добровольцев и у одного пациента с хроническим лимфолейкозом, но их количество было невелико. Обнаруженный вид поливалентного рецептора можно использовать и для лечения других пациентов: исследователи секвенировали последовательность Т-клеточного рецептора и трансдуцировали этой последовательностью другие линии лимфоцитов в рамках своих экспериментов. Следовательно, есть предпосылки для создания эффективной клеточной терапии опухолей или противоопухолевой вакцины. Впрочем, пока невозможно говорить, насколько безопасной было бы такое лечение, ведь исследование британских и датских ученых основано лишь на единичных наблюдениях пациентов с опухолями. Кроме того, распознавание эпитопов Т-клеточным рецептором зависит от варианта HLA.антигена, имеющегося у данного конкретного человека, и распространенность полимодальных Т-клеточных рецепторов у носителей разных вариантов HLA может отличаться. Даже сильного иммунного ответа против клеток меланомы может оказаться недостаточно для победы над болезнью — на эффективность лечения могут влиять такие факторы, как уровень тестостерона.