Cветочувствительный белок спас мышей от слепоты
Биологи встроили ген светочувствительного белка MCO1 в нейроны сетчатки слепых мышей и восстановили их зрение. Для этого они упаковали ген в вирусную частицу и инъецировали в глаза мышам с пигментным ретинитом. Новый белок не вызвал воспалительного ответа и, в отличии от предшественников, реагирует на дневной свет, а мыши научились проходить тесты с визуальными подсказками. Исследование опубликовано в журнале Gene Therapy.
В процессе восприятия зрительной информации световые лучи фокусируются на сетчатке глаза, в которой находятся фоторецепторы: колбочки и палочки. Они содержат светочувствительные белки опсины, которые реагируют на поток фотонов и приводят к генерации нервного импульса в рецепторах. Этот импульс передается на биполярные нейроны сетчатки, а после сетчатки уходит в мозг.
Однако так хорошо сетчатка работает не у всех: у людей, больных пигментным ретинитом (а их около полутора миллионов), палочки и колбочки перестают воспринимать свет из-за мутаций в генах светочувствительных опсинов. Это наследственное заболевание приводит к сильному ухудшению зрения, а часто — к полной слепоте.
Лекарства от пигментного ретинита сейчас применяют только чтобы сохранить функцию еще работающих рецепторов: например, витамин А. Для восстановления зрения сейчас доступны дорогостоящие операции по пересадке сетчатки и установке протезов. Но недавно для лечения ретинопатии начали применять методы оптогенетики: в обход фоторецепторов ученые встроили светочувствительные белки прямо в нейроны сетчатки, после чего они начали реагировать на свет. Однако до сих пор генномодифицированные клетки реагировали только на сильный сигнал: это требует специальных устройств для усиления дневного света.
Исследователи из компании Nanoscope Technologies под руководством Самохендры Моханти (Samarendra Mohanty) внедрили в биполярные нейроны белок, который реагирует на дневной свет. Сначала ученые создали фрагмент ДНК с генами мультихарактерного опсина 1 (MCO1) и красного флуоресцентного белка, чтобы опсин подсвечивался в клетках. Этот фрагмент упаковали в вирусный вектор — частицу, которая утратила свои патогенные свойства и используется для доставки и встройки генетических конструкций.
Вирусный вектор инъецировали внутрь глаза каждой мыши, после чего фрагмент ДНК из двух генов встраивался в биполярные нейроны сетчатки, и там синтезировался MCO1 со светящимся довеском. При помощи микроскопии ученые определяли в клетках уровень свечения и количество белка. Оказалось, что гены достигали пика работы на четвертой неделе, после чего сохраняли стабильный уровень.
Чтобы проверить зрение мышей после встройки, ученые давали им задания со световым лабиринтом: в водном бассейне в темноте мыши должны были найти сухую платформу, которая подсвечивалась. Тест показал, что мыши действительно начинают видеть платформу уже через 4-8 недель после инъекций (p < 0,05).
Также исследователи подтвердили, что уровень факторов воспаления через четыре недели после инъекции оставался таким же, как и до нее. Анализ органов мышей показал либо полное отсутствие, либо следовые количества векторной ДНК вне глаз мышей, а в глазах флуоресцирующий белок локализовался именно в биполярных нейронах.
Возможно, результаты генной терапии сетчатки мышей после клинических испытаний можно будет адаптировать и для человека. Тогда для лечения слепоты не потребуются ни дорогостоящие операции, ни девайсы для усиления сигнала — а только одна или несколько инъекций.
Оптогенетика используется не только для терапии: с помощью этого метода можно даже доставлять информацию в мозг. Недавно, например, американским ученым удалось внести информацию о песнях в мозг молодых зебровых амадин.
Анна Муравьева
Благодаря лекарствам гормоны перестали мешать иммунитету бороться с опухолью
Японские ученые описали механизм, благодаря которому лекарства, блокирующие работу эстрогенов, подавили развитие опухолей, не имеющих альфа-рецепторов к эстрогенам. Анализ данных от пациенток с трижды негативным раком молочной железы и эксперименты на мышах показали, что антиэстрогенные препараты снижают иммуносуппрессивное действие эстрогенов в отношении противоопухолевых цитотоксических лимфоцитов. Использование антиэстрогенных препаратов у мышей с опухолями, нечувствительными к эстрогенам, помогло замедлить рост опухолей. Исследование опубликовано в журнале British Journal of Cancer. Эстрогены называют женскими половыми гормонами, но они влияют не только на созревание и работу женской половой системы, но и практически на все органы и системы мужского и женского организма, включая мозг, эпителии, костную ткань и иммунную систему. В эпителиальных клетках молочных желез и женской половой системы есть альфа-рецепторы к эстрогенам, регулирующие рост и дифференцировку в разные фазы менструального цикла. Такие же рецепторы есть и во многих опухолевых клетках: примерно три четверти раков молочной железы экспрессируют альфа-рецепторы, а блокада рецепторов и блокада выработки эстрогенов лежат в основе лечения пациенток (и пациентов). В течение последних 30 лет появляются наблюдения, согласно которым опухоли молочной железы, не экспрессирующие альфа-рецепторы, иногда тоже реагируют на лечение антиэстрогенными препаратами, но механизм этого феномена оставался неясен. Иммунологи и биоинформатики из Университета Хоккайдо во главе с Кэн-итиро Сэйно (Ken-ichiro Seino) описали механизм действия антиэстрогенных препаратов на опухоли, лишенные альфа-рецепторов. Для начала они оттолкнулись от датасета TCGA, в котором содержалась информация о транскриптоме трижды негативного рака молочной железы у 171 пациентки. Ученые выяснили, что чем выше активность гена HSD17B1 в опухоли (ген кодирует фермент, превращающий малоактивный гормон эстрон в активный гормон эстрадиол), тем меньше в опухолевых массах цитотоксических Т-лимфоцитов (r = −0,299, p = 0,00006). У пациенток с высокой экспрессией фермента болезнь протекала агрессивнее. Ученые смоделировали на мышах, как влияет высокий уровень эстрогенов на противоопухолевый иммунитет. Они вводили самкам мышей опухолевые клетки из двух линий, не имеющих альфа-рецепторов к эстрогенам (мышиный трижды негативный рак молочной железы и мышиный колоректальный рак). Половине животных ученые удалили яичники перед введением клеток. У таких мышей уровень эстрогенов был ниже, чем в контрольной группе, но выживаемость была лучше, а опухоли росли медленнее. Если мышам с опухолями и нормально функционирующими яичниками вводить препараты, подавляющие образование эстрогенов (анастрозол) или блокирующие альфа-рецепторы (тамоксифен, фульвестрант), то количество цитотоксических лимфоцитов в опухоли становилось выше, причем эффект не был связан с дополнительными рецепторами к гормонам, которые часто обнаруживают у трижды негативного рака. Лимфоциты, инфильтрирующие опухоль, становились активнее под действием лекарств: в опухоли повышался уровень интерферона гамма и цитотоксических молекул, вырабатываемых активированными лимфоцитами. Когда ученые попытались лечить мышей с трижды негативным раком молочной железы комбинацией химиопрепаратов и фульвестранта, то добавление антиэстрогенной терапии снижало скорость прогрессирования опухоли в 2,5-5 раз. Эксперименты на культуре клеток показали, что активация рецепторов к эстрогенам на лимфоцитах снижает их противоопухолевую активность — подавляет выработку клетками интерлейкина второго типа и активность сигнального пути JAK-STAT (о том, какое отношение он имеет к воспалению, мы рассказывали на примере мышечной ткани). Работа ученых из Университета Хоккайдо показывает: если у давно известного лекарства нет мишени в опухолевых клетках, то это не значит, что лекарство не будет эффективным. Плейотропные эффекты антигормональных препаратов могут быть полезны в иммуноонкологии, но пока рано говорить о том, что связь между эстрогенами и противоопухолевым иммунитетом окончательно расшифрована (в ряде случаев она, видимо, и вовсе работает в противоположном направлении). Тем не менее некоторые антиэстрогенные препараты уже целенаправленно исследуют в лечении эстрогеннегативных опухолей. В онкологии много примеров, когда врачи извлекают пользу из лекарства, которое на первый взгляд не должно было работать. Один из самых ярких примеров — талидомид, у которого в последнее время находят все больше положительных эффектов. О нелегкой судьбе соединения читайте в материале «Готов искупить».