Белок с цинковыми пальцами помог нейронам справиться с болезнью Альцгеймера
Направленная генная терапия с использованием белка с доменом цинковых пальцев снизило количество белка тау, который участвует в развитии болезни Альцгеймера. Инъекции частиц вируса с белком, снижающим активность гена тау-белка МАРТ здоровым мышам позволили снизить уровень РНК и белка тау от 50 до 80 процентов за 11 месяцев экспериментов. Инъекции также помогли снизить уровень белка и РНК у мышей с болезнью Альцгеймера, что способствовало восстановлению развития отростков нейронов. При этом ученые не наблюдали побочных эффектов ни на молекулярном, ни на тканевом уровне. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
От болезни Альцгеймера сейчас страдают десятки миллионов людей по всему миру. И это количество будет только расти, пока исследователи не разработают эффективный подход к лечению. Для болезни характерны ухудшения памяти, двигательных функций и впоследствии смерть. Эти эффекты вызваны массовой гибелью нейронов мозга из-за образования в нем агрегатов белков: бета-амилоидов снаружи нейронов и тау-белков — внутри. Судя по всему, смерть нейронов вызывает именно накопление тау-белка, которое запускается бета-амилоидом через норадреналиновые рецепторы на поверхности клетки.
Биологи из Института нейродегенеративных заболеваний Массачусетса под руководством Сюзанны Вегманн (Susanne Wegmann) нашли способ снизить количество тау-белка в мозге мышей. Для этого они использовали белки с цинковыми пальцами — участками, которые позволяют белкам связываться с выбранными последовательностями ДНК. В данном случае биологи «сшили» эти белки с белками-репрессорами транскрипции и направили к гену тау-белка — MAPT. Белки репрессоры затрудняли посадку ферментов транскрипции на последовательность гена, из-за чего тот стал работать слабее.
Сначала исследователи протестировали такой способ снижения количества тау-белка на культуре нейронов. Биологи проанализировали эффекты от белков, направленных на разные участки МАРТ и выбрали из них тот, что значительно снизил активность гена, но не затронул другие последовательности ДНК в клетках.
Этот белок с цинковыми пальцами исследователи упаковали в частицы аденоассоциированного вируса и сделали инъекции здоровым мышам в двух группах: одна из них получила инъекции для наблюдения эффекта только в гиппокампе (считается, что эта область сильнее затронута болезнью Альцгеймера), а вторая — получила частицы по всему мозгу через кровь. Для первой группы мышей удалось добиться снижения количества РНК на 88 и самого тау-белка на 76 процентов через шесть недель после инъекции. Общая экспрессия в мозге тоже была снижена, но на 50 процентов (p<0,001). Количество белка также упало примерно на 50 процентов через шесть месяцев после инъекции. При этом такой способ показал низкую токсичность для клеток мозга на молекулярном и тканевом уровнях.
Тогда биологи протестировали его на мышах-моделях болезни Альцгеймера. У этих животных в коре и гиппокампе образовывались белковые бляшки, которые мешали нейронам развиваться: вокруг бляшек биологи наблюдали поврежденные отростки нейронов с пузырьками, включающими в том числе тау-белок. Через восемь недель после инъекций аденовируса биологам удалось добиться снижения РНК и белка тау на 30 процентов. Несмотря на сравнительно небольшой уровень снижения тау, количество поврежденных отростков нейронов вокруг бляшек в коре упало в два раза. Таким образом, подход к терапии болезни Альцгеймера через направленное изменение активности генов оказался довольно эффективным. К тому же он прост в использовании, поскольку требует однократной инъекции препарата для получения эффекта. Тем не менее, для использования его на людях потребуются дополнительные исследования влияния на другие участки генома.
Поиск эффективной терапии болезни Альцгеймера — одна из самых актуальных задач для исследователей. Большинство лекарств созданы для борьбы с симптомами недуга, но не с его причиной. Два года назад в Китае разрешили применение препарата, направленного на работу с предполагаемой причиной развития болезни — нарушения видового баланса в кишечном микробиоме. Также недавно протестировали влияние микродозинга ЛСД на развитие болезни Альцгеймера, где подход показал свою безопасность.
Анна Муравьева
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».