Profile mutacyjne w glejakach szczurów są porównywalne z podzbiorem glejaków ludzkich

Według naukowców z Zakładu Toksykologii Translacyjnej nowa analiza składu genetycznego nowotworów mózgu i serca szczurów podkreśla morfologiczne i molekularne podobieństwa do nowotworów występujących u ludzi. Jest to pierwsze badanie wykazujące zmiany genetyczne w nowotworach szczurów wynikające z ekspozycji na promieniowanie o częstotliwości radiowej (RFR) przez całe życie.

Ostatnie badania wskazują, że narażenie szczurów na działanie RFR przez całe życie może prowadzić do zwiększonej częstości występowania glejaków i nerwiaków nerwiakowych serca. Glejaki są jednym z najczęściej diagnozowanych typów nowotworów mózgu, natomiast nerwiaki nerwowe serca to rzadkie guzy, które rosną wokół komórek nerwowych. Znaczenie tych odkryć dla zdrowia ludzkiego jest słabo poznane, po części dlatego, że wiele pozostaje nieznanych na temat molekularnego i genetycznego składu tych rzadkich nowotworów u szczurów.

Aby wypełnić tę lukę w wiedzy, autorzy zaprojektowali specyficzny dla szczurów, ukierunkowany panel sekwencjonowania nowej generacji (NGS) w oparciu o geny powszechnie zmienione w ludzkich glejakach. Mutacje zbadano w 14 glejakach i dziewięciu nerwiakach, które rozwinęły się w wyniku ekspozycji na promieniowanie RFR przez całe życie lub samoistnie (tylko glejaki) w wyniku starzenia. Zidentyfikowane mutacje w nowotworach szczurów porównano z katalogiem mutacji somatycznych w raku (COSMIC), aby sprawdzić, czy są genetycznie podobne do nowotworów ludzkich.

Wyniki wskazują, że glejaki szczurze są strukturalnie podobne do glejaków ludzkich o niskim stopniu złośliwości i że około 25% mutacji genetycznych w nowotworach szczurów ulega również zmianom w przypadku raka u ludzi. Co ciekawe, żaden z glejaków szczurów nie wykazywał mutacji w genach Idh1 lub Idh2, które są powszechne w glejakach II/III stopnia u dorosłych ludzi i glejaku wielopostaciowym wtórnym, ale zamiast tego wydają się być Idh1/Idh2 typu dzikiego, które są częste w pierwotnym glejaku wielopostaciowym u ludzi. Wyniki te sugerują, że mogą istnieć unikalne, specyficzne gatunkowo różnice w profilach mutacyjnych i odpowiednich cechach morfologicznych między glejakami ludzkimi i szczurzymi. Dodatkowe badania większej liczby nowotworów szczurów przy użyciu metod NGS zapewnią pełniejszy wgląd w translację tych nowotworów. Według autorów dane te pokazują, że ukierunkowane panele NGS są ważnym narzędziem do badania translacyjnego znaczenia zmian genetycznych w nowotworach gryzoni na choroby ludzkie. (BR)

Cytat: Brooks AM, Vornoli A, Kovi RC, Ton TVT, Xu M, Mashal A, Tibaldi E, Gnudi F, Li JL, Sills RC, Bucher JR, Mandrioli D, Belpoggi F, Pandiri AR. 2024. Profilowanie genetyczne glejaków i nerwiaków nerwiakowych serca u szczurów na podstawie badania narażenia na promieniowanie o częstotliwości radiowej przez całe życie przy użyciu ukierunkowanego panelu genów sekwencjonowania nowej generacji. PLoS One 19(1):e0296699.

Nowa metoda pomiaru mikrobiomów

Według badaczy NIEHS i ich współpracowników ogólna struktura o nazwie ANCOM-BC2 umożliwia wielogrupową analizę składu mikrobiomów, które stanowią zbiory drobnoustrojów.

Analiza różnicowej liczebności taksonów drobnoustrojów pomiędzy dwiema badanymi grupami jest dobrze opisana w literaturze. Jednak wiele badań mikrobiomu obejmuje więcej niż dwie grupy, czasem nawet grupy uporządkowane, takie jak stadia choroby, i wymaga różnych rodzajów porównań.

Aby sprostać tej potrzebie, badacze zaproponowali ogólne ramy ANCOM-BC2 umożliwiające przeprowadzanie szerokiego zakresu analiz wielogrupowych z korektami współzmiennych i powtarzanymi pomiarami. Naukowcy zilustrowali swoją metodologię za pomocą dwóch rzeczywistych zbiorów danych. W pierwszym przykładzie zbadano wpływ suchości na mikrobiom gleby, a w drugim przykładzie zbadano wpływ interwencji chirurgicznych na mikrobiom pacjentów z nieswoistym zapaleniem jelit.

ANCOM-BC2 umożliwia badaczom wnioskowanie o wzorcach liczebności drobnoustrojów na podstawie uporządkowanych kategorii zmiennych narażenia. Na przykład pozwala badaczowi sprawdzić, czy liczebność konkretnego drobnoustroju wzrosła (lub spadła) w stosunku do uporządkowanych kategorii chorób (np. od bardzo zdrowego do najmniej zdrowego). Zdaniem autorów jest to unikalna cecha ANCOM-BC2, gdyż taka metodologia analizy wzorców nie była wcześniej omawiana w literaturze.

Dostęp do dołączonego, bezpłatnego pakietu oprogramowania można uzyskać za pośrednictwem wcześniej opracowanego przez autorów pakietu oprogramowania, który obejmuje ANCOM, ANCOM-BC i SECOM. (JW)

Cytat: Lin H., Peddada SD. 2024. Wielogrupowa analiza składu mikrobiomów z korektami współzmiennych i powtarzanymi pomiarami. Metody Nat 21 (1): 83–91.

Odporność wrodzona opiera się na syntezie cholesterolu

Według badaczy NIEHS i ich współpracowników biosynteza steroli reguluje wrodzoną odpowiedź immunologiczną. Aby to wykazać, zbadali zespół Smitha-Lemliego-Opitza (SLOS), rzadki dziedziczny niedobór cholesterolu wynikający z wadliwej biosyntezy cholesterolu.

SLOS jest chorobą autosomalną recesywną, związaną z mnogimi wadami rozwojowymi, zaburzeniem neurorozwojowym powodowanym przez patologiczne warianty reduktazy 7-dehydrocholesterolu (DHCR7), enzymu biosyntezy cholesterolu. Opisano zwiększoną podatność na infekcje, ale jest ona słabo poznana.

Ponieważ receptory Toll-podobne (TLR) wrodzonego układu odpornościowego są aktywowane w obszarach błony komórkowej wzbogaconych w cholesterol, naukowcy sprawdzili, czy sygnalizacja TLR jest wadliwa w SLOS. Zaproponowano, że aktywacja TLR zależy od cholesterolu błonowego, ale w poprzednich badaniach na ogół manipulowano cholesterolem błonowym za pomocą nieselektywnych i niefizjologicznych środków chemicznych.

Aby przetestować sygnalizację TLR, naukowcy zbadali fibroblasty skóry i komórki odpornościowe krwi obwodowej od osób z SLOS, uzupełniając je badaniami na myszach i liniach komórkowych z niedoborem Dhcr7. Stwierdzono, że odpowiedzi prozapalne TLR są osłabione.

Zdaniem autorów, konsekwencje ich ustaleń są następujące. Po pierwsze, SLOS dostarcza dowodów genetycznych na wymóg biosyntezy steroli w odporności wrodzonej. Po drugie, odkrycia sugerują, że upośledzona sygnalizacja TLR może leżeć u podstaw podatności na infekcję w SLOS. Po trzecie, ponieważ kilka powszechnie stosowanych leków (np. trazodon, arypiprazol) hamuje DHCR7, badacze sugerują, że u pacjentów przyjmujących te leki mogła wystąpić tłumiona odpowiedź TLR. Autorzy sugerują, że inhibitory DHCR7 powinny zostać zbadane pod kątem ponownego wykorzystania jako modulatory wrodzonej nadmiernej aktywacji układu odpornościowego. (JW)

Cytat: Gabor K, Mesev EV, Madenspacher J, Meacham JM, Rai P, Moon S, Wassif CA, Shaikh SR, Tucker CJ, Karmaus PW, Bianconi S, Porter FD, Fessler MB. 2024. Biosynteza steroli reguluje sygnalizację TLR i wrodzoną odpowiedź immunologiczną w modelu zespołu Smitha-Lemliego-Opitza. J Clin Invest e167633.

Jak czynniki transkrypcyjne osiągają wyjątkową specyficzność

Według badaczy NIEHS i ich współpracowników białko zwane CHD4 monitoruje interakcje chromatyny i moduluje regulację genów za pomocą czynników transkrypcyjnych.

Czynniki transkrypcyjne stoją przed wieloma wyzwaniami związanymi z tworzeniem nowych sieci regulacyjnych genów podczas rozwoju, w odpowiedzi na sygnały fizjologiczne lub środowiskowe oraz podczas przeprogramowania komórkowego in vitro. Białka te muszą znaleźć w genomie odpowiednie motywy rozpoznawcze, a także muszą pokonać bariery fizyczne, w tym chromatynę, która jest mieszaniną DNA i białek tworzących chromosomy występujące w komórkach. U eukariontów o dużych genomach, w tym u ludzi, czynniki transkrypcyjne z krótkimi motywami rozpoznawania muszą znaleźć właściwe loci i tylko prawidłowe loci spośród potencjalnie milionów dopasowań do ich motywu wiążącego.

Aby zgłębić ten temat, naukowcy zmierzyli wpływ zmniejszenia poziomu CHD4 w komórkach raka piersi. Wiadomo, że CHD4, jako czynnik przebudowy chromatyny, reguluje ekspresję genów i reakcje na uszkodzenia DNA i bierze udział w wielu procesach rozwojowych, w tym w rozwoju neuronów i rozwoju serca.

Wyniki wykazały, że w niekwestionowanych komórkach raka piersi w stanie stacjonarnym CHD4 moduluje dostępność chromatyny. Jej wyczerpanie prowadzi do redystrybucji czynników transkrypcyjnych do miejsc wcześniej niezajętych. Podczas przeprogramowania komórkowego kierowanego czynnikiem transkrypcyjnym aktywność CHD4 jest konieczna, aby zapobiec niewłaściwemu otwarciu chromatyny, co skutkuje aktywacją genów niezwiązanych z przeprogramowaniem. Naukowcy proponują, że CHD4 działa jak enzym korygujący chromatynę, który zapobiega niepotrzebnej ekspresji genów poprzez edycję aktywności czynników transkrypcyjnych wiążących chromatynę. (JW)

Cytat: Saotome M, Poduval DB, Grimm SA, Nagornyuk A, Gunarathna S, Shimbo T, Wade PA, Takaku M. 2024. Wybór miejsca wiązania genomowego czynnika transkrypcyjnego jest edytowany przez czynnik przebudowy chromatyny CHD4. Kwasy nukleinowe Res; doi: 10.1093/nar/gkae025 [Online 28 Jan. 2024].

Sygnatury proteomiczne osocza astmy dorosłych

Według naukowców z NIEHS i ich współpracowników w zakrojonym na szeroką skalę badaniu proteomicznym zidentyfikowano ponad 100 białek osocza związanych z astmą u dorosłych.

Astma to przewlekła choroba układu oddechowego, na którą cierpi ponad 300 milionów osób na całym świecie. Choroba jest złożona i nie do końca poznana. Proteomika plazmy to rozwijająca się technika, która może zarówno generować biomarkery, jak i zapewniać wgląd w mechanizmy chorobowe.

Aby osiągnąć ten cel, naukowcy przeanalizowali zawartość białka w osoczu u prawie 13 000 dorosłych chorych na astmę i bez astmy, łącząc dane z dwóch dużych badań. Według autorów jest to największe jak dotąd badanie proteomiczne astmy u dorosłych.

Wyniki wykazały, że 115 z 4860 białek było istotnie powiązanych z astmą. Białka te wzbogaciły wiele szlaków sygnalizacyjnych związanych z zapaleniem dróg oddechowych i uszkodzeniem płuc. Wynik proteomiczny wygenerowany za pomocą uczenia maszynowego zapewnił wartość predykcyjną w przypadku astmy. Naukowcy wykazali, że proteom osocza można wykorzystać łącznie w celu dostarczenia informacji prognostycznych na temat stanu astmy.

Oprócz sprawdzenia wcześniejszych powiązań badacze zidentyfikowali wiele nowych białek, które mogą pomóc w opracowaniu biomarkerów diagnostycznych i celów terapeutycznych w leczeniu astmy. (JW)

Cytat: Smilnak GJ, Lee Y, Chattopadhyay A, Wyss AB, White JD, Sikdar S, Jin J, Grant AJ, Motsinger-Reif AA, Li JL, Lee M, Yu B, London SJ. 2024. Sygnatury białek osocza astmy dorosłych. Alergia; doi: 10.1111/wszystkie.16000 [Online ahead of print 23 Jan. 2024].