Том 8, № 2 (2016)

Обзор посвящен проблеме конструирования искусственных лимфоидных органов. Успех в этой области позволит не только лучше понять механизмы функционирования нормальных органов иммунной системы, но и разработать новые подходы к терапии иммунодефицитов, аутоиммунных состояний и, возможно, других заболеваний. На примере лимфатического узла мыши рассмотрено строение и развитие нормальных лимфоидных органов. Особое внимание уделено роли межклеточных взаимодействий и цитокиновых сигналов в механизмах формирования и функционирования лимфоидных органов. Описаны биоматериалы, на основе которых возможно создание искусственных органов, в том числе органов иммунной системы. Критически рассмотрены достижения последних лет в области биоинженерии искусственных лимфоидных органов и предполагаемые направления исследований.

Моделирование структуры комплексов потенциал-управляемых калиевых (KV) каналов с пептидными блокаторами призвано выявить ключевые для формирования высокоаффинных комплексов аминокислотные остатки и расшифровать систему их взаимодействий. Эти работы открывают возможность конструирования in silico селективных блокаторов, новых молекулярных инструментов для изучения распределения и функциональной роли калиевых каналов. Предполагается, что оптимизированные блокаторы могут стать основой для разработки лекарств, снижающих гиперактивность калиевых каналов и корректирующих патологические процессы, связанные с этой активностью. В обзоре рассмотрены современные методы компьютерного моделирования комплексов пептидных блокаторов поры с KV-каналами, алгоритмы анализа межмолекулярных взаимодействий и результаты их применения для описания структурных особенностей этих комплексов.

Резкое прекращение эффективной сердечной деятельности, как правило, аритмической природы, способное при достаточной продолжительности привести к смерти в любом возрасте, относят к синдрому внезапной сердечной смерти (ВСС). Ежегодно только в США регистрируется около 400 000 случаев ВСС, причем после реанимационных мероприятий выживает не более 5% пациентов. Частота ВСС в популяции закономерно увеличивается с возрастом пропорционально распространенности ишемической болезни сердца - наиболее частой причины внезапной остановки сердца. Однако некоторое повышение встречаемости ВСС наблюдается в возрасте до 5 лет и составляет 17 случаев на 100 000 населения. Этот пик приходится на долю врожденных моногенных аритмогенных каналопатий, и случаи эти, несмотря на их относительную редкость, безусловно, наиболее трагичны. Непосредственные причины или механизмы ВСС универсальны. Как правило, это аритмическая смерть, в основе которой лежат желудочковые тахиаритмии - устойчивая желудочковая тахикардия (ЖТ) или фибрилляция желудочков (ФЖ). Брадиаритмии и электромеханическая диссоциация составляют не более 40% всех регистрируемых остановок сердца и чаще являются исходом названных аритмий. Современные представления о механизмах ВСС основаны на десятилетиях фундаментальных исследований в области нормальной электрофизиологии сердца, молекулярной физиологии ионных каналов миокарда, патофизиологии аритмий на клеточном и тканевом уровне, в том числе при острой ишемии миокарда, молекулярной генетики моногенных расстройств, лежащих в основе злокачественных нарушений ритма сердца (например, при врожденном синдроме удлиненного QT). Эти работы формируют патофизиологическую основу, позволяющую при тщательном обследовании выявлять предрасположенность к развитию фатального события задолго до его возникновения. Настоящий обзор отражает современное представление о молекулярно-генетических основах ВСС. Подробно рассмотрены врожденные каналопатии: синдром удлиненного QT, синдром Бругада, синдром укороченного интервала QT, катехоламинергическая полиморфная желудочковая тахикардия, идиопатическая фибрилляция желудочков, а также аритмогенная дисплазия правого желудочка, стратификация риска и пути профилактики этого фатального осложнения с помощью современных технологий (в том числе имплантируемых кардиовертеров-дефибрилляторов).

Поддержание индивидуальных профилей экспрессии генов в клетках разного типа необходимо для дифференцировки и развития многоклеточных организмов. Экспрессия многих генов контролируется белками групп Polycomb (PcG) и Trithorax (TrxG), которые действуют посредством ассоциации с хроматином. Мишенями PcG/TrxG-факторов являются ДНК-элементы, названные PRE (Polycomb Response Elements), активность которых можно модулировать, переключая их с репрессии на активацию. В данной работе проанализировано влияние проходящей транскрипции на переключение активности PRE, опосредованное дрожжевым активатором транскрипции GAL4. Показано, что терминатор транскрипции, встроенный между промотором и PRE-элементом, не препятствует переключению PRE с репрессии на активацию. Вне зависимости от ориентации PRE сильная транскрипция в отсутствие терминатора не приводит к удалению белков PcG/TrxG с PRE. Таким образом, транскрипция не имеет определяющего значения в переключении активности PRE.

Создание растений, устойчивых к гербицидам, является важным направлением в генной инженерии лесных древесных пород. С целью придания устойчивости к гербицидам на основе фосфинотрицина в растения осины обыкновенной (Populus tremula L.) методом агробактериальной трансформации перенесли ген bar, кодирующий фосфинотрицин-ацетилтрансферазу. Трансгенный статус 13 линий, полученных на основе двух элитных генотипов осины, подтвердили с помощью ПЦР. В 2014-2015 гг. оценили устойчивость шести линий к обработке гербицидом Basta в полунатуральных условиях. Трансгенные растения обладали устойчивостью к двукратной полевой дозе гербицида (10 л/га), тогда как контрольные погибли при воздействии 2.5 л/га. Содержание аммонийного азота в растениях с геном bar не изменилось после обработки гербицидом. Аномально низкая температура в третьей декаде октября 2014 г. выявила различия в зимостойкости линий, полученных на основе генотипов Pt или f2. Стабильность экспрессии гена bar после перезимовки в естественных условиях подтверждена методом ОТ-ПЦР. Отобраны четыре трансгенные линии осины, перспективные для проведения полевых испытаний. Ген bar может быть использован для переноса в трансгенные растения лесных пород, проявившие ценные признаки, например повышенную продуктивность.

Способность метаболита нуклеиновых кислот 7-метилгуанина ингибировать поли(ADP-рибозо)полимеразу 1 (ПАРП-1) и поли(ADP-рибозо)полимеразу 2 (ПАРП-2) выявлена in silico и изучена экспериментально. Показано, что для эффективного связывания пуриновых производных с ПАРП важна аминогруппа в положении 2 и метильная группа в положении 7. Активность ПАРП-1 и ПАРП-2 подавляется 7-метилгуанином со значениями IC50 150 и 50 мкМ соответственно. В ПАРП-ингибирующей концентрации 7-метилгуанин не токсичен, но способен усиливать апоптотическую гибель BRCA1-дефицитных клеток рака молочной железы под воздействием цисплатина и доксорубицина - широко используемых ДНК- повреждающих химиотерапевтических препаратов. 7-Метилгуанин имеет привлекательный предсказанный профиль фармакокинетики и токсичности и может рассматриваться в качестве дополнительного компонента химиотерапии.

Мускариновые рецепторы третьего подтипа (М3-рецепторы) наряду с М2-рецепторами опосредуют холинергические эффекты в миокарде млекопитающих. При этом у взрослых животных электрофизиологические эффекты, наблюдаемые при избирательной стимуляции М3-рецепторов в миокарде, крайне малы по сравнению с эффектами стимуляции М2-рецепторов. Нами изучено действие избирательной стимуляции М3-рецепторов путем аппликации агониста мускариновых рецепторов пилокарпина (10 мкМ) на фоне блокирования М2-рецепторов селективным антагонистом метоктрамином (100 нМ) на конфигурацию потенциалов действия (ПД) в препаратах предсердного и желудочкового миокарда новорожденных и трехнедельных крысят в сравнении с эффектами в миокарде взрослых крыс. В предсердном миокарде стимуляция М3-рецепторов вызывала уменьшение длительности ПД приблизительно одинаково выраженное у новорожденных и взрослых крыс, в то время как у трехнедельных крысят отсутствовал статистически значимый эффект. Эффект, развивающийся в желудочковом миокарде новорожденных крысят, более чем в 3 раза превосходил эффект у взрослых животных, у трехнедельных животных эффект отсутствовал. В препаратах всех типов действие стимуляции М3-рецепторов на электрическую активность полностью снималось их селективным антагонистом 4-DAMP (10 нМ). Согласно данным РВ-ПЦР, количество мРНК гена М3-рецепторов как в предсердном, так и в желудочковом миокарде снижается по мере взросления животного. Можно заключить, что вклад М3-рецепторов в реализацию холинергических воздействий на миокард снижается в постнатальном онтогенезе, что связано с уменьшением экспрессии гена М3-рецепторов по сравнению с геном М2-рецепторов.

Данный материал подготовлен по результатам анализа деятельности биологических коллекций в России и в мире, проведенного в рамках проекта «Научные основы создания Национального банка-депозитария живых систем», выполняемого в МГУ имени М.В. Ломоносова [1].