Ученые НИУ ВШЭ и их коллеги из российских и зарубежных научных центров представили результаты исследований, посвященных механизмам развития онкологических и других заболеваний. На конференции обсуждались факторы, влияющие на наступление менопаузы, молекулярные механизмы устойчивости опухолей к терапии, а также новые подходы к повышению эффективности иммунотерапии рака.

Международная лаборатория микрофизиологических систем совместно с факультетом биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ провела Вторую конференцию с международным участием «Экспериментальные и информационные подходы к исследованию патологических состояний.

Декан факультета биологии и биотехнологии Александр Тоневицкий в приветственном слове подчеркнул, что в мероприятии участвуют как опытные ученые, в том числе работающие в иностранных университетах, так и молодые исследователи, начавшие научную карьеру на третьем курсе бакалавриата.

Отсрочить менопаузу

Профессор Университета Джорджа Мейсона (George Mason University, США) Анча Баранова представила доклад «Можно ли отсрочить менопаузу: Современные возможности для женщин с риском преждевременной недостаточности яичников и для женщин в общей популяции». Она пояснила, что наступление менопаузы, означающей завершение репродуктивного периода жизни женщины вследствие угасания фолликулярной функции яичников и снижения уровня эстрогена в крови, зависит от генетики и внешних причин, в том числе инфекционных заболеваний и факторов среды. Она ускоряет развитие ряда заболеваний, в том числе опухолевых.

Современный уровень медицины и медицинской генетики позволяет прогнозировать раннюю или позднюю менопаузу с учетом ее проявлений у бабушек. Сейчас, напомнила эксперт, есть два основных подхода: пополнять организм дополнительными ресурсами с целью более длительного поддержания функций яичников и сохранение имеющихся ресурсов, избегая энергозатратных ситуаций. Возможны криоконсервация яйцеклеток и последующая трансплантация тканей яичников. Такая практика описана, например, для женщин до и после агрессивного воздействия химиотерапии. Однако для здоровых женщин неясно, приводит ли трансплантация к нормальной секреции стероидов, аналогичной той, что наблюдается в репродуктивном возрасте.

По словам Анчи Барановой, сроки наступления менопаузы зависят от ряда факторов образа жизни и состояния здоровья. По данным исследований, с более ранним наступлением менопаузы статистически связаны курение, некоторые сердечно-сосудистые заболевания, а также ряд социальных факторов, включая безработицу, отсутствие родов, одиночное проживание, развод и вдовство. Также ее ускоряют голодание, многие виды полиненасыщенных жиров (кроме омега-3).

Более позднему наступлению менопаузы способствуют рождение детей, использование оральных контрацептивов, более высокий индекс массы тела (но не избыточный), ограниченный набор веса в среднем возрасте, регулярное потребление чая, а также фруктов и овощей наряду с белками (мясом, рыбой и т. д.), достаточно калорийная пища и, как ни парадоксально, умеренное потребление алкоголя, а также принадлежность к японскому этносу. Задержке менопаузы также способствуют витамины группы В, витамин С и смеси антиоксидантов.

Влияние физических нагрузок противоречиво: интенсивная физическая работа ускоряет наступление менопаузы, а занятия физкультурой в свободное время в подростковом и молодом возрастах откладывают ее.

Докладчица напомнила, что у мышей в ходе экспериментов функции яичников после стресса восстанавливали с помощью фармакологических или трансгенных стратегий, направленных на восполнение пула метаболитов NAD+, влияющих на фолликулы и репродуктивную способность.

А содержащийся в кофе и пажитнике алкалоид тригонеллин при проникновении в ткани человека усиливает активацию примордиальных фолликулов, что увеличивает число фолликулов и способствует задержке менопаузы. Также он оказывает нейропротекторное действие и может снизить вероятность болезни Альцгеймера у человека. Кроме того, его употребление замедляет усталость мышц.

Теломеры и рак предстательной железы

Аспирант НИУ ВШЭ, стажер-исследователь Лаборатории исследований молекулярных механизмов долголетия Факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ Ульяна Белова представила доклад «Изучение структуры теломер в клеточных линиях рака предстательной железы методом нанопорового секвенирования».

Она пояснила: теломеры – защитные структуры клеток на концах хромосом, предотвращающие их деградацию, при каждом цикле деления они укорачиваются на 20-200 нм. Изменение длины теломер может ускорить течение рака предстательной железы, влияя на стабильность генома, поскольку средняя длина теломер нормальной ткани обычно выше, чем в опухолевой.

Хромосом-специфичная длина теломер при раке предстательной железы может отличаться, а также теломерный позиционный эффект (эпигенетический механизм, при котором экспрессия генов подавляется, если они расположены вблизи теломер на концах хромосом или пространственно сближено с теломерами) остаются мало изученными. Также недостаточно исследовано распределение паттернов TVR (вариантных теломерных повторов), которые могут влиять на защитные функции теломер и темпы прогрессии новообразований.

Докладчик вместе с соавторами пытались оценить структуру и длину теломер в клеточных линиях рака предстательной железы методом нанопорового секвенирования (метод определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК с помощью длинных прочтений) с обогащением теломерными последовательностями.

Оно предполагает увеличение в образце ДНК доли фрагментов с теломерными концами. В результате первого секвенирования длина прочтений оказалась меньше ожидаемой ввиду деградации ДНК во время элюции (удаления растворителем веществ, адсорбированных сорбентом или являющихся его составной частью) с магнитных частиц при температуре +65 градусов.

Во втором секвенировании удалось увеличить среднюю длину прочтений, но число целевых прочтений оказалось меньше ожидаемого из-за низкой эффективности лигирования или малой результативности элюции ДНК с поверхности магнитных частиц.

Тем не менее полученные данные позволили определить среднюю длину теломер и составить базу хромосом-специфических прочтений теломер для дальнейшего определения их хромосом-специфической длины. При анализе большего массива данных это позволит получить более точные результаты.

В результате работы рассчитана средняя длина хромосом в одной из клеточных линий, а подготовленная база хромосом-специфичных прочтений теломер позволит рассчитать их длину.

На пленарной секции также был представлен доклад профессора Университета Пэйс и МГУ Ирины Газарян «Преимущества сочетания антиоксидантной и антигипоксической активностей в одной молекуле».

CD44 и устойчивость к химиотерапии

В секции «Молекулярная биология» младший научный сотрудник Международной лаборатории микрофизиологических систем Факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ Мария Янова представила доклад «Роль рецептора CD44 в регуляции антиоксидантного статуса и чувствительности к химиотерапии клеток колоректального рака».

Она пояснила, что рецептор участвует в регуляции процессов здоровых и опухолевых клеток, а его повышенная экспрессия при заболевании, как правило, отражает агрессивное течение болезни и резистентность опухоли к лекарственной терапии. Докладчик уточнила, что молекулярные механизмы его действия пока недостаточно изучены и требуют дополнительного исследования.

Рецептор может стабилизировать действие антиоксидантов, что вызвало появление рабочей гипотезы о поддержке CD44 антиоксидантного статуса клеток колоректального рака и роли CD44 в повышении резистентности опухолевых клеток к химиотерапии. В исследовании для нокаута гена CD44 с использованием технологии CRISPR/Cas9 использовались две различные гидовые РНК. Суммарно было получено 5 клонов с подтвержденным нокаутом CD44. При проверке чувствительности клеток к одному из препаратов, применяемому при лечении колоректального рака, наблюдалось снижение концентрации полумаксимального ингибирования жизнеспособности клеток в 10-15 раз для клеток с нокаутом. Причем эффект отмечался для всех пяти изучаемых клонов.

Дальнейший анализ транскриптома с помощью секвенирования РНК показал, что одним из биологических процессов, наиболее существенно снизивших свою активность, была защита клетки от активных форм кислорода (АФК), что подтвердило гипотезу докладчика о роли рецептора CD44. Далее эти наблюдения подтвердились с помощью ПЦР в реальном времени, в частности установлено падение экспрессии транскрипционного фактора NRF2 и его мишеней, участвующих в синтезе глутатиона, детоксикации АФК, а также транспортировке и накоплении железа.

Далее при помощи флуоресцентного красителя (сенсора АФК) исследователи установили, что у клеток с нокаутом в 1,5-2 раза выше АФК по сравнению с обычными клетками. Полученные результаты, по мнению докладчика, согласуются с низкой антиоксидантной емкостью клеток. Это означает, что CD44 поддерживает антиоксидантный статус клеток колоректального рака, а его нокаут снижает экспрессию гена NRF2 и его генов-мишени, повышает уровень АФК и повышает чувствительность клеток к 5-фторурацилу (препарату, применяемому для терапии колоректального рака). Рецептор может служить потенциальной мишенью для преодоления устойчивости к химиотерапии.

PCSK9 и эффективность иммунотерапии

Аспирант НИУ ВШЭ, младший научный сотрудник НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России Михаил Рыжиков представил доклад «Роль ингибирования PCSK9 (пропротеиновой конвертазы типа 9) в повышении эффективности анти-PD-1/PD-L1 терапии при злокачественных новообразованиях».

Он обратил внимание на проблему резистентности к ингибиторам контрольных точек, дефектам в системе презентации антигенов за счет снижения количества MHC I, функциональное истощение или недостаточную активацию лимфоцитов, отвечающих за блокировку опухоли.

Исследование воздействия PCSK9 в лабораторных экспериментах на животных по лечению рака молочной железы, рака толстой кишки и меланомы показало, что подавление его экспрессии способствует снижению размера опухоли и снижению смертности. При этом в иммунодефицитных организмах эффект пропадал.

Ряд экспериментов также показал, что PCSK9 ограничивает эффекторную функцию клеток лимфоцитов с повышенной цитотоксической активностью. Добавление антител против PCSK9 усиливает эффект анти-PD-1 терапии и меняет микроокружение опухоли. Ретроспективный анализ пациентов с меланомой и почечно-клеточным раком, получавших препараты-ингибиторы, показал их более высокую выживаемость в течение двух лет, а у пациентов с немелкоклеточным раком легкого снижался уровень сывороточного PCSK9 и улучшилась общая выживаемость.

Органоиды рака предстательной железы

В секции «Биомедицина» стажер-исследователь Международной лаборатории микрофизиологических систем НИУ ВШЭ, магистрант образовательной программы «Клеточная и молекулярная биология» Факультета биологии и биотехнологий Тимур Кулагин представил доклад «Разработка биоинформатического инструмента для оптимизации культивирования опухолевых органоидов in vitro на примере рака предстательной железы».

Он сообщил, что рак предстательной железы (РПЖ) – второе по распространенности в мире онкологическое заболевание среди мужчин: в 2022 г. им заболели 1,4 млн человек, 375 000 умерли, в России в 2023 г. число заболевших достигло 58 000, умерших – 13 000.

Использующиеся сейчас традиционные 2D клеточные линии РПЖ не воспроизводят пространственную организацию и молекулярную разнородность опухоли, 3D органоиды перспективны, но результаты их культивирования недостаточны. Наконец, нынешние протоколы культивирования органоидов недостаточно учитывают молекулярные особенности опухолевого микроокружения.

Для создания органоидов необходимо выделить маркеры соответствующих молекулярных популяций, а затем использовать их для создания образцов органоидов. В ходе работы были проанализированы результаты секвенирования единичных клеток образцов здоровых и опухолевых клеток из общедоступных баз данных, а также образцов органоидов. Сначала образцы были категоризированы и сформирована панель разнообразных маркеров, создан их унифицированный атлас. Затем сравнивались ткани и органоиды, производился поиск факторов выживания клеток. В результате был создан банк данных и программный инструмент, который позволяет учесть влияние внеклеточного матрикса и разнообразие клеток в образце. Проведенные исследования позволили разработать рекомендации по оптимизации среды культивирования органоидов для поддержания их состава, максимально близкого к живым здоровым и опухолевым образцам тканей пациентов.

Всего на конференции был представлен 21 доклад, подготовленный исследователями НИУ ВШЭ, НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина и зарубежных университетов.