Программирование метаболической зависимости в синтетических клетках при нехватке ресурсов

Роль структуры фибрилл тау в инициировании и распространении агрегирования остается центральным нерешенным вопросом в биологии тауопатий. Хотя нефибриллярные кофакторы все чаще наблюдаются в тау-нитях, полученных от пациентов, неясно, определяют ли они активно структуру и функции фибрилл. В данном исследовании мы показываем, что цинк, двувалентный катион, который нарушен при болезни Альцгеймера (БА), способен приводить к принципиально различным результатам агрегирования и инициирования в зависимости от контекста последовательности тау. Используя условия без гепарина, мы сравнили полную длину тау 2N4R (остатки 1-441) с фрагментом тау, связанным с БА (остатки 304-380), который соответствует упорядоченному фибриллярному ядру. Удивительно, что Zn2+ оказывал противоположные эффекты на эти конструкции: он ускорял агрегирование, увеличивал длину фибрилл и усиливал клеточное инициирование для тау с БА, в то время как замедлял агрегирование, укорачивал фибриллы и подавлял инициирование для полного тау. Эти результаты демонстрируют, что эффекты кофакторов не являются внутренними свойствами самого кофактора, а возникают из его взаимодействия с последовательностью тау и конформационными ограничениями. Более широко, наши результаты поддерживают модель, согласно которой кофакторы маломолекулярного типа действуют как активные архитекторы структуры и функции фибрилл, что предполагает, что химически различные среды могут генерировать структурно и биологически различные штаммы тау в болезни.

Глубокое обучение в области компьютерного зрения для научных приложений требует сбора и аннотирования больших наборов данных в трудоемком, дорогом и подверженном ошибкам процессе. Генерация синтетических данных с помощью 3D-моделирования и рендеринга может упростить этот процесс и повысить точность аннотаций, генерируя их программно. Однако минимизация разрыва между реальными и синтетическими изображениями визуально является субъективной и не имеет систематических количественных критериев. Мы представляем GraNatPy, пакет для Python с метриками, помогающими улучшить рендеринг сцены. Мы показываем, что количественное увеличение реалистичности, разнообразия и размера созданного набора данных коррелирует с улучшением визуального восприятия сцены и более высоким качеством нулевого отслеживания в модели обнаружения объектов. Более того, мы продемонстрировали на примере фотографий вирусологических анализов, что сходство градиентов влияет на эффективность обнаружения небольших объектов, что может быть улучшено смешиванием реальных и синтетических данных. Наконец, мы превращаем процедурный рендеринг данных в агентную технологию (SynthClaw) для автоматизации оптимизации процедурных параметров.

Вирус Джеймстаун-Каньон (JCV) — это ортобунавирус, передаваемый комарами, с необычно широким спектром хозяев и переносчиков. Несмотря на увеличение случаев передачи вируса от комаров к человеку, вирусные детерминанты, определяющие адаптацию к хозяину, остаются плохо определёнными. Мы исследовали изменения в репликации JCV во время серийного переноса в клетках комаров и пытались связать адаптивные изменения вирусной жизнеспособности с конкретными генетическими мутациями. В клетках C6/36, полученных от комаров, JCV проявил характерный фенотип «задержки-всплеска», при котором репликация вируса оставалась практически неуловимой в течение 10 дней, прежде чем резко увеличиться. Удивительно, что после реинфекции свежих клеток C6/36, JCV, перенесённый один раз в клетках комаров, проявил немедленную и стабильную репликацию без заметной фазы задержки. Секвенирование до и после переноса выявило множество мутаций в сегменте M, связанных с повышенной репликацией. С использованием системы обратной генетики, основанной на плазмидах, индивидуальные мутации были внедрены в рекомбинантный JCV и оценены по их влиянию на репликацию в клетках комаров. Все протестированные мутации независимо улучшали эффективность репликации, что демонстрирует, что адаптация может происходить через несколько независимых генетических путей. Однако ни одна отдельная мутация полностью не воспроизводила фенотип, приобретённый естественным образом через перенос в клетках комаров. В совокупности, эти результаты показывают, что JCV быстро адаптируется к клеткам комаров при минимальном селективном давлении и подчеркивают потенциал появления всё более адаптированных вирусных вариантов.

Рак желудка (РЖ) является одним из самых распространённых и угрожающих жизни злокачественных заболеваний пищеварительного тракта во всем мире. Регуляторная субъединица рибонуклеотидредуктазы M2 (RRM2), являющаяся лимитирующей субъединицей в синтезе дезоксирибонуклеотидов, переэкспрессируется и ассоциирована с плохим прогнозом при различных солидных опухолях. Тем не менее, её функциональная роль и механизмы в злокачественных эпителиальных клетках, специфичных для РЖ, остаются неясными. Были проанализированы транскриптомные данные отдельных клеток из опухолевых и сопредельных нормальных тканей РЖ. Ключевые популяции злокачественных эпителиальных клеток были идентифицированы с использованием inferCNV, анализа псевдовременных траекторий и анализа взвешенной сети коэкспрессии генов. RRM2 была определена как основная ген при интеграции данных из наборов данных TCGA-STAD, GSE66229 и GSE84433 и анализе её клинической значимости. Для оценки биологических эффектов RRM2 были проведены функциональные испытания, включая колониобразование, апоптоз, миграцию в Transwell и тест заживления ран, с использованием клеток РЖ AGS и HGC-27 с нокаутом RRM2. Повреждение ДНК оценивалось с помощью щелочного кометного теста и иммунофлуоресценции фосфорилированного гистона H2AX (γH2AX), а также проводился анализ экспрессии белков, связанных с репарацией ДНК [включая γH2AX, фосфорилированный белок опухоли p53 (p-p53), рекомбинозный RAD51 (RAD51), полимерозу-1 (PARP-1) и белок XRCC1, восстанавливающий повреждения, вызванные рентгеновским излучением (XRCC1)] с использованием вестерн-блоттинга. В результате анализа популяций эпителиальных клеток желудка была идентифицирована крупная популяция злокачественных эффекторов в РЖ, обогащённая клетками с активной репликацией и репарацией ДНК. Дифференциально экспрессируемые гены, специфичные для этой популяции, были пересечены с прогностическими генами из GEO наборов данных РЖ, что привело к идентификации RRM2 как ключевого эффекторного гена. Транскриптомный анализ показал, что высокая экспрессия RRM2 была связана с активной иммунной микросредой. Функциональные испытания показали, что нокаут RRM2 значительно подавил пролиферацию и миграцию клеток РЖ, способствуя при этом апоптозу. Дополнительно, нокаут RRM2 усугубил повреждение ДНК, повысил уровень p-p53 и снизил уровень RAD51, при этом значительных эффектов на экспрессию PARP-1 или XRCC1 не было обнаружено. В итоге, RRM2 была признана ключевым регулятором злокачественного фенотипа эпителиальных клеток желудка. Она способствовала пролиферации, инвазии и миграции клеток РЖ и модифицировала повреждение ДНК и репарацию гомологичной рекомбинации. Кроме того, RRM2 влияла на опухолевую иммунную микросреду, подчеркивая её потенциал как драйвера злокачественной прогрессии и перспективной мишени для иммунотерапии при РЖ.

Хиральные паттерны наблюдаются в различных процессах, от завихрений колоний бактерий до морфогенеза тканей и организации цитоскелета, однако физические механизмы, лежащие в основе хирального движения клеток, остаются недостаточно изученными. Исходя из экспериментов, демонстрирующих направленный уклон в круговом движении ограниченных клеток, мы используем инструменты анализа динамических систем с компьютерным моделированием для определения минимальных внутренних и внешних механизмов, способных генерировать устойчивую смещенную миграцию. Рамки динамических систем выявляют общий организующий принцип: направленный уклон возникает через изменения стабильности и/или бассейнов притяжения по часовой стрелке и против часовой стрелки. Мы находим четыре различных пути к такому уклону. Во-первых, внутренний крутящий момент в поляризованном цитоскелете может быть пространственно интегрирован, чтобы производить смещенное круговое движение. Во-вторых, анизотропное трение клетки о подложку может создавать предпочтение направления, когда сниженное трение вдоль оси полярности связано с направленным смещением. В-третьих, хиральный ответ на выравнивание стенки также может производить устойчивое предпочтение направления. Наконец, узоры подложки, которые нарушают зеркальную симметрию, такие как правосторонние или левосторонние гребни и впадины, также могут смещать вращательное направление. В совокупности эти механизмы дают четкие, подлежащие испытанию предсказания и предлагают объединяющее направление для экспериментального изучения клеточной хиральности и разработки синтетических систем с программируемым хиральным движением.

Для изучения эффектов Платикодина D (PD) на пролиферацию, миграцию и ангиогенез клеток эндотелия EA.hy926, стимулированных супернатантом из модели синовиальных клеток ревматоидного артрита (РА) (MH7A), данное исследование стремится предварительно выяснить его потенциальные механизмы. Клетки MH7A, стимулированные TNF-, были использованы в качестве модели клеток РА. Супернатант из этих клеток был собран и обозначен как кондиционированная среда (КС), которая затем использовалась для стимуляции клеток EA.hy926, тем самым создавая модель эндотелиальных клеток при РА; клетки EA.hy926 были трансдуцированы лентивирусом для суперэкспрессии или нокаута CD146; Экспериментальные группы включали: нормальная контрольная группа, модельная группа (группа с оптимальной стимуляцией КС), и группы лечения PD (PD при концентрациях 1.25, 2.5 и 5 мг/л); sh-CD146+КС, sh-NC+КС, sh-NC, lenti-CD146+КС, lenti-CD146-NC. Спасательный эксперимент включал следующие группы: КС, КС+PD группа, КС+lenti-CD146 группа и КС+lenti-CD146+PD группа лечения. Пролиферация клеток оценивалась с помощью анализа CCK-8; миграция клеток оценивалась через тест раневого заживления; ангиогенез определялся с помощью тестов формирования трубочек; уровень экспрессии CD146 измерялся методом вестерн-блоттинга. В сравнении с нормальной группой, стимуляция КС значительно увеличивала пролиферацию эндотелиальных клеток (<0.01). Однако после 24 часов обработки PD наблюдалось заметное снижение пролиферации клеток (<0.05). Кроме того, стимуляция КС улучшала способность клеток к миграции по сравнению с нормальной группой; это улучшение было значительно уменьшено после лечения PD (<0.01). Более того, способность к образованию трубочек была значительно увеличена при стимуляции КС по сравнению с нормальной группой, но показала значительное подавление после 24 часов лечения PD (<0.0001). Выражение CD146 было значительно увеличено в модельной группе по сравнению с нормальной группой и затем снизилось после лечения PD (<0.01), и зависело от дозы. В спасательном эксперименте, по сравнению с группой лечения PD (КС+PD 5 мг/л), пролиферация, миграция и способность образовывать трубочки клеток в группе суперэкспрессии CD146+группа лечения PD (КС+lenti-CD146+PD 5 мг/л) были значительно увеличены (<0.0001,<0.05,<0.001). Интересно, что по сравнению с группой суперэкспрессии (КС+lenti-CD146), эти способности в группе суперэкспрессии+группа лечения PD (КС+lenti-CD146+PD 5 мг/л) оставались значительно подавленными (<0.0001,<0.0001,<0.05). В этом исследовании мы также обнаружили, что CD146 проявляет значительные пронгиогенные, промиграционные и прополиферативные эффекты в клетках EA.hy926. В то же время, PD показал значительное подавление ангиогенеза, пролиферации и миграции клеток EA.hy926 в зависимости от дозы, и понизил уровень экспрессии CD146 в зависимости от дозы. Суперэкспрессия CD146 частично ослабила антиангиогенный эффект PD, но PD все еще проявлял сильную антиангиогенную активность в клетках с суперэкспрессией CD146, что указывает на то, что PD частично действует через регуляцию CD146 и, возможно, другие пути, отражая его многогранную природу. Это исследование впервые связывает антиангиогенный эффект PD с CD146, открывая перспективное направление терапии для РА.