.

Секвенирование следующего поколения (NGS) с помощью коротких прочтений ДНК вносит большой вклад в решение задач современной геномики, генетики, клеточной биологии и медицины, особенно в исследования метагеномики, сравнительной геномики, определение полиморфизмов, скрининг мутаций, транскриптомное профилирование, изучение ремоделирования хроматина и многие другие приложения. Секвенирование неустойчиво к техническим ошибкам, которые могут влиять на научные выводы. NGS технологии состоят из создания коллекции многочисленных коротких фрагментов ДНК, именуемой «библиотекой», получения молекулярных колоний и их дальнейшего массового параллельного секвенирования. Такие секвенированные фрагменты называются «прочтениями», они собираются (ассемблируются) в протяженные строки. Протяженные последовательности, в свою очередь, собираются в геномы для дальнейшего анализа. Вычислительные/процессинговые ошибки и сбои секвенирования – это ошибки, возникающие при последующей цифровой обработке секвенированных образцов. Последующая обработка (процессирование) включает процедуры оценки качества, картирования, ассемблирования и даже корректировки ошибочных данных. Данная статья рассматривает вычислительные ошибки процессирования, компьютерные и статистические подходы для их определения, а также представляет словарь терминологии секвенирования. Рассмотрены задачи идентификации мутаций («Определение вариаций») в данных секвенирования и контроль качества их определения. Определение вариаций включает локальные вариации, такие как одиночные нуклеотидные полиморфизмы, короткие вставки и делеции (инделы), и масштабные вариации (инверсии, транслокации или большие инделы). Обсуждены проблемы контроля качества исходных (сырых) данных, ошибки, возникающие на этапах выравнивания прочтений последовательностей ДНК на референсный геном и последующего выравнивания/ассемблирования.

Современная трансплантология испытывает острейший недоста-ток в донорских органах. Для решения проблемы был предложен подход, основанный на использовании органов и тканей животных для пересадки человеку (ксенотрансплантация). Однако широкому развитию этого направления препятствует риск передачи человеку зоонозных инфекционных заболеваний. По эконо-мическим и этическим критериям, а также благодаря сходству по анатомическим и физиологическим параметрам, свинья является наиболее оптимальным источником органов для ксенотрансплантации. В геноме свиньи содержатся эндогенные ретровирусы (PERV) типа А которые могут инфицировать клеточные линии человека in vitro. Специально для биомедицинских целей, в том числе ксенотрансплантации, в Институте цитологии и генетики СО РАН была выведена селекционная группа сибирских миниатюрных свиней. Цель работы заключалась в анализе числа копий PERV A у сибирских миниатюрных свиней, пород-основателей ландрас и крупная белая, а также диких кабанов. Число копий PERV определяли методом абсолютного количественного анализа с использованием красителя SYBR Green. В качестве стандарта использовали образец с известным числом копий, который получали методом конечных разведений. Число копий PERV А в калибровочных образцах ДНК сибирских миниатюрных свиней составило 2.4, 3.6 и 4.9 копии PERV А на клетку, что хорошо совпадает с данными других авторов. Медиана числа копий PERV A на клетку составила 4.5 у сибирских миниатюрных свиней, 1.3 у ландрасов, 1.0 у представителей крупной белой породы и 0.8 у диких кабанов. Достоверные различия в числе копий ретровируса обнаружены между миниатюрными свиньями и дикими кабанами. Таким образом, геном сибирских миниатюрных свиней содержит значительное число копий потенциально патогенных для человека ретровирусов PERV типа А. Для ксенотрансплантации необходимо отбирать животных с наименьшим числом ретровирусов в геноме. Метод количественного определения числа копий PERV А с исполь-зованием красителя SYBR Green позволяет выявить таких животных и проводить селекцию сибирских миниатюрных свиней на уменьшение этого показателя.

На основании доступных данных ChIP-seq и ChIP-chip экспериментов, выполненных с использованием антител к транскрипционным факторам GAGA и CNC, проведен анализ распределения по геному участков связывания этих факторов в эмбриогенезе (возраст эмбрионов 0–12 и 16–24 ч), а также на стадии белой предкуколки дрозофилы. Показано, что основная часть мест связывания GAGA и CNC попадает в промоторные районы и интроны генов, при этом максимальная плотность пиков связывания обоих факторов приходится на область старта транскрипции. Показано также, что у эмбрионов в возрасте как 0–12, так и 16–24 ч развития наблюдается неслучайная колокализация GAGA и CNC, в то время как на стадии белой предкуколки колокализации этих транскрипционных факторов в масштабе генома выявить не удается. Для того чтобы очертить круг генов, для которых возможна совместная регуляция GAGA и CNC, было осуществлено исследование их совместного распределения в аннотированных регуляторных районах (промоторная область и участки, соответствующие 5’-UTR и 3’-UTR мРНК). Оказалось, что совокупности генов, в регуляторных районах которых обнаружено связывание обоих факторов, сильно различаются на разных стадиях. Если у эмбрионов в возрасте 0–12 ч 353 гена характеризуются пересечением пиков ChIP-seq GAGA и CNC, а в возрасте 16–24 ч число таких генов составляет 611, то всего лишь 61 ген является «общим» для обеих стадий. Предполагается, что различные подгруппы генов-мишеней этих факторов регулируются разными сочетаниями изоформ GAGA и CNC, паттерны экспрессии которых изменяются в ходе эмбриогенеза дрозофилы. Функциональный анализ генов, в регуляторных районах которых найдена колокализация GAGA и CNC на всех исследованных стадиях развития, показывает обогащение генами, контролирующими эмбриогенез, развитие нервной системы и крыла дрозофилы.

Разработана компьютерная программа расчета кластеров сайтов связывания различных транскрипционных факторов (ТФ) по данным геномных координат пиков профиля ChIP-seq (Chromatin ImmunoPrecipitation-sequencing). Рассмотрены статистические особенности распределения сайтов связывания транскрипционных факторов в геноме мыши, полученных с помощью ChIP-seq экспериментов в эмбриональных стволовых клетках. Определены кластеры сайтов, содержащие четыре (и более) сайта связывания различных транскрипционных факторов в геноме мыши, описано их расположение относительно регуляторных районов генов. Подтверждено наличие двух типов совместной локализации сайтов: кластеры, содержащие сайты связывания факторов Oct4, Nanog, Sox2, расположенные в дистальных районах, и кластеры с сайтами связывания n-Myc, c-Myc, находящиеся в основном в промоторных районах генов мыши. Анализ новых данных ChIP- seq по связыванию транскрипционных факторов Nr5a2, Tbx3, Cep, SRF, USF1 в том же типе клеток подтвердил разделение кластеров сайтов связывания транскрипционных факторов на два типа: содержащие сайты связывания регуляторов плюрипотентности (Oct4, Nanog и Sox2) и не включающие их. Разработана компьютерная программа статистической обработки данных о расположении сайтов в генах, использующая экспериментальные данные локализации сайтов, которые получены методами ChIP- seq в геномах мыши и человека. С помощью этой программы выявлены закономерности локализации сайтов связывания транскрипционных факторов различных типов. Рассчитаны расстояния между ближайшими сайтами связывания ТФ группы Oct4, Nanog, Sox2 и сайтами связывания других факторов в кластерах сайтов, которые служат основой для анализа совместного связывания белковых комплексов с ДНК. Рассчитана доля присутствия известных нуклеотидных мотивов сайтов связывания транскрипционных факторов в геномных участках ChIP-seq. Пересчитаны весовые матрицы для таких нуклеотидных мотивов. Показана корреляция присутствия мотивов с интенсивностью связывания ChIP-seq. Программы, реализующие разработанные компьютерные методы оценки кластеризации сайтов связывания различных транскрипционных факторов для новых данных ChIP-seq, доступны по запросу к авторам.

Известно, что характеристики 5’-нетранслируемой последовательности (5’-НТП) мРНК могут оказывать влияние на эффективность и специфичность инициации трансляции. Ранее знания о характеристиках 5’-НТП были получены теоретически и в экспериментах in vitro для мРНК отдельных генов, что не давало возможности оценить реальную трансляционную значимость ее параметров. Для выявления трансляционно-значимых характеристик 5’- НТП необходимо проанализировать их связь с трансляционной активностью соответствующих мРНК. Однако до недавнего времени доступные технологии не позволяли получить широкогеномные экспериментальные данные по эффективности трансляции. Благодаря появившейся технологии профилирования рибосом такие данные были получены для мРНК ряда эукариот. Использование их позволяет оценивать и выявлять трансляционно-значимые параметры мРНК, а также предсказывать эффективность трансляции мРНК на основании характеристик ее нуклеотидной последовательности. Цель нашей работы – определение трансляционной значимости отдельных характеристик нуклеотидной последовательности 5’-НТП мРНК на основании соответствующих экспериментальных данных по эффективности трансляции, рибосомному профилированию. Проведен статистический анализ отдельных характеристик нуклеотидных последовательностей мРНК человека и мыши; выявлена их взаимосвязь с соответствующими данными рибосомного профилирования. Были отобраны трансляционно-значимые параметры мРНК, тенденция влияния на эффективность трансляции которых наиболее значима и одинакова для всех трех проанализированных выборок: пурин в –3-позиции стартового кодона, вышележащие стартовые кодоны AUG в 5’-НТП, и комплементарные нуклеотиды G+C в составе 5’-НТП снижают эффективность трансляции; олигонуклеотид CCGCCA в районе 5’-НТП и олигонуклеотиды AAGAAA, AAGAAG, AAGCAG, AAAAAG в составе белок-кодирующей последовательности – усиливают. Разработаны с помощью платформы BioUML набор инструментов, позволяющий анализировать трансляционную значимость отдельных 5’-НТП мРНК, и программа для предсказания эффективности трансляции мРНК на основании ее нуклеотидной последовательности.

Предложена эвристическая гипотеза, согласно которой, если избыток какого-либо белка в ряде органов животных был экспериментально установлен как физиологический маркер повышенной агрессивности и если некоторый полиморфизм (SNP) человека вызывает суперэкспрессию гена, гомологичного гену этого белка у животных, то этот полиморфизм может быть кандидатным SNP-маркером предрасположенности к социальному доминированию, тогда как случаю дефицитной экспрессии может соответствовать социальное подчинение и наоборот. В рамках этой гипотезы проанализировали 21 ген человека: ADORA2A, BDNF, CC2D1A, CC2D1B, ESR2, FEV, FOS, GH1, GLTSCR2, GRIN1, HTR1B, HTR1A, HTR2A, HTR2C, LGI4, LEP, MAOA, SLC17A7, SLC6A3, SNCA, TH, – которые представляют функции белков, известных как физиологические маркеры агрессивного поведения животных: гормоны и их рецепторы, ферменты биосинтеза и рецепторы нейромедиаторов, транскрипционные и нейротропные факторы. Эти белки могут играть важную роль при установлении иерархических отношений у социальных видов животных. С использованием созданного нами ранее Web-сервиса SNP_TATA_Comparator (http://beehive.bionet.nsc.ru/cgi-bin/mgs/tatascan/start.pl) мы проанализировали 381 SNP в районе [–70;–20] перед стартами белок-кодирующих транскриптов (район связывания ТАТА-связывающего белка, ТВР) из базы данных dbSNP (выпуск № 147). Было найдено 45 и 47 кандидатных SNP-маркеров доминирования и подчинения соответственно (например, rs373600960 и rs747572588). В рамках предложенной эвристической гипотезы и выпуска № 147 базы данных dbSNP мы получили статистически достоверные (α < 10–5) свидетельства о действии естественного отбора как против дефицитной экспрессии генов, способных влиять на предрасположенность к доминированию, так и в пользу того, что подчинение и доминирование могут характеризовать норму реакции агрессивности (отличие незначимо: α > 0.35). Предложенная гипотеза, выявленные на ее основе кандидатные SNP-маркеры и закономерности их влияния естественного отбора на геном человека обсуждаются в контексте литературных данных: могут ли они иметь какое-либо отношение к социальному доминированию у людей. Сделано заключение – эти результаты нуждаются в экспериментальной проверке.

Разработан новый подход к поиску регуляторных SNP (rSNP), основанный на анализе ChIP-seq и RNA-seq данных проекта ENCODE. Подход успешно применен для выявления rSNP, связанных с колоректальным раком. В качестве исходных данных были взяты результаты 15 независимых ChIP-Seq экспериментов, выполненных на клеточной линии колоректального рака HCT-116, что позволило сформировать пул из 7985 SNP, расположенных в регуляторных районах генов. Для дальнейшего отбора регуляторных SNP из этого пула использована выявляемая в экспериментах ChIP-seq аллель-специфичность распределения гистоновых меток и негистоновых белков хроматина в местах локализации гетерозиготных SNP. Это позволило выявить 775 SNP, которые потенциально могут влиять на уровень экспрессии генов в клетках HCT-116. В дальнейшем была проведена оценка асимметричности экспрессии аллелей на основании данных RNA-seq, полученных на той же клеточной линии. В результате была подтверждена функциональность 231 SNP, которые были классифицированы как rSNP. Для отбора из них тех, что могут иметь отношение к развитию колоректального рака, были взяты rSNP, находящиеся в одной группе сцепления (±10 т. п. н.) с SNP, ассоциированными с этим заболеванием, по данным GWAS и ClinVar. Функциональная аннотация генов, содержащих выбранные таким образом SNP, подтвердила полученные ранее данные о роли генов BAIAP2L1 и BUB3 в формировании предрасположенности к раку толстого кишечника. Также были обнаружены новые гены-кандидаты колоректального рака, RRAGD и FZD6, белковые продукты которых являются компонентами RAS/MAРK- и WNT-сигнальных путей, сопряженных с развитием данной патологии. Кроме того, выявлено 14 новых потенциальных генов-кандидатов колоректального рака, перспективных для дальнейшего изучения.

CG-богатые острова (далее CpG-острова; CpG-islands, или CGI) являются важными функциональными элементами генома позвоночных. В частности, они инициируют транскрипцию как промоторы в большинстве (>50 %) генов позвоночных, в ряде случаев двунаправленную, в силу самокомплементарности cg динуклеотидов; формируют глобальный ландшафт метилирования; выступают как «выключатель» транскрипции через метилирование. Вырожденная природа CpG-островов (смещенный cg-состав) предполагает увеличение вероятности тандемных повторов и палиндромов внутри CpG-острова. Данная работа посвящена идентификации тандемных дупликаций полных CpG-островов, т. е. мегамономеров длиной 400–5000 п. н., в геноме человека. Были найдены меж- и внутригенные тандемные дупликации CpG- островов. Найденные межгенные CGI дупликации опосредовались через CG-богатые субцентромерные и теломерные сателлиты, а также SINE элементы. Высокое сходство мономеров тандемов в отдельных случаях предполагает существование давления отбора на структуру таких локусов. Исследование контекста межгенных тандемных CGI повторов указывает на их возможную роль в выравнивании cg-состава в геномном сегменте. Найденные тандемные CGI были транскрипционно активными в широком диапазоне тканей и клеточных линий. Рассмотренный феномен кластерной организации CGI наиболее выражен при рассмотрении хромосомы 19, известной своим избытком сегментных дупликаций и генных экспансий. К уникальным геномным сегментам относится также мегасателлит DXZ4 на q плече хромосомы X, который также попадает в категорию CpG-островов, порожденных тандемными дупликациями.

Обсуждаются возможности недавно предложенного нами нового алгоритма (DJ-метода) для анализа конгруэнтности и комбинирования молекулярно-генетических данных на основе матриц евклидовых расстояний. Этот подход назван геометрическим, поскольку евклидовы дистанции удовлетворяют аксиомам метрики, что обеспечивает возможность помещения множества точек, представляющих последовательности, в некоторое геометрическое пространство без искажения взаимных расстояний и наделения точек этого множества координатами в этом пространстве. Геометричность евклидовых расстояний позволяет применять к молекулярным данным весь арсенал методов многомерного анализа, что является актуальным для исследования соотношения внутри- и межвидовой изменчивости, вычисления центроидов таксонов и расстояний между ними, визуализации возможных направлений эволюции, комбинирования и оценки конгруэнтности филогенетических сигналов, относящихся к разным генам и даже к разным системам признаков. DJ-метод использован для оценки конгруэнтности и комбинирования филогенетических сигналов, получаемых от нескольких генов. Анализировались более 1500 нуклеотидных последовательностей двух ядерных (apoB, brca1) и двух митохондриальных (co1, cytb) генов 15 палеарктических и неарктических видов землероек-бурозубок рода Sorex (Soricidae, Eulipotyphla). Для каждого гена все его последовательности представлялись множеством точек в евклидовом пространстве. Для множества точек, относящихся к одному виду, вычислялся его центроид в этом же пространстве. Для каждого гена вычислялась матрица евклидовых расстояний между центроидами видов. Для оценки попарного сходства (конгруэнтности) матриц межвидовых расстояний применен тест Мантеля. Конгруэнтность генов яДНК составила 0.961, мтДНК – 0.748. Все матрицы межвидовых расстояний через взвешивание объединены в единую матрицу. По ней методом главных координат для всех видов построено единое пространство. В объединенном генетическом пространстве проявилось несколько направлений межвидовой изменчивости, отражающих разные по масштабу эволюционные события. Кроме того, по объединенной матрице межвидовых расстояний построено дерево, которое хорошо согласуется с принятой на сегодня зоологической систематикой. Это подтверждает работоспособность предложенного нами метода.

При гибридизации близких видов растений, имеющих сходные геномы, могут образовываться аллополиплоидные формы. Известно, что в ходе эволюции через аллополиплоидизацию прошли многие виды растений, что сыграло значительную роль в формировании огромного разнообразия растений, а также их высокого адаптивного потенциала. Сейчас, благодаря полногеномному секвенированию широкого спектра видов покрытосеменных растений и сравнительному анализу структуры геномов, восстановлена цепь событий, в результате которых появились геномы современных растительных таксонов. Эти исследования показали, что многие диплоидные виды, прежде чем стать таковыми, прошли не один цикл полиплоидизации и дальнейшей диплоидизации. Цель обзора – на основе известных данных определить долю генов растительного генома, подверженных изменениям в случае аллополиплоидизации, и проиллюстрировать разнообразие механизмов, лежащих в основе функциональной дивергенции гомеологичных копий генов, т. е. генов-ортологов в субгеномах аллополипоидного вида. Изменения отдельных копий могут быть связаны с эпигенетическими особенностями организации гена (статус метилирования промоторной области или наличие копий-специфичных малых интерферирующих РНК) или затрагивать первичную структуру гена в его кодирующей части или регуляторных районах. Исследования, проведенные на искусственно созданных аллополиплоидных формах растений, показали широкое распространение у них так называемого транскрипционного доминирования и изменение уровня транскрипции по сравнению с генами диплоидных родительских форм. Изучение транскрипции отдельных гомеологичных копий генов позволило оценить, насколько распространено полное подавление транскрипции отдельных гомеологов у вновь созданных синтетических (0.4–5.0 % генов) и естественных (около 30 % генов) аллополиплоидов. У пшеницы полное подавление вместе с частичными изменениями экспрессии затрагивает в сумме до 49 % генов.

Хитиновый покров насекомых не способен реагировать на раздражители, и приемниками сигналов из окружающей среды для них служат специализированные рецепторы. Дрозофила воспринимает тактильные стимулы посредством внешних сенсорных органов – микро- и макрохет, расположенных на голове и спинке (нотуме). Микрохеты многочисленны и образуют правильные ряды, ориентированные вдоль тела. Число макрохет относительно невелико, и их расположение на голове и нотуме строго определено. Макрохеты выполняют функцию механорецепторов, обеспечивающих мухе сохранение равновесия в полете. Набор макрохет называют щетиночным узором. Полноценный щетиночный узор взрослой Drosophila melanogaster складывается в результате многоступенчатого процесса. Основополагающая его стадия состоит в создании прообраза расположения будущих макрохет – препаттерна (предструктуры), представленного пронейральными кластерами. Пронейральные кластеры обособляются из массы клеток крыловых имагинальных дисков на стадии личинки третьего возраста и ранней предкуколки под действием факторов предструктуры, отождествляемых с транскрипционными факторами, направленно регулирующими экспрессию своих генов-мишеней в соответствующих районах. В статье впервые приведены результаты реконструкции и анализа генной сети, обеспечивающей процесс становления предструктуры, рассмотрены принципы ее организации и функционирования. Сеть насчитывает 80 объектов, связанных 109 регуляторными взаимодействиями. Ключевыми объектами сети, показывающими наибольшую связность с другими ее компонентами, являются пронейральные белки ASC, кодируемые генами achaete и scute, а также белки Decapentaplegic (Dpp) и Wingless (Wg). Структура сети характеризуется иерархической организацией и имеет по крайней мере три уровня управления. Функционирование сети как ансамбля генов в целом достигается координированной работой регуляторных контуров, осуществляющих как внутри-, так и межуровневый контроль активности генов. Результирующий эффект действия сети состоит в активации пронейральных генов комплекса AS-C, экспрессия которых отличает клетки пронейрального кластера от окружающих клеток эктодермы.

Глаукома – хроническое, прогрессирующее заболевание, которым страдают более 60 млн человек в мире. Первичная открытоугольная глаукома (ПОУГ) занимает одно из первых мест по распространенности среди различных форм глаукомы. Например, в 2011 г. эта форма заболевания наблюдалась более чем у 2.7 млн человек в США. В настоящее время ПОУГ является основной причиной необратимой потери зрения. У больных с открытоугольной глаукомой риск слепоты достигает 27 %, даже несмотря на проводимое лечение. Известно, что гибель клеток зрительного нерва может быть спровоцирована механическим стрессом, вызванным повышенным внутриглазным давлением, наблюдающимся при ПОУГ, индуцирующим нейрональный апоптоз. В настоящее время существует огромное количество научных публикаций, описывающих белки и гены, которые участвуют в патогенезе ПОУГ, в том числе в нейрональном апоптозе и клеточном ответе на механический стресс. Тем не менее молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе патофизиологии ПОУГ, до сих пор плохо изучены. Реконструкция ассоциативных генных сетей, описывающих функциональные взаимодействия между этими генами/ белками, включая биохимические реакции, регуляторные взаимодействия, события транспорта и т. д., требует использования методов автоматизированного извлечения знаний из текстов научных публикаций. В работе проанализированы ассоциативные сети, описывающие молекулярно-генетические взаимодействия между белками и генами, вовлеченными в ответ клетки на механический стресс (ОКМС), нейрональный апоптоз и патогенез ПОУГ. Показано, что гены, ассоциированные с ПОУГ, статистически значимо чаще, чем ожидалось по случайным причинам, представлены среди генов, участвующих во взаимодействии между ОКМС и нейрональным апоптозом, что может быть важным фактором, влияющим на гибель ганглиозных ретинальных клеток при ПОУГ.

Исследования последнего десятилетия позволяют по-новому посмотреть на возможную связь между процессами старения и циркадным ритмом. Одно из перспективных направлений в этой области появилось в связи с новыми данными относительно участия NAD+-зависимой деацетилазы гистонов SIRT1 в интеграции путей регуляции циркадного ритма и метаболизма и новой функции NAD+ как «метаболического осциллятора». Представлена модифицированная и расширенная нами наиболее детальная модель циркадного осциллятора, разработанная в 2012 г. J.K. Kim и D.B. Forger. В нее включена дополнительная обратная связь осциллятора с участием генов/белков NAMPT, SIRT1, а также NAM, NAD+. Участие транскрипционного фактора CLOCK/BMAL1 в регуляции транскрипции гена NAMPT определяет соответствующую ритмичность экспрессии мРНК и белка NAMPT. Поскольку фермент, продукт этого гена, является ключевым в пути биосинтеза и рециклирования NAD+, циркадный ритм характерен и для колебания уровня этого кофермента и активности NAD+-зависимой деацетилазы гистонов SIRT1. Деацетилирование этим фер-ментом компонент циркадного осциллятора замыкает обратную связь, опосредуемую этим путем. В частности, среди эффектов SIRT1 в циркадном осцилляторе можно выделить усиление деградации белка Per2, усиление транскрипции гена Bmal1, деацетилирование хроматина регуляторных областей генов циркадного осциллятора в области E-боксов с последующим подавлением транскрипции. Все эти процессы представлены в предложенной нами расширенной модели циркадного осциллятора. На основе экспериментальных данных об изменениях активности SIRT1 и уровня NAD+ с возрастом предпринята попытка исследовать влияние этих возрастных изменений на функционирование циркадного осциллятора. Данные моделирования свидетельствуют о снижении уровня экспрессии ряда генов циркадного осциллятора, в частности Bmal1 и Per2, в старших возрастных группах. Отмечается также увеличение периода циркадных осцилляций. Полученные результаты свидетельствуют, что снижение активности SIRT1, связанное с возрастным нарушением метаболизма NAD+, может быть одной из причин нарушений функционирования циркадного осциллятора в супрахиазматических ядрах. Такие нарушения могут повлечь за собой и нарушения циркадных ритмов организма в целом.

Ядерный белок поли(АДФ-рибозил) полимераза-1 (ПАРП-1) играет важную роль в механизмах ответа клетки на повреждения ДНК. ПАРП-1 катализирует ковалентное связывание поли(АДФ- рибозил) полимеров со своей субъединицей, а также с другими акцепторными белками, используя НАД+ как донора АДФ-рибозы. Ингибиторы поли(АДФ-рибозил) полимераз показали высокую эффективность в улучшении радиотерапии и химиотерапии рака в клинических испытаниях. Разработка новых ингибиторов ПАРП-1 на основе производных природных соединений, таких как НАД+, представляет новую перспективную стратегию. Наличие структуры поли(АДФ-рибозил) полимеразы-1 человека в комплексе с НАД+ может являться отправной точкой для рационального дизайна класса низкомолекулярных ингибиторов ПАРП-1 на основе производных НАД+. Однако на сегодняшний день не опубликовано кристаллической структуры комплекса ПАРП- 1 в комплексе с никотинамидадениндинуклеотидом (НАД+). В данной работе с использованием методов молекулярного моделирования нами проведено предсказание положений связывания НАД+ в донорном сайте каталитического домена ПАРП-1. С использованием структуры гомологов ПАРП-1 в комплексе с НАД+ предсказаны фармакофорные ограничения связывания НАД+ с ПАРП-1. На основе кластеризации конформаций ПАРП-1 в комплексе совместно кристализованными ингибиторами и на основе предсказания фармакофорных ограничений предложено несколько возможных моделей связывания НАД+ с ПАРП-1 в донорном сайте связывания каталитического домена. Согласно предсказанным моделям, для пирофосфатной группы НАД+ в комплексе с ПАРП-1 в донорном сайте связывания возможно наличие двух конформаций. Валидация предложенных моделей связывания НАД+ с ПАРП-1 может быть достигнута количественным анализом структура–активность для производных НАД+. Дополнительно предложены структуры двух производных НАД+, которые могут быть использованы для валидации предсказанных положений связывания НАД+.

Опушение листьев у растений – один из важных признаков, отвечающих за формирование микроклимата у поверхности листа, – участвует в защите от неблагоприятных биотических и абиотических факторов среды. У пасленовых, к которым относится картофель Solanum tuberosum L., опушение листа представлено многоклеточными неветвистыми трихомами разного размера и морфологии. Опушение этой культуры способствует сопротивлению растения насекомым-вредителям, в частности колорадскому жуку и тле, которая является переносчиком вирусных заболеваний. В процессе селекционно-генетических экспериментов возникает необходимость оценить интенсивность опушения листьев растений картофеля. Для этого, как правило, используют микроизображения или микрофотографии листьев листа, сделанные под микроскопом. С их помощью оценивают количество трихом разного типа на поверхности листа и затем нормируют на единицу площади. Такой подход трудоемок, поскольку требует визуального подсчета трихом под микроскопом. Разработанный нами протокол описывает технологию быстрой количественной оценки характеристик опушения у картофеля (числа трихом на поверхности листа и их средней длины) для решения задач генетики и селекции этой культуры. Он состоит из описания технологии приготовления препаратов и получения цифровых изображений сгибов листа с помощью оптического микроскопа в проходящем свете и последующей автоматической обработке этих изображений на компьютере с помощью программы LHDetect2.

В последние десятилетия в связи с появлением новых источников терагерцового излучения и разработкой приборов на его основе проводятся исследования воздействия излучения этого диапазона на живые объекты. Использование терагерцового излучения в системах безопасности контроля и досмотра, диагностическом медицинском оборудовании и научных исследованиях теоретически обусловлено малой энергией кванта этого излучения, не вызывающей негативных последствий при контакте с живыми системами, как это происходит при применении излучения более высокоэнергетичных диапазонов. В этой связи изучение эффектов нетермического воздействия терагерцового излучения на живые объекты представляет актуальную задачу. Целью настоящей работы была идентификация комплекса белков, участвующих в ответе клеток археи Halorubrum saccharovorum H3, выделенной из природной экстремальной среды обитания, на электромагнитное излучение терагерцового диапазона. Для облучения терагерцовым излучением бактериальных и архейных культур нами разработана микрофлюидная система. Проведено 5-часовое облучение галофильной термостабильной археи H. saccharovorum терагерцовым излучением с длиной волны 130 мкм при плотности мощности излучения 0.8 Вт/см2. Методами протеомного анализа, включающими двумерный электрофорез с последующей MALDI-TOF масс-спектрометрией, проведена идентификация белков, изменяющих уровень экспрессии в результате нетермического воздействия терагерцового излучения. Выявлено 16 белковых фракций, которые достоверно различаются по уровню концентрации белка (более чем в полтора раза). Полученные данные свидетельствуют о том, что клетки Halorubrum реагируют на нетермическое воздействие терагерцового излучения путем изменения экспрессии генов, контролирующих регуляцию системы трансляции.

Изложены результаты последних лет по изучению реакции стрессовых систем Escherichia coli в ответ на нетермическое воздействие терагерцового (ТГц) излучения. Наиболее простым и удобным объектом для изучения воздействия ТГц излучения на живые объекты является бактерия E. сoli. Это связано с ее высокой изученностью как на молекулярно-генетическом, так и на метаболическом уровне, а также c возможностью создания на основе промоторов ее стресс-активируемых генов и репортерного белка GFP геносенсорных конструкций. Введение этих конструкций в клетки E. coli позволяет исследовать реакцию конкретной стрессовой системы бактерии на ТГц излучение по интенсивности синтеза белка GFP, легко определяемого флуорометрически. В работе представлены данные литературных источников и собственные результаты по нетермическому воздействию ТГц излучения на конкретные стрессовые системы E. coli. Обсуждаются экспериментальные данные, полученные с использованием геносенсоров E. coli/pKatG-GFP, E. coli/pCopA-GFP и E. coli/pEmrR-GFP, которые являются маркерами генных сетей E. coli, активирующихся в условиях окислительного стресса, при нарушении гомеостаза ионов меди и в присутствии антисептиков соответственно. Обзор проведенных исследований показал, что нетермическое воздействие ТГц излучения индуцирует в клетках E. coli генные сети окислительного стресса и поддержания гомеостаза меди, но не влияет на активность стрессовых систем защиты от антибиотиков, протонофоров и супероксид-анионов. Наличие динамических особенностей в развитии стрессорного ответа у геносенсоров E. coli/ pKatG-GFP и E. coli/pCopA-GFP на ТГц излучение в сравнении с естественными индукторами позволяет предположить специфичность ответа систем окислительного стресса и поддержания гомеостаза меди в реакции адаптации клеток E. coli к ТГц излучению.

Сохранение активности фермента лактазы во взрослом возрасте (персистенция лактазы) является одним из важных адаптативно значимых признаков для популяций человека, потребляющих в пищу свежее молоко домашних животных. На молекулярно-генетическом уровне персистенция лактазы детерминируется наличием специфических аллельных вариантов ряда полиморфных позиций в цис-регуляторных элементах гена LCT, расположенного на хромосоме 2q21. Установление молекулярно-генетических причин персистенции лактазы сделало этот признак одной из удобных моделей для изучения механизмов адаптации популяций человека к условиям среды. Население многих регионов остается недостаточно исследованным в отношении генетической вариабельности этого локуса. В данной работе приведены результаты анализа полиморфизма локуса, включающего в себя энхансерный элемент гена LCT и фланкирующие его районы, в двух тюркоязычных группах населения Южной Сибири – алтайских казахов и хакасов. Показано, что для тюркоязычного населения Алтае-Саянского региона из всех полиморфных вариантов, ассоциированных с персистенцией лактазы, наиболее характерным является «европейский » аллель LCT-13910T. Проникновение «европейского» аллеля LCT-13910T в генофонд населения Южной Сибири могло быть связано с миграционными волнами древних популяций животноводов Западной Евразии в Южную Сибирь в эпоху бронзы (III–II тысячелетия до н. э.). Снижение частоты аллеля LCT-13910T и суммарной частоты его носителей у тюркоязычных популяций Южной Сибири по сравнению с большинством европейских популяций и казахами Средней Азии может объясняться существенным вкладом в генофонд населения региона популяций восточно-евразийского происхождения, для которых данный аллельный вариант нехарактерен, и меньшей адаптивной значимостью для населения региона персистенции лактазы во взрослом возрасте, по сравнению с населением Европы. Редкие и уникальные однонуклеотидные полиморфизмы (ОНП) в исследуемом локусе, обнаруженные нами у алтайских казахов (LCT-13895G > C и LCT-13927C > G) и хакасов (LCT-14011C > T), являются потенциально значимыми для регуляции активности гена LCT, так как попадают в пределы энхансера, регулирующего активность его промотора.

Арил-гидрокарбоновый рецептор (AhR) – это активируемый лигандом транскрипционный фактор, который участвует в широком диапазоне критических клеточных событий в ответ на эндогенные сигналы или ксенобиотики. Одним из наиболее известных лигандов, имеющим максимальное сродство к AhR, является 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин (ТХДД, диоксин). Среди диоксиновых ксенобиотиков ТХДД наиболее токсичен и вызывает широкий спектр биологических реакций, включая иммунотоксичность и рак. Комплекс лиганд:AhR:ARNT функционирует как транскрипционный фактор, связываясь со специфической последовательностью в регуляторной области генов-мишеней, называемой dioxin responsive element (DRE). Макрофаги являются ключевыми регуляторами врожденного иммунного ответа и, располагаясь во всех органах и тканях организма, одними из первых встречаются с ксенобиотиками, поэтому изучение влияния диоксина на макрофаги имеет большое значение. Распознавание потенциальных DRE в регуляторных районах генов, кодирующих транскрипционные факторы IRF1, REL, RELA, экспрессирующиеся в макрофагах, проводилось с помощью программного пакета SITECON. Ядерный экстракт и РНК были выделены из макрофагоподобных клеток линии U937, обработанных 10 нМ концентрацией ТХДД (или 0.1 % ДМСО в качестве контроля) в течение 1, 3 и 6 ч. Гель-ретардация с олигонуклеотидами, содержащими потенциально активные DRE, специфичные для промоторных районов IRF1, REL, RELA генов, контрольными олигонуклеотидами и антителами к AhR подтвердила, что AhR вовлечен в образование ДНК/белковых комплексов. Результаты количественной ПЦР-РВ демонстрируют достоверное повышение уровней экспрессии этих генов при воздействии 10 нМ концентрации на U937 макрофаги через 1 ч (характерное время максимальной транслокации комплекса диоксин:AhR:ARNT в ядро). Совокупность полученных результатов подтверждает функциональную активность выявленных DRE, расположенных в регуляторных районах генов IRF1, REL, RELA через Ah-рецепторный путь передачи сигналов.

Сибирский шелкопряд – крайне опасный вредитель хвойных деревьев, в особенности лиственницы и различных видов сосен. Вспышки численности сибирского шелкопряда приводят к дефолиации и гибели лесов на обширных площадях в азиатской части Российской Федерации. Многие биологические агенты, такие как вирусы, патогенные микроорганизмы и паразитоиды, сдерживают рост популяции вредителя. В данной работе рассмотрен непатогенный симбиотический микроорганизм Wolbachia, который передается от особи к особи трансовариально и может оказывать серьезное влияние на биологию вида-хозяина. Потенциально Wolbachia может как сдерживать, так и стимулировать рост популяции вредителя, что и определяет ключевой интерес исследования. Две выборки сибирского шелкопряда, собранные в 2014 и 2016 гг. в Хабаровском крае, были исследованы на присутствие Wolbachia. Обнаружена высокая частота инфицированных особей сибирского шелкопряда. Доля носителей эндосимбионта в 2014 г. составила 100 % и в 2016 г. – 90 %. Кроме того, в исследованной популяции сибирского шелкопряда на основании протокола мультилокусного генотипирования по генам f tsZ и f bpA обнаружено присутствие по меньшей мере двух штаммов Wolbachia, характеризующихся аллельными вариантами f tsZ-36, f bpA-4 и f tsZ-22, f bpA-9. В статье обсуждается возможная роль Wolbachia в симбиотической ассоциации с сибирским шелкопрядом и направления дальнейших исследований.

Растения подвергаются воздействию огромного количества патогенных грибов. В последние годы идентифицировано большое количество генов, принимающих участие в формировании защитного ответа у пшеницы, и проведено секвенирование некоторых генов устойчивости. Секвенирование аллельных вариантов генов устойчивости у пшеницы и ее сородичей необходимо для понимания молекулярных механизмов формирования защитного ответа. В настоящей работе описывается информационный ресурс, предназначенный для сбора и хранения информации о генах, обеспечивающих устойчивость пшеницы и родственных ей злаков к заболеваниям, вызванных грибными патогенами. База PRG (Pathogenesis- Related Genes) содержит структурированную информацию о регуляции активности генов устойчивости. В базе представлены нуклеотидные последовательности генов устойчивости, а также данные об отдельных однонуклеотидных полиморфизмах генов, ассоциированных с различными уровнями устойчивости к заболеваниям. Cобрана информация о продукте гена и его функциях. Суммированы данные о патогене и заболевании, хромосомной локализации гена устойчивости, даны ссылки на карточки в сопутствующих базах данных нуклеотидных последовательностей (GenBank) и белков (UniProt). Приводится важная информация об изменении экспрессии гена в ответ на действие патогенов, гормонов, а также на изменения условий окружающей среды. Информация вносится в базу в результате аннотирования научных публикаций. В настоящее время в базе данных содержится информация о 66 генах, представленных 75 аллельными вариантами. База PRG разработана на платформе SRS (Sequence Retrieval System). Средства SRS позволяют проводить множественный поиск по полям базы, что необходимо для эффективного построения запросов. Система SRS автоматически генерирует Web-интерфейс с поисковыми таблицами и визуализирует результаты поиска, которые могут быть сохранены в текстовом формате. Собранная информация и удобный интерфейс позволят широкому кругу исследователей расширить представления о разнообразии генов, принимающих участие в формировании защитного ответа, способствуя тем самым эффективному созданию форм растений с повышенной устойчивостью к заболеваниям. База PRG доступна по адресу http://srs6.bionet.nsc.ru/srs6bin/cgi-bin/wgetz?-page+ top+-newId.

В процессе развития многоклеточного организма из одной тотипотентной зиготы образуется огромное количество клеток (триллионы для человека) с разной специализацией. Во взрослом состоянии многие ткани постоянно самообновляются: старые клетки погибают, а из популяции стволовых клеток образуются новые. Изучение судьбы отдельных клеток, их происхождения и родственных связей дает ответы на многие вопросы, связанные как с нормальным развитием, так и с патогенезом. Прямые наблюдения за развивающимися эмбрионами позволили установить судьбу бластомеров асцидии Styela partita, а также происхождение всех клеток червя Caenorhabditis elegans. Исследователям повезло с объектом: в первом случае происходит естественное «маркирование » бластомеров, во втором, поскольку тело червя прозрачно, можно следить за каждой клеткой нематоды. В большинстве же случаев определение клеточных линий и идентификация субпопуляций стволовых клеток представляют большую трудность для исследователей. Поэтому для отслеживания судьбы отдельных клеток стали разрабатываться методы маркирования, основанные на внесении в клетки специфических меток, которые наследуются в ходе делений. Поскольку все потомки исходной клетки несут одинаковые метки, их можно легко отличить от потомков других клеток. В обзоре обсуждаются методы маркирования клеток с помощью красителей и генетических конструкций, обеспечивающих синтез белков-репортеров, по наличию которых можно установить родство клеток. Особое внимание уделено методам, основанным на внесении наследуемой метки в геном клеток (генетическое маркирование), в том числе вирусному маркированию и клеточному баркодированию. Один из разделов обзора посвящен маркированию клеток с помощью системы CRISPR/Cas – популярного инструмента генной инженерии.

Технологии трансгенеза активно применяется в самых разных областях биологических исследований. Наиболее активно используемая методика получения трансгенных животных с помощью инъекции ДНК в пронуклеус зиготы может сопровождаться нарушением функции генов в месте интеграции трансгенной конструкции. В данной работе описаны морфофизиологические эффекты интеграции трансгенной конструкции, обеспечивающей наработку гранулоцит-макрофаг колониестимулирующего фактора человека в молоко в линии мышей (GM9), встройка конструкции у которых произошла в интрон гена контактин 5 (Cntn5). Было показано, что инсерция конструкции не привела к нокауту Cntn5. Однако у трансгенных животных изменяется транскрипция гена в сердце и почках по сравнению с животными дикого типа, а также меняется спектр транскриптов, что может свидетельствовать о нарушении регуляции сплайсинга гена Cntn5. Из литературных данных известно, что полиморфизмы Cntn5 ассоциированы со склонностью к ожирению и с предрасположенностью к артериальной гипертензии. Мы исследовали основные параметры жирового обмена и сердечно сосудистой деятельности у мышей, гомозиготных по инсерции трансгена в ген Cntn5, гетерозиготных животных и животных дикого типа. Проведенное фенотипирование показывает, что гомозиготные мыши имеют меньшую, чем особи дикого типа, массу тела. Причем весовая разница между генотипами определяется не столько отставанием мутантов в развитии скелета и мышц, образующих в сумме тощую массу, сколько существенно меньшим накоплением жира. У исследуемых линий были обнаружены статистически значимые различия по параметрам, характеризующим интенсивность кровообращения. Гомозиготные мыши превосходят особей дикого типа по значениям артериального давления, частоте сердечных сокращений и скорости кровотока в сосудах хвоста. Следует отметить, что гетерозиготные особи имеют промежуточные значения между мутантами и диким типом по всем измеренным морфофункциональным параметрам.

Для получения трансгенных мышей широко используются эмбриональные стволовые клетки. При инъекции генетически модифицированных эмбриональных стволовых клеток в бластоцисту можно получить химерных животных, часть половых клеток которых будет содержать модифицированный участок генома или трансген. Такие мыши-основатели могут дать начало линиям с модификациями генома. В настоящее время запущено несколько проектов (KOMP Repository, EUCOMM, Lexicon Genetics) по созданию коллекций нокаутных по различным генам линий мышей. Тем не менее многие генно-инженерные задачи требуют сложных модификаций генома, таких как большие геномные делеции, встройка генов-репортеров в 3’-регуляторную область генов или сайт-специфичные мутации участков генома. Для этих целей требуется линия эмбриональных стволовых клеток мыши, клетки которой способны участвовать в формировании химерного животного даже после длительного культивирования. В лаборатории генетики развития Института цитологии и генетики СО РАН для проведения экспериментов по созданию трансгенных линий мышей было получено несколько линий эмбриональных стволовых клеток. Мы выбрали одну из них, DGES1 (нормальный кариотип 2n = 40, XY, генотип 129S2/SvPasCrl), для получения химерных животных на базе Центра коллективного пользования «SPF-виварий » Института цитологии и генетики СО РАН. Эмбриональные стволовые клетки были введены в 136 бластоцист генотипа B6D2F1. Бластоцисты подсаживали мышам CD-1, всего родилось 66 мышат. Среди этих потомков 15 оказались химерами, 4 из них с химеризмом выше 80 %. Все родившиеся химеры были самцами и не имели отклонений в развитии. 10 из 15 химерных животных были фертильны. Анализ аллелей микросателлитов потомков химерных самцов показал вклад эмбриональных стволовых клеток DGES1 в формирование гамет. Таким образом, линию эмбриональных стволовых клеток DGES1 можно эффективно использовать для создания трансгенных линий мышей с бластоцистами генотипа B6D2F1 и мышей-реципиентов линии CD-1.

Технология CRISPR/Cas за последние несколько лет совершила прорыв в области редактирования геномов. В силу высокой эффективности и простоты сборки отдельных компонент в условиях современной лаборатории, система CRISPR/Cas применяется огромным количеством исследователей в самых разных областях биологии. После появления первых сведений о редактировании генома млекопитающих системой CRISPR/Cas9 было разработано множество методов, предлагающих те или иные модификации белков семейства Cas или направляющих РНК. Целый ряд работ посвящен использованию технологий, основанных на системе CRISPR/Cas, для самых неожиданных целей – не только для редактирования геномов, но и для контроля экспрессии определенных генов, локализации и визуализации отдельных локусов ДНК в пространстве ядра, изменения статуса метилирования заданных сайтов в геноме млекопитающих и многое другое. Подробности работы системы CRISPR/Cas и способы ее применения детально рассмотрены нами ранее. Наиболее часто система CRISPR/ Cas используется именно для редактирования 
геномов, однако, несмотря на кажущуюся простоту, существует ряд технических сложностей, с которыми можно столкнуться, применяя эту технологию впервые. В настоящей статье подробно описаны протоколы, связанные со сборкой, тестированием и использованием системы CRISPR/Cas9 для внесения мутаций в геном млекопитающих. Дано краткое пояснение теоретических аспектов процессов, связанных с внесением направленных модификаций в геном млекопитающих. Подробно описана методика клонирования и тестирования векторов для доставки компонент системы CRISPR/Cas9 в клетки. Приведены протоколы модификации генома клеток в культуре и создания трансгенных животных. В каждом из разделов упомянуты потенциальные сложности, связанные с использованием системы CRISPR/Cas9, и предложены способы их преодоления.

Прогресс в области клеточной биологии в значительной мере связан с разработкой технологии репрограммирования геномов соматических клеток. В результате из соматических клеток человека, например клеток кожи, можно получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки так же, как и эмбриональные стволовые клетки, обладают плюрипотентностью. Создание индуцированных плюрипотентных стволовых клеток открыло перспективу развития пациент-специфической клеточной терапии. Многие исследователи полагают, что плюрипотентные клетки являются реальной основой будущей регенеративной медицины. Получение плюрипотентных стволовых клеток пациента, их направленная дифференцировка в соматические клетки и трансплантация пациенту позволят избежать иммунологического отторжения. Кроме того, недавно появившаяся технология направленного изменения геномов CRISPR/Cas делает возможным исправление генетических дефектов в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, т. е. генетический дефект можно исправить в клетках пациента in vitro и, проведя дифференцировку в желаемый клеточный тип, вновь ввести эти клетки пациенту. Система CRISPR/Cas позволяет направленно вносить практически любые мутации в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки для создания модельных линий, позволяющих изучать механизмы заболеваний и тестировать фармацевтические препараты. Можно как выключать один ген или группы генов, так и эффективно вносить генетические конструкции в выбранное место генома. Система направленного изменения генома также позволяет временно включать и выключать гены, удалять участки хромосом. Для эффективного использования индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в биомедицинских исследованиях необходимо иметь общедоступные коллекции линий клеток. В настоящее время в Российской Федерации нет коллекций плюрипотентных стволовых клеток. Кроме того, необходима разработка стандартов культивирования и хранения клеток этого типа. В мини-обзоре представлено обоснование необходимости создания коллекций плюрипотентных линий клеток в Российской Федерации, подробное описание характеристик линий клеток, которые вносятся в коллекцию культур клеток, и рекомендуемый оптимальный протокол депонирования и использования линий клеток.

В современном мире одно из активно развивающихся направлений в лечении онкологических заболеваний – виротерапия, особенностью которой является избирательное уничтожение раковых клеток при минимальном воздействии на здоровые клетки организма. Перспективной основой для создания онколитических препаратов могут стать ортопоксвирусы, имеющие ряд преимуществ перед другими вирусными векторами, одно из которых – большая емкость генома, что позволяет встраивать в их геном гены, кодирующие белки с различными противоопухолевыми свойствами. В данной работе проведено сравнительное изучение репликативных свойств десяти различных вариантов штамма ЛИВП вируса осповакцины (ВОВ), в которых встроены дополнительные гены гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора, апоптоз-индуцирующего белка TRAIL и гена зеленого флуоресцирующего белка, на перевиваемой культуре клеток глиобластомы человека U87 и почки африканской зеленой мартышки CV-1. Кроме того, изучен вирус с пятью удаленными генами вирулентности (гемагглютинина, γ-интер-ферон-связывающего белка, тимидинкиназы, комплемент- связывающего белка и Bcl-2-подобного ингибитора апоптоза), характеризующийся значительно меньшей реактогенностью и нейровирулентностью по сравнению с исходным штаммом ЛИВП ВОВ. Полученные данные свидетельствуют о том, что в культуре клеток глиобластомы активнее всего реплицируются различные варианты ВОВ с нарушенным геном тимидинкиназы.

Благодаря широкому спектру возможностей ренин- ангиотензиновой системы (РАС) в регуляции водно-солевого баланса и артериального давления изменение ее активности на системном или локальном (тканевом) уровнях в настоящее время рассматривается как один из наиболее значимых патогенетических факторов развития эссенциальной гипертонии. Цель работы – исследование циркуляторной и тканевой РАС у крыс НИСАГ со стресс- индуцированной артериальной гипертензией. Была измерена концентрация ренина, ангиотензин-превращающего фермента, ангиотензина II и альдостерона в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа, а также исследована экспрессия основных генов РАС в почке, надпочечнике и отделах мозга с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени. Обнаружено, что в почке крыс НИСАГ снижена экспрессия мРНК гена ренина Ren по сравнению с нормотензивными крысами WAG, при этом концентрация ренина в сыворотке крови крыс данных линий не отличается. В то же время у крыс этой гипертензивной линии наблюдалось достоверное увеличение концентраций ангиотензина II и альдостерона в сыворотке крови, что может свидетельствовать о наличии «эктопического» очага синтеза ангиотензина II. В надпочечниках крыс НИСАГ экспрессия генов компонентов РАС не изменена. В структурах мозга показано увеличение экспрессии генов компонентов данной системы: Ren – в гипоталамусе, Асе – в стволе мозга, что подтверждает повышение базальной активности центральной РАС у крыс НИСАГ. Тем не менее проведенное исследование позволяет идентифицировать крыс линии НИСАГ как модель низкорениновой формы гипертонической болезни человека.

Расстройства аутистического спектра – отдельная группа дефектов развития с очень высокой генетической компонентой. Генетический скрининг выявил множество различных генетических вариаций, связанных с аутизмом, а биоинформатический анализ сигнальных путей и генных сетей привел к пониманию, что многие из этих мутационных изменений вовлечены в функционирование синапсов. Синапс является местом электрохимической коммуникации между нейронами и необходимой субъединицей для обучения и формирования памяти. Межнейронная коммуникативная связь пластична, и наиболее стойкие формы синаптической пластичности сопровождаются изменениями в биосинтезе белка как в теле нейронов, так и локально в дендритах. Локальная трансляция – это тонко регулируемый процесс, центральную роль в регуляции инициации которого играет сигнальный путь mTOR (mammalian or mechanistic target of rapamycin). Мутационное повреждение хотя бы одного из звеньев этого сигнального пути приводит к нарушениям синаптической пластичности и поведения. С нарушениями регуляции локальной трансляции в дендритах связаны моногенные синдромы Нунана, Костелло, Каудена, Ретта, туберозный склероз, нейрофиброматоз I типа и синдром ломкой Х-хромосомы, у части носителей которых также диагностируются расстройства аутистического спектра. Данный обзор посвящен молекулярным механизмам синдромного аутизма, обусловленного моногенными мутациями, а также механизм обоснованной терапии некоторых расстройств аутистического спектра.