Nature #545 (7654) + онлайны: роль спортпита в развитии рака, нейроны сна, искусственные предшественники клеток крови

• Структурка. Рецептор к глюкагону у человека (human glucagon receptor, GCGR) связан с G-белком и играет важную роль в обмене глюкозы. Нарушения его функций наблюдаются при диабете 2 типа. Поэтому знание кристаллической структуры этого рецептора — дело не лишнее. Теперь она известна как для трансмембранного, так и внеклеточной частей (доменов) GCGR в разрешении 3 ангстрема. То же касается и близкой по функциям молекулы, рецептора к глюкагоноподобному пептиду 1 типа (GLP-1R). — Structure of the full-length glucagon class B G-protein-coupled receptor, Human GLP-1 receptor transmembrane domain structure in complex with allosteric modulators. См. также: Структуры рецепторов GPCR «в копилку».
• Молекулярка. Все процессы в клетке — это, по сути, взаимодействия одних её белков с другими. Органеллы — это в первом приближении комплексы белков. Можно составить карту взаимодействий белков клетки. По аналогии с геномом (набором всех генов) и протеомом (совокупностью всех белков) она называется интерактомом. Новая статья в Nature представляет результат попытки составить наиболее полный на данный момент интерактом человека. — Architecture of the human interactome defines protein communities and disease networks. См. также: «Омики» — эпоха большой биологии.
• Иммунология, рак. Очередное исследование на тему того, какую роль белок PD-1 (programmed cell death protein 1) и его лиганд PD-L1 играют в развитии рака. На сей раз авторы рассмотрели роль биохимических реакций, напрямую связанных с этими веществами, в опухоль-ассоциированных макрофагах. — PD-1 expression by tumour-associated macrophages inhibits phagocytosis and tumour immunity.
• Биохимия, иммунология, рак. В солидных (то есть твёрдых) опухолях дисфункциональные CD8 T-клетки, потому опухоли и растут. Почему одни CD8 T-клетки можно эпигенетически перепрограммировать, а другие — нет, долгое время было не ясно. Оказалось, что дело в состояниях хроматина в них. Их бывает два: клетки с одним состоянием хроматина можно перепрограммировать и сделать нормальными, со вторым — нельзя. Т-клетки в разных состояниях отличаются набором молекул-маркеров на поверхности. Поэтому такие клетки стало проще различать. Да и вообще, всё исследование целиком весьма важно для иммунотерапии рака. — Chromatin states define tumour-specific T cell dysfunction and reprogramming.
• Биохимия, рак. И снова разговор об изменениях метаболизма в раковых клетках. Ясно, что у составляющих злокачественных опухолей что-то не то с обменом веществ, но как конкретные нарушения метаболизма способствуют злокачественному перерождению, в большинстве случаев загадка. Но в случае миелоидного лейкоза (и острого, и хронического) кое-что прояснилось. Оказалось, что при нём слишком высока активность фермента BCAT1 — аминотрансферазы, находящейся в цитозоле. BCAT1 участвует в производстве аминокислот с боковыми цепями (branched-chain amino acids, BCAAs). Фанаты фитнеса наверняка слышали о них: «бэцэашки» применяют для роста мышечной массы. Если при миелоидном лейкозе в поражённых клетках блокировать экспрессию гена BCAT1, их распространение нарушается. Однако если дополнительно ввести в них BCAA, терапевтический эффект от блокировки фермента сводится на нет. Вот вам и канцерогенный эффект известной пищевой добавки (на самом деле нет). — Cancer progression by reprogrammed BCAA metabolism in myeloid leukaemia.
• Нейробиология. Физиологи довольно давно поняли, что повреждение преоптической области гипоталамуса приводит к нарушениям сна. Какие конкретно механизмы за этим стоят, выяснили только сейчас. Оказывается, в преоптической области есть нейроны, которые активируются именно во время сна. Если эти клетки активировать всякими фармакологическими агентами, животные засыпают. Кстати, «нейроны сна» тесно связаны с «нейронами бодрствования», но тем не менее, эти две популяции можно отделить друг от друга, используя методы оптогенетики. Это открывает новые перспективы для изучения нейронных основ сна. — Identification of preoptic sleep neurons using retrograde labelling and gene profiling.
• Стволовые клетки, биоинженерия. Наконец-то удалось получить человеческие гемопоэтические стволовые клетки в лаборатории! Притом эту задачу решили сразу два коллектива учёных, и каждый — по-своему. У одних это получилось из клеток эндотелия, у других — из плюрипотентных стволовых клеток. Это круто, потому что гемопоэтические стволовые клетки дают начало вообще всем типам клеток крови. Стало быть, с их помощью можно моделировать едва ли не любые нарушения гемопоэза. — Blood: Education for stem cells, Conversion of adult endothelium to immunocompetent haematopoietic stem cells, Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells. См. также: Была клетка простая, стала стволовая, Кем быть? Как гемопоэтическая стволовая клетка выбирает профессию.
• Вирусология. И вновь о вирусе Зика и его переносчиках, комарах рода Aedes. Выяснилось, что неструктурный белок этого вируса, NS1, определяет, насколько хорошо вирус будет инфицировать комаров, а через них — и млекопитающих, в том числе людей. Спонтанная мутация в гене этого белка приводит к тому, что вирус распространяется особенно интенсивно. Частицы-мутанты численно преобладают в комарах, вытесняя своих менее «расторопных» собратьев-вирусов. — Evolutionary enhancement of Zika virus infectivity in Aedes aegypti mosquitoes. См. также: Вирус Зика: мнимая паника или реальная угроза?
• Физиология растений, ГМО. У растений, как известно, есть свой иммунитет, иначе бы они были совсем не в состоянии бороться со своими заболеваниями. Иммунный ответ начинается вовремя благодаря способности растений контролировать трансляцию своих мРНК. Знание этого факта позволило создать рис, устойчивый ко множеству болезней, и не потерять в урожайности. — Plant biology: An immunity boost combats crop disease, Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants, uORF-mediated translation allows engineered plant disease resistance without fitness costs.
• Экономика поведения, искусственный интеллект. Чтобы группа людей приняла наиболее оптимальное для неё, а не для её отдельных членов, решение, нужно добавить в эту группу ботов (искусственный интеллект). Это верно по крайней мере для ситуаций, где испытуемым нужно выбрать карточку не того же цвета, как у всех остальных. Забавно, что боты при этом действовали случайно, и небольшая спонтанность, которую они вносили в коллективы, улучшала результаты групп людей. Что ж, осталось проверить, будут ли боты помогать в решении проблем реальных социумов. — Behavioural economics: Occasional errors can benefit coordination, Locally noisy autonomous agents improve global human coordination in network experiments.

Science #356 (6339) + онлайны: компактная ДНК без нуклеосом, новая функция АТФ, участки мозга для понимания других

• Структурка. Сенсорные гистидинкиназы улавливают наличие определённых ионов в среде и сигнализируют о них внутрь клетки. Для этого им надо связаться с обнаруживаемыми ионами. Кристаллическая структура одной такой киназы, чувствительной к нитратам и нитритам, была получена недавно. Донором белка послужила кишечная палочка. Кстати, работу выполняли в том числе наши соотечественники из МФТИ. — Mechanism of transmembrane signaling by sensor histidine kinases. См. также: Лаборатория перспективных исследований мембранных белков: от гена к ангстрему.
• Биохимия. «Универсальная энергетическая валюта», аденозинтрифосфат (АТФ), никогда не тратится полностью. По факту, только около 10% её молекул клетка использует в качестве источника энергии для биохимических реакций. Зачем нужны остальные? Один из вариантов ответа — затем, чтобы повышать растворимость белков в цитоплазме и предотвращать образование «комков» из макромолекул. Это подтвердили экспериментально. — ATP controls the crowd, ATP as a biological hydrotrope.
• Геномика, медицина. Малярийный плазмодий, возбудитель одноимённой болезни, тот ещё приспособленец. Но и люди не так просты. Среди жителей Африки к югу от Сахары сейчас активно распространяется ряд мутаций в генах GYPA и GYPB, снижающая вероятность заболевания тяжёлыми формами малярии на 40%. У людей, несущих такие мутации, в крови есть особый антиген — Dantu. — Resistance to malaria through structural variation of red blood cell invasion receptors. См. также: Как понравиться вампиру, или За что комары так любят больных малярией?
• Биология развития, клеточная биология. При митозе хромосомы должны конденсироваться, то есть стать компактнее, ведь во время деления клетки экспрессия генов крайне нежелательна. Один из процессов при конденсации — «наматывание» ДНК на белки-гистоны. Каждую такую катушку из нити ДНК и гистонов называют нуклеосомой. Но, может быть, можно как-то компактизировать хромосомы, обойдя эту стадию? Опыты на зародышах шпорцевой лягушки, любимого объекта эмбриологов, показали, что да. Похожие на хроматиды структуры образуются и без гистонов. Правда, они более хрупкие, чем настоящие хроматиды, но это неудивительно. — Mitotic chromosome assembly despite nucleosome depletion in Xenopus egg extracts.
• Биология развития, молекулярка. Инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2),а точнее, запускаемая им цепочка биохимических реакций, управляет поступлением питательных веществ от организма матери к зародышу. Однако тут важно не переборщить и не требовать слишком много пищи. Поэтому белок ZFP568 угнетает работу IGF2, а когда он по каким-то причинам выключается, эмбрион гибнет ещё до стадии гаструлы из-за избытка инсулиноподобного фактора роста. Надо отметить, что у таких зародышей слишком рано включается экспрессия генов. Есть предположение, что некоторые случаи выкидышей как раз отсюда: их губит патологически ранний запуск транскрипции. Значит, теоретически им до имплантации в стенку матки можно вводить ZFP568 — вероятно, это поможет. — A placental growth factor is silenced in mouse embryos by the zinc finger protein ZFP568.
• Биология развития, генетика. Чтобы из незрелой мультипотентной клетки получилась зрелая, дифференцированная, надо выключить в ней ряд генов. Каких именно — зависит от типа клетки, который хотим получить. Но что конкретно служит выключателем, тоже надо понять. Учёные выяснили, как заглушается активность генов в первичных половых клетках дрозофилы таким образом, чтобы из них получились сперматозоиды. — Blocking promiscuous activation at cryptic promoters directs cell type—specific gene expression.
• Нейробиология, методы. Чем дальше, тем больше мы узнаём о том, насколько клетки нейроглии важны для работы мозга. Вот, например, астроциты ловят сигналы от соседних нейронов и «думают» о них с помощью ионов кальция. На основе кальциевых сигналов внутри себя астроцит формирует реакцию «на экспорт», а она, в свою очередь, модулирует активность близлежащих нервных клеток. Теперь разговоры между астроцитами и нейронами можно подслушивать с помощью кальций-чувствительных красителей и особых высокоточных сканеров их сигналов, ловящих кальциевую картинку сразу в нескольких плоскостях. — Three-dimensional Ca²⁺ imaging advances understanding of astrocyte biology.
• Нейробиология. Метасимпатическая нервная система примечательна тем, что её отличия от других частей нервной системы первым сформулировал российский физиолог Александр Данилович Ноздрачёв, а заодно дал ей название. Самая интересная часть метасимпатики — энтеральная (энтерометасимпатическая) нервная система, руководящая действиями кишечника. Её изучают далеко не только у нас в стране. Вот, например, учёные из Нидерландов, Бельгии, Великобритании и США выяснили, что вся энтеральная нервная система образуется из клеток нервного гребня. Эти клетки сначала размножаются, в результате чего образуются клоны. Клоны одной клетки-предшественника руководят одним участком кишки. Поэтому стенки данного органа движутся эдакими сегментами. Но есть и «стыки» клонов — участки стенки кишки, которыми руководят потомки разных клеток-предшественников. Благодаря этому перистальтика скоординирована. — Lineage-dependent spatial and functional organization of the mammalian enteric nervous system.
• Нейробиология, этология. Обезьяны отлично понимают, кто в коллективе главный, а кто так, мелкая сошка. Раз уж мы считаем, что за каждым действием стоит какой-то фрагмент живой нервной ткани, то можно найти и корреляты распознавания социальных ролей. Собственно, это и сделали учёные: они посмотрели, какие области мозга макак активируются при распознавании иерархии особей внутри группы. Участки, отвечающие за это, вполне ожидаемо частично перекрылись с областями, в которых находятся зеркальные нейроны. Вполне возможно, что в этом исследовании на макаках нашли аналог системы, обеспечивающей наличие theory of mind (способности «читать» мысли и намерения другой особи) у людей. — A dedicated network for social interaction processing in the primate brain.
• Экология. Как известно, видовое разнообразие по мере приближения к экватору увеличивается. Но увеличивается ли в той же пропорции число взаимодействий между видами, вопрос. Поискать ответ на него решила команда учёных со всего света. Помещая на растения в самых разных уголках земного шара пластилиновых гусениц, они считали, как часто птицы будут нападать на эти модельки. Гипотеза о том, что ближе к экватору число взаимодействий между представителями отдельных видов растёт, подтвердилась, по крайней мере если говорить о хищничестве. — Higher predation risk for insect prey at low latitudes and elevations.
• Экология. Деятельность людей приводит к тому, что количество свободного азота в почве и воде растёт. Это можно заметить по соотношению количества изотопов ¹⁵N/¹⁴N в скелетах кораллов. Видимо, ничего хорошего биосфере это не сулит. — Nitrogen pollution knows no bounds, 21^st-century rise in anthropogenic nitrogen deposition on a remote coral reef.