Часть 1:
науки о Земле, генетика и хемоинформатика

Науки о Земле

• Цунами. В обзоре дается оценка достижениям, полученным за последние двадцать лет, в области наблюдения за цунами, мониторинга и определения их опасности. Эти достижения позволили разработать системы раннего предупреждения о цунами, которые работают практически в режиме реального времени. — Giant tsunami monitoring, early warning and hazard assessment.
• Гидрология почв. В почвоведении есть раздел под названием «гидрология почв»: он изучает то, как устроен водный режим в почвах. В новом обзоре обсуждается изменение гидрологии почв из-за антропогенного воздействия (например, через землепользование), а также влияние на функционирование и поддержку экосистем. Ведь водный режим почв влияет на множество других процессов на нашей планете, самый простой пример — на круговорот воды. Авторы обзора не голословны — они говорят и о новых технологиях, которые улучшают понимание состоянии водного режима почв и позволяют лучше его изучать и прогнозировать. — Soil hydrology in the Earth system.

Медицина и генетика

• Поликистоз печени — это генетическое заболевание, при котором (если говорить общими словами и не уходить в детали и подробности) в печени образуются кисты. У женщин это заболевание встречается чаще, чем у мужчин. В обзоре обсуждаются генетические причины развития этого заболевания, риски его развития, возможности лечения и информация о том, как сейчас обстоят дела в его изучении. — Genetics, pathobiology and therapeutic opportunities of polycystic liver disease.
• Эпигенетические механизмы. В обзоре обсуждаются пять категорий эпигенетических механизмов: метилирование ДНК, модификации гистонов, перекрестная связь между гистонами и ДНК, работа некодирующих РНК и ремоделирование хроматина, которые могут способствовать развитию эпилепсии. Важная роль в этом отводится мутациям в генах, кодирующих белки, которые регулируют эпигенетические механизмы. — Epigenetic genes and epilepsy — emerging mechanisms and clinical applications, «Биомолекула»: «Процессы и эпигеном».
• Работа с омиксными данными. Вроде бы, много данных — это хорошо (особенно с нами согласятся те, кому доводилось «найти хоть что-то» в предоставленных для анализа данных), и в новом обзоре с этим соглашаются, а заодно и обсуждают, как лучше использовать данные для получения максимальной пользы. В статье рассказывается об основных омиксных типах данных, базах данных, веб-платформах для анализа данных, о вариантах анализа и примерах исследований. Всё это представлено в виде таблиц: подобная агрегация информации очень полезна для многих исследователей. —  Big data in basic and translational cancer research, «Биомолекула»: «Залог успеха — большие данные в умелых руках».

Медицина

• Синдром Барретта рассматривается как предраковое состояние пищевода. Обзор содержит в себе актуальные сведения о том, как этот синдром развивается из нормального состояния пищевода (в том числе из отдельных клеток пищевода), каковы клинические последствия и будущие направления исследований синдрома для лучшего понимания его лечения и профилактики. — Mechanisms and pathophysiology of Barrett oesophagus.
• Новая классификация онкозаболеваний НС. В 2021 году ВОЗ опубликовала новую классификацию онкологических заболеваний центральной нервной системы. Предыдущая классификация была опубликована в 2016 году, и за это время накопилось много новых сведений. Интересна идея обзора — все, кому классификация интересна, но не хочется читать сложный текст (или есть другие причины), могут его прочитать, — здесь есть обсуждения, пояснения, уточнения. В каком-то смысле темы обзоров лежат на поверхности, нужно только не полениться их ухватить. Здесь рассказано про основные изменения в этой новой, пятой, классификации, обсуждается, как каждое изменение может влиять на послеоперационное лечение, клинические испытания и исследования. — Clinical implications of the 2021 edition of the WHO classification of central nervous system tumours.

Протеомика и хемоинформатика

• Масс-спектрометрия для исследования белков. Каждый сезон рассказываем что-то новое о белках, и в этот раз тоже не будем отходить от традиции. Как известно, белки — основные мишени множества существующих и разрабатываемых лекарств. И в обзоре аргументированно призывают более активно использовать информацию (которая сейчас используется недостаточно) об активности белков и их функциях при разработке лекарств. Авторы обсуждают, как использование масс-спектрометрии с высоким разрешением позволит предсказывать работу лекарства и его влияние на целевой белок. Также авторы говорят о потенциальном использовании подходов хемоинформатики и протеомики для этих целей. Но, кроме похвалы масс-спектрометрии, в статье обсуждают и ограничения метода (включая то, что не у всех есть возможность купить масс-спектрометр). — The emerging role of mass spectrometry-based proteomics in drug discovery, «Биомолекула»: «12 методов в картинках: протеомика».

Генетика

• Вопросы пола. О половых хромосомах и их влиянии на фенотипическое проявление пола написано немало научных трудов, но с развитием науки всё новое и новое приоткрывается для ученого сообщества. В обзоре рассказывается о генах, расположеных на X хромосоме, которые влияют на то, какого пола будет организм. — X chromosome agents of sexual differentiation, «Биомолекула»: «Мальчик или девочка».
• Посттрансляционные модификации. Обзор посвящен посттрансляционным модификациям гистонов и охватывает огромный спектр тем: влияние данных модификаций на транскрипцию, рекомбинацию, репарацию ДНК, репликацию, а также топологию генома. — Histone post-translational modifications — cause and consequence of genome function, «Биомолекула»: «SUMO: японская борьба или уникальная посттрансляционная модификация?».
• Белки группы поликомб (PcG) — это семейство белков, которые играют роль эпигенетических регуляторов и способны снижать экспрессию генов через модификацию гистонов. В обзоре обсуждается всё разнообразие таких комплексов и то, как происходит регуляция. — Context-specific Polycomb mechanisms in development.

Коронавирус и обезьянья оспа

• SARS-CoV-2. В обзоре описаны филогенетические и филодинамические методы изучения эволюции вируса SARS-CoV-2. Сделано это через анализ исследований (в списке использованной литературы — 152 источника), проведенных за первый год пандемии. Статья будет интересна всем, кто занимается эволюцией вирусов (и преимущественно коронавируса), а также применяющим указанные выше методы в своей работе. — Phylogenetic and phylodynamic approaches to understanding and combating the early SARS-CoV-2 pandemic, «Биомолекула»: «Как прочитать эволюцию по генам?», «Эволюционная биология».
• Течение COVID-19. А в другом обзоре обсуждается, как исследования в области геномики позволяют улучшить понимание того, как генетика каждого отдельного человека влияет на восприимчивость и тяжесть течения у него COVID-19, и как это позволяет понять необходимые шаги в изменении лечения. Разработанная в ходе исследования методология может применяться для терапии многих инфекционных заболеваний. (Из интересного многим — в обзоре есть сводная таблица локусов, статистически значимо ассоциированных с восприимчивостью и тяжестью течения COVID-19, а также потенциально связанные с этим гены.) — The human genetic epidemiology of COVID-19, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Оспа обезьян. В этом году у всех на слуху была оспа обезьян. В обзоре эта болезнь исследуется с разных сторон: эпидемиологической, иммунологической, клинической. В особенности, авторы акцентируют свое внимание на иммунном ответе к вирусу, а также обсуждают вакцины и нерешенные вопросы исследований оспы обезьян. — Monkeypox: disease epidemiology, host immunity and clinical interventions, «Биомолекула»: «Оспа обезьян — на пороге новой эпидемии?», «Оспа — забытая победа (небольшой эпидемиологический детектив)».

Часть 2:
рак, медицина, нейронауки

Рак

• Агрессивные опухоли. Злокачественные опухоли головного мозга представляют собой сложные экосистемы, в которых сосуществуют раковые и нормальные стромальные клетки. Культивируясь в динамической популяции стволовых клеток, раковые становятся более гетерогенными и «учатся» гибко реагировать на микроокружение или терапевтические воздействия. В обзоре рассматривается биологический механизм, наделяющий стволовые клетки опухолей головного мозга невероятной устойчивостью и агрессивностью. Авторы обзора показывают, что прорыв в терапии возможен благодаря недавним достижениям в секвенировании отдельных клеток, улучшенным моделям для исследования роли микроокружения опухоли и более глубокому пониманию фундаментальной роли иммунной системы в биологии рака. — Brain cancer stem cells: resilience through adaptive plasticity and hierarchical heterogeneity, «Биомолекула»: «Опухолевые разговоры, или Роль микроокружения в развитии рака».
• Теломеры как мишень против онкоклеток. Активируя механизм поддержания теломер (telomere-maintenance mechanism, ТММ), будь то теломераза или альтернативный путь удлинения теломер (alternative lengthening of telomeres, АLT), раковые клетки становятся бессмертными. Выбор теломер в качестве мишени открывает интригующие возможности для лечения подавляющего большинства типов рака. Ингибиторы теломеразы не раз объявлялись «волшебной пулей» против рака, но до сих пор не существует терапевтических стратегий, которые бы использовали АLT. Обзор рассматривает механистические различия между поддержанием теломер теломеразой и АLT, современные методы, используемые для выявления каждого механизма, полезность этих методик для клинической диагностики и разработки терапевтических стратегий. Авторы описывают впечатляющие разработки в области перепрофилирования уже существующих терапевтических средств для нацеливания на типы рака в зависимости от того, какие ТММ они используют. — Targeting telomeres: advances in telomere maintenance mechanism-specific cancer therapies, «Биомолекула»: Теломеры и новые мишени протоонкогенной терапии.
• Аристолоховые кислоты (АК) представляют собой группу встречающихся в природе соединений, присутствующих во многих видах растений семейства Aristolochiaceae. Это в основном тропические растения, но вот род Asarum (копытень) широко встречается и в умеренном климате. АК — это очень опасные вещества с мутагенными свойствами, которые могут вызвать тяжелую нефропатию, и, что еще хуже, урологический и гепатобилиарный рак. Тем не менее, по всему миру производятся и продаются растительные БАДы, содержащие АК, и никто это не регулирует. По мнению авторов обзора, такая безответственность может иметь далеко идущие последствия. В статье систематизированы представления о мутагенности и канцерогенности АК, а также о влиянии удаления источников воздействия АК на тенденции заболеваемости раком. В целом, обзор направлен на подкрепление аргументации в пользу реализации профилактических мер против пагубного, но полностью предотвратимого воздействия АК на развитие рака у человека. — Aristolochic acid-associated cancers: a public health risk in need of global action.

Клиническая онкология

• Циркулирующая в плазме ДНК как маркер рака. За последнее десятилетие в качестве жизнеспособной альтернативы анализу традиционных образцов биопсии ткани появились различные методы жидкостной биопсии. Такие суррогатные «биопсии» обладают многочисленными преимуществами: они относительно просты в получении серийных образцов и позволяют преодолеть проблемы интерпретации небольших образцов ткани, которые могут не отражать всей опухолевой массы. На сегодняшний день большинство исследований в области жидкостной биопсии сосредоточено на биомаркерах на основе крови, преимущественно с использованием циркулирующей в плазме опухолевой ДНК (цоДНК). Однако цоДНК также может быть получена из других источников вроде мочи, спинномозговой, плевральной или перитонеальной жидкости. Авторы обзора обсуждают достижения в анализе цоДНК из различных источников. В поле внимания авторов оказались технические аспекты, преимущества использования цоДНК и проблемы клинического внедрения методики. — Circulating tumour DNA — looking beyond the blood, «Биомолекула»: «Омикс-биомаркеры и ранняя диагностика: когда счастье возможно».
• Рак с ранним началом можно определить как диагностируемый у взрослых моложе 50 лет. Как показывает статистика, за последние несколько десятилетий во многих странах увеличилась заболеваемость ранним раком. При этом список органов, в которых увеличился риск найти опухоли раньше положенного, весьма впечатляет. Конечно, увеличение заболеваемости идет одновременно с улучшением скрининга, но не только. С середины 20-го века образ жизни существенно изменился, и эти изменения (например, диета, распространенность ожирения, изменения в микробиоме) могут быть факторами риска в раннем и юношеском возрасте. Для изучения подобных воздействий и их последствий для различных типов рака потребуются проспективные когортные исследования с использованием специальных технологий биобанкирования и сбора данных. В обзоре описываются изменения в заболеваемости раком с ранним началом во всем мире и предлагаются меры, которые могут снизить бремя рака и других хронических неинфекционных заболеваний. — Is early-onset cancer an emerging global epidemic? Current evidence and future implications.
• Модели ксенотрансплантатов для отслеживания эволюции рака. Клинические исследования не позволяют оценить во времени и пространстве, как терапевтические воздействия влияют на различные регуляторные цепи в опухолях. Точно так же трудно проводить тестирование различных подходов в контексте прецизионной онкологии. Выходом здесь могут быть модели ксенотрансплантатов, полученных от пациентов (patient-derived xenograft, PDX). Они представляют собой динамические объекты, в которых эволюцию рака можно отслеживать путем серийного размножения у мышей. Модели PDX также позволяют идентифицировать биомаркеры ответа и терапевтические мишени для подгрупп опухолей, дифференцированных на основе молекулярных данных. В обзоре обсуждаются примеры использования моделей PDX для прецизионной онкологии, как и в какой степени доклинические наблюдения в моделях PDX подтвердили и/или предсказали результаты у пациентов. — Towards precision oncology with patient-derived xenografts, «Биомолекула»: «Ты не пройдешь: в поисках идеальной системы для доклинического тестирования противоопухолевых препаратов».

Неврология

• Влияние кишечной микробиоты на иммунитет. Исследования последнего десятилетия показали, что обширное сообщество микроорганизмов, населяющих кишечник, известное как кишечная микробиота, неразрывно связано со здоровьем и болезнями человека, отчасти в результате влияния на системные иммунные реакции. Накопленные данные показывают, что эти эффекты важны при нейровоспалительных заболеваниях, таких как рассеянный склероз. В обзоре исследуется влияние кишечной микробиоты на иммунную функцию посредством модуляции выработки серотонина в кишечнике и посредством сложных взаимодействий с компонентами иммунной системы, такими как Т- и В-клетки. Также рассматривается, как манипуляция составом микробиоты за счет использования пробиотиков, трансплантации фекалий и добавления бактериальных метаболитов способна помочь создать новые терапевтические стратегии для борьбы с рассеянным склерозом. — The role of the gut microbiota in multiple sclerosis, «Биомолекула»: «Рассеянный склероз: иммунная система против мозга».
• Клеточное моделирование болезней. Исследование неврологических заболеваний непосредственно у пациентов невероятно осложнено невозможностью охватить все стадии болезни, а животные модели не позволяют воссоздать специфические для человека процессы. Частично выходом могут стать модели in vitro, полученные из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, культивируемых в виде органоидов. Эта модельная система может преодолеть разрыв между исследованиями пациентов и животными моделями. Авторы обзора обсуждают различные методологии получения органоидов и то, как органоиды могут использоваться — и уже используются — для моделирования неврологических расстройств, включая микроцефалию, вирусную инфекцию Зика, болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные расстройства, а также заболевания нервной системы, такие как синдром Тимоти, синдром Ангельмана и туберозный склероз. Авторы также рассматривают текущие ограничения моделей органоидов и будущие перспективы (надо сказать, впечатляющие). — Human cerebral organoids — a new tool for clinical neurology research.

Кардиология

• Сиртуины — это НАД⁺-зависимые ферменты деацетилазы и деацилазы, которые контролируют важные клеточные процессы, включая репарацию ДНК, клеточный метаболизм, митохондриальную функцию и воспаление. На сиртуины давно обратили внимание в контексте старения. Активность сиртуинов и уровни NAD⁺ снижаются с возрастом во многих тканях, а их сниженная экспрессия связана с рядом сердечно-сосудистых заболеваний. Напротив, повышенная экспрессия и активность сиртуинов замедляют прогрессирование заболеваний и улучшают сердечно-сосудистую функцию в доклинических моделях, а кроме того, задерживают процесс клеточного старения. Авторы обзора рассматривают потенциальные кардиометаболические преимущества сиртуинов и критически оценивают клинические испытания и потенциал модулирующих их агентов. — Sirtuins in atherosclerosis: guardians of healthspan and therapeutic targets, «Биомолекула»: «Старение и долголетие: эпигеном раскрывает тайны».

Нейронаука

• Коллективная активность нейронов. Решающее значение для многих функций мозга имеет коллективная активность популяции нейронов, а не только свойства отдельных клеток. Фундаментальный вопрос заключается в том, как корреляции активности между нейронами влияют на обработку информации нейронными популяциями. Обязательному разбору последних достижений в понимании корреляции между популяциями нейронов и посвящен обзор. — The structures and functions of correlations in neural population codes.
• Как мы воспринимаем сладкий вкус на уровне нейронов. Все мы любим сладкое. Эта любовь — нечто глубинное. В прямом смысле. Желание потреблять сахар возникает именно в кишечнике. Даже когда восприятие сладкого вкуса нарушено, животные могут отличить сахар от некалорийных подсластителей, руководствуясь сенсорными сигналами, исходящими от эпителия кишечника. В обзоре рассматриваются молекулярные рецепторы, клетки, цепи и поведенческие последствия, связанные с восприятием сахара в кишечнике. Авторы демонстрируют, что некоторые клетки двенадцатиперстной кишки, называемые клетками нейроподов, могут обнаруживать глюкозу и высвобождать глутамат на афферентные нейроны блуждающего нерва. Также авторы предлагают модель, в которой определенные популяции нейронов блуждающего нерва передают сенсорные сигналы о сладком различным группам нейронов в головном мозге, включая нейроны, вовлеченные в дофаминергические схемы вознаграждения в базальных ганглиях, которые изменяют текущее и будущее потребление сахара. Кроме того, эта новая модель подчеркивает критическую роль кишечника в принятиях решений, связанных с аппетитом. — The neural basis of sugar preference.
• Роль TRP-каналов в восприятии боли. Восприятие болевых сигналов играет играет фундаментальную роль в выживании организмов. Эти сигналы обнаруживаются рецепторами, которые включают некоторых членов семейства TRP (за их открытие в 2021 году вручили Нобелевскую премию), которые действуют как преобразователи внешних и внутренних вредных сигналов. Эти белки уже несколько десятилетий находятся в центре внимания физиологов. Последнее десятилетие было особенно захватывающим, поскольку «революция разрешения», связанная с внедрением криогенной электронной микроскопии, позволила узнать о TRP-каналах много нового. О том, как эти результаты, в совокупности с функциональными исследованиями, позволили понять роль TRP-каналов в возникновении и поддержании боли, рассказано в обзоре. — TRP channels: a journey towards a molecular understanding of pain, «Биомолекула»: «Молекулярная биология боли».
• Синаптическая пластичность. Кальций-кальмодулин (CaM)-зависимая протеинкиназа II (CaMKII) является наиболее распространенным белком в возбуждающих синапсах и играет центральную роль в синаптической пластичности, обучении и памяти. Вообще, если говорить о синаптической пластичности, здесь много разных белков назначаются «самыми главными», но роль CaMKII трудно переоценить. Кроме того, новые инструменты, обеспечивающие большее пространственно-временное разрешение, позволили выявили связь между активностью CaMKII и нижестоящими сигнальными процессами в дендритных шипиках во время синаптической пластичности. О функциях CaMKII в обучении и памяти, а также технологиях, позволивших их изучить — читайте в обзоре. — CaMKII: a central molecular organizer of synaptic plasticity, learning and memory, «Биомолекула»: «Загадочный кальциевый язык».
• Одновременные исследования нейронов из разных областей мозга. За прошедшее десятилетие были достигнуты большие успехи в одновременном измерении активности нейронов во многих областях мозга, что позволило провести принципиально новые исследования клеточной динамики, лежащей в основе ощущений, познания и действий. Эти недавно разработанные методы мультирегиональной записи предоставили множество экспериментальных возможностей, однако и здесь не обходится без компромиссов. Об этом и о перспективах такого подхода рассказано в обзоре. — Multiregion neuronal activity: the forest and the trees.

Психология

• Как сон и психологические особенности связаны с подростковой депрессией. До недавнего времени считалось, что проблемы со сном являются симптомом подростковой депрессии, однако новые данные свидетельствуют о том, что проблемы со сном возникают раньше, чем депрессия. Авторы обзора описывают, как сочетание психологических особенностей и биологии подросткового сна уникальным образом определяет предрасположенность подростков к развитию депрессии. Авторы также проследили, как вмешательства в сон, включая терапию ярким светом, экзогенный мелатонин и методы когнитивно-поведенческой терапии, могут облегчить симптомы депрессии. — Sleep’s role in the development and resolution of adolescent depression, «Биомолекула»: «„Идеальный шторм“, или Почему мне вечно хочется спать?».
• Эффект интеллектуальной скромости. Наверное, вы хотя бы раз слышали поговорку «Будь проще, и люди к тебе потянутся»? Пожалуй, этой идиомой можно было бы охарактеризовать явление интеллектуальной скромности. По мнению авторов обзора, в основе этой самой скромности лежит метакогнитивная способность распознавать ограничения своих убеждений и знаний. Кроме того, авторы рассматривают эмпирические данные о преимуществах и недостатках интеллектуальной скромности для принятия личных решений, межличностных отношений, научной деятельности и общества в целом. Как подчеркивается в работе, во времена высокой общественной напряженности скромная (а потому трезвая) оценка своих знаний может быть своеобразным противоядием от эскалации. — Predictors and consequences of intellectual humility.
• Поляризация в обществе. Здоровая демократия требует определенного уровня сотрудничества и институционального доверия. Плохие времена для демократии настают, когда граждане становятся настолько поляризованными, что доминирующей формой мышления становится «мы против них». Люди, как правило, защищают свои собственные убеждения и убеждения своей группы. Однако есть особый класс мотивов, оправдывающих систему, способствующий асимметричным формам поляризации. Авторы обзора предлагают концептуальную основу для интеграции научных знаний о когнитивно-мотивационных механизмах, которые влияют на политическую поляризацию и социально-коммуникативные контексты, в которых эти механизмы действуют. — Cognitive–motivational mechanisms of political polarization in social-communicative contexts.
• Источники установок, поддерживающих конфликт. Межгрупповые конфликты с применением насилия были и остаются одной из самых острых проблем нашего общества. Одним из ключевых факторов, провоцирующих и усиливающих конфликт, является поддержка людьми насилия против чужой группы. Авторы обзора предлагают новый зонтичный термин — «установка, поддерживающая конфликт» (conflict-supporting mindset, CSM). Термин CSM связывает набор взаимосвязанных негативных установок, чувств и убеждений в отношении чужой группы, которая обесценивает и демонизирует ее членов. Таким образом, CSM играет ключевую роль в том, чтобы насилие казалось не только допустимым, но и даже необходимым. Авторы рассматривают источники CSM, а также обсуждают вмешательства по уменьшению конфликтов, основанные на психологии, лежащей в основе CSM. — The social psychological roots of violent intergroup conflict, «Биомолекула»: «Страх и ненависть в миндалине: как возникает агрессия?».

Молекулярная и клеточная биология

• Эпигенетическая регуляция транскрипции за счет гистоновых метилтрансфераз. Гетерохроматин в ядре сконденсирован благодаря гистоновым белкам, на которые, как на бусины, намотана молекула ДНК. Каждый гистон — это октамер, состоящий из четырех пар гистоновых белков. Один из них, гистон Н3, может быть в ди- и триметилированном состоянии. Это значит, что к лизину на N-хвосте белка добавлена метильная (СН3) метка (или несколько меток). Гистон Н3 метилирован в самых различных генах и даже мобильных генетических элементах, и обеспечивает их «молчание», так как метилирование предотвращает транскрипцию. Метилирование осуществляют ферменты — гистоновые метилтрансферазы (HMT). Их много, они консервативны и демонстрируют явную избыточность. Несмотря на это, мутация даже в одном из ферментов может привести к нарушениям дифференцировки клеток, потере тканевой специфичности, преждевременному старению или раку. Авторы обзора открывают еще одну дверь в удивительный мир эпигенетической регуляции транскрипции, рассказывая о последних достижениях в понимании роли известных H3-специфических HMT и обеспечении ими транскрипционного гомеостаза во время дифференцировки тканей у млекопитающих. — Establishment of H3K9-methylated heterochromatin and its functions in tissue differentiation and maintenance, «Биомолекула»: «Катится, катится к ДНК гистон».
• Роль АФК при стрессе растений. Активные формы кислорода (АФК) являются ключевыми сигнальными молекулами, которые позволяют клеткам быстро реагировать на различные раздражители. У растений АФК играют решающую роль в восприятии стресса как биологической, так и небиологической природы. Недавние успехи в изучении передачи сигналов посредством АФК у растений включают идентификацию рецепторов АФК и ключевых регуляторных узлов, которые связывают АФК с другими важными путями передачи сигналов реакции на стресс, а также новые роли АФК в межклеточной сигнализации. В обзоре обсуждается, как эти многообещающие открытия можно использовать для повышения устойчивости растений к стрессу. Очень, кстати, актуально в условиях глобального потепления. — Reactive oxygen species signalling in plant stress responses, «Биомолекула»: «Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов».
• Роль растительных гормонов при абиотическом стрессе. Гормоны растений — важные сигнальные соединения, которые регулируют важные аспекты роста, развития и реакции на стресс окружающей среды. Засуха, засоление, жара, холод и наводнения — всё это оказывает влияние на рост и выживание растений. В данном обзоре обсуждаются последние достижения в понимании того, как различные растительные гормоны контролируют реакцию растений на абиотический стресс. Авторы, кроме того, рассматривают инновационные подходы к визуализации динамики гормонов отдельных клеток и тканей. Обзор дает хорошее представление о том, как понимание механизмов стрессоустойчивости растений открывает новые перспективы для сельского хозяйства. — Plant hormone regulation of abiotic stress response, «Биомолекула»: «Ауксин — великий мотиватор».
• Особенности аксонального транспорта. Аксоны представляют собой загруженные магистрали. Траснспортируют грузы вдоль микротрубочек молекулярные моторы — динеин и кинезины. Этот транспорт жестко регулируется адаптерными и эффекторными белками. В обзоре рассматривается текущее понимание моторной регуляции при аксональном транспорте, обсуждаются механизмы, с помощью которых регуляторные белки индуцируют или репрессируют активность динеиновых или кинезиновых моторов, и исследуется, как эта регуляция влияет на перенос органелл (например, эндосом и митохондрий) по аксону. Дефекты аксонального транспорта связаны с широким спектром состояний, варьирующих от дефектов развития головного мозга до нейродегенеративных заболеваний, поэтому изучение аксонального транспорта так важно. — Selective motor activation in organelle transport along axons.

Разработка лекарств

• Нацеливание на функциональные особенности РНК. Трехмерные структуры, которые принимает РНК, позволяют этой молекуле играть самые разные функциональные роли, как в нормальной биологии, так и при заболеваниях. Уже давно и активно изучаются подходы, которые бы позволили нацеливаться на специфические участки РНК, «выключая» или исправляя трансляцию белков, с которыми невозможно справиться иными способами. Препараты бранаплам и рисдиплам, использующиеся для лечения спинальной мышечной атрофии, как раз нацеливаются на РНК и направляют сплайсинг транскриптов гена SMN2. Авторы обзора описывают стратегии по выявлению, проверке и оптимизации малых молекул, нацеленных на функциональный транскриптом, и разрабатывают дорожную карту для продвижения этих агентов. — Targeting RNA structures with small molecules, «Биомолекула»: «Альтернативная „сварка“ мРНК: как из одного гена получается несколько белков».

Иммунология

• Поддержание гомеостаза органелл. В клетке много границ, определяющих специфические органеллы. Стенки некоторых особенно прочны, например, в митохондриях. Как бы то ни было, время от времени органеллы могут повреждаться, что приводит к утечке их содержимого во внеклеточную среду. Врожденная иммунная защита настроена на то, чтобы распознавать молекулы хозяина, которые не находятся в определенном компартменте. Авторы обзора приводят несколько примеров, когда гомеостаз органелл утрачен, что приводит к активации специфических сенсоров врожденного иммунитета — и влечет неприятные аутоиммунные последствия. — Organellar homeostasis and innate immune sensing, «Биомолекула»: «Экзосома — механизм координации и взаимопомощи клеток организма».

Генетика

• Механочувствительные факторы транскрипции. Клетки и ткани генерируют механические силы и сами подвергаются их воздействию в различных масштабах. Механические воздействия информируют клетки и определяют их поведение во время развития, а также для достижения гомеостаза. Механотрансдукция может влиять и на прогрессирование заболеваний. Недавно были достигнуты успехи в понимании механизмов, с помощью которых механические силы регулируют организацию и состояние хроматина. О механочувствительных факторах транскрипции пойдет речь в обзоре. — Mechanical regulation of chromatin and transcription, «Биомолекула»: «Биомеханика живой клетки».

Часть 3:
геронтология, медицина, микробиология

Геронтология

• Микробиом кишечника и здоровое старение. Начиная с рождения и первого обсеменения микроорганизмами новорожденного, микробиом берет в свои «руки» значительную долю руководства над нашим здоровьем. Состав микробиоты человека также связан с течением заболеваний по мере старения. На состав микробиома воздействуют такие факторы, как прием лекарств, диета, малоподвижный образ жизни — и даже снижение социальной активности. Анализ метагенома помогает сопоставить факторы риска с течением конкретных заболеваний, что позволяет считать данные о микробиоте человека важным диагностическим и прогностическим аспектом в персонализированной медицине. — The gut microbiome as a modulator of healthy ageing, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».
• Изменения метилома и старение. По мере жизни в метиломе человека накапливаются изменения, которые связаны со многими заболеваниями, в том числе с раком. В обзоре обсуждаются различные изменения метилирования ДНК, а также статистические инструменты для работы с подобными данными. Представлены доказательства взаимосвязи метилирования и характерных фенотипических проявлений старения. В перспективе могут быть разработаны механизмы по нивелированию негативного эффекта метилирования и увеличению продолжительности жизни с сохранением ее высокого качества. — Making sense of the ageing methylome, «Биомолекула»: «Эпигенетические часы: сколько лет вашему метилому?», «Геном, транскриптом, метилом и... фрагментом — российские ученые на пути становления новой биомаркерной концепции».
• Старение и рак. Некоторые макромолекулярные изменения в стареющих клетках могут служить защитой от рака. А некоторые, наоборот, становятся факторами риска. В обзоре обсуждаются механизмы в таких клетках, которые помогают им противостоять или содействовать раку. Также рассмотрены терапевтические подходы, учитывающие данные особенности при лечении онкологии. — Senescence and cancer — role and therapeutic opportunities, «Биомолекула»: « Старение — плата за подавление раковых опухолей?».

Эндокринология

• Механизмы компенсации кислорода при гипоксии у плода включают в себя перераспределение богатой кислородом крови к жизненно важным органам (мозгу, сердцу) и увеличению синтеза эритропоэтина в клетках печени, что приводит к увеличению гематокрита и усилению извлечения кислорода из крови. С чем именно связана гипоксия плода при наличии сахарного диабета или ожирения у матери, рассказывают в обзоре. —  Fetoplacental oxygen homeostasis in pregnancies with maternal diabetes mellitus and obesity.
• Риски возникновения сахарного диабета в период менопаузы. Наступление менопаузы приводит к серьезным изменениям в гормональном фоне. Такие изменения увеличивают риск накопления жира в верхней части тела и приводят к увеличению инсулинорезистентности, что становится фактором возможного развития сахарного диабета II типа. В обзоре обсуждается взаимное влияние сахарного диабета (не только II типа) на менопаузу, и наоборот. Также поднимаются вопросы о гормональной терапии во время менопаузы как о возможном способе нивелировать риск развития сахарного диабета II типа. — The interplay between diabetes mellitus and menopause: clinical implications.
• Генетика ожирения и новые методы лечения. Возникновение ожирения обусловлено генетической предрасположенностью и «внешними» факторами, в частности, диетой и физической активностью. Есть моногенные и полигенные формы ожирения. При моногенных вариантах мутации могут затрагивать гены лептин-меланокортинового пути, поэтому фармакологические способы борьбы с болезнью будут нацелены на центральный путь меланокортина. Также ожирение может быть вызвано повреждением гипоталамуса. Помимо этого, в обзоре проводится оценка полигенного риска ожирения и представлено, как генетический анализ помогает в раннем выявлении заболевания. — The promise of new anti-obesity therapies arising from knowledge of genetic obesity traits, «Биомолекула»: «Нутригеномика: питание vs. заболевания».
• Обмен железа и микробиота. К метаболическим причинам развития ожирения относятся нарушения в обмене железа и изменения в составе микробиоты. Она играет важную роль в абсорбции железа в кишечнике, а метаболиты, полученные из бактерий, участвуют в регуляции гомеостаза железа в организме. В данном обзоре обсуждается метаболизм железа в контексте взаимоотношений микробиома кишечника и его хозяина, а также то, как он влияет на обмен глюкозы. — The role of iron in host–microbiota crosstalk and its effects on systemic glucose metabolism, «Биомолекула»: Микробиом кишечника: мир внутри нас, «Немного о железе. Теория».

Микробиология

• Пищевой иммунитет. Так называемый пищевой иммунитет помогает при помощи диеты регулировать численность микробных сообществ внутри организма. Такая стратегия стала доступна, в том числе, благодаря колебаниям концентраций микроэлементов — металлов — в пище. Металлы служат каталитическими кофакторами примерно для трети протеома и вносят весомый вклад в поддержание клеточного гомеостаза. При этом известно, что к недостатку металлов в рационе бактерии адаптируются, а избыток их может быть токсичен для организма, поэтому в сторону увеличения определенных продуктов в рационе позвоночные обращаются реже. Стратегии по уменьшению микроэлементов в рационе и приспособленность к этому бактерий обсуждаются в данном обзоре. — Nutritional immunity: the battle for nutrient metals at the host–pathogen interface.
• Морские биопленки — сложные микробные сообщества, очень разнообразные по составу и функциям. Знания о последних ограничены; тем не менее, известно, что сообщества биопленок являются ключевыми посредниками в биологическом обрастании объектов морской промышленности. В этом обзоре обсуждается динамика морских биопленок, их разнообразие, численность и функции. — Marine biofilms: diversity, interactions and biofouling.

Медицина

• Клеточная терапия — подход для лечения многих трудноизлечимых заболеваний, например, острого лимфобластного лейкоза или восстановления поврежденной роговицы глаза. При использовании клеточной терапии агентами для борьбы с болезнью выступают живые клетки. В обзоре представлен анализ результатов некоторых клеточных терапий и обсуждение включения в их развитие биологической инженерии — редактирования генома, использования синтетических биоматериалов. Именно новейшие методы позволяют бороться с проблемами ограничения распространения и внедрения клеточной терапии. — Engineering the next generation of cell-based therapeutics, «Биомолекула»: «Генная терапия против рака», «Прирожденные убийцы: NK-клеточная терапия».
• Сигнальный путь Ras играет ключевую роль в каскаде киназ, которые задействованы в регуляции транскрипции генов, связанных с дифференцировкой и пролиферацией клеток. Белки семейства Ras кодируют три гена: KRAS, HRAS и NRAS. Пожалуй, самый изученный из них — ген KRAS, и долгое время не удавалось найти терапевтические подходы, воздействующие на его активность. Появление ингибиторов некоторых вариантов KRAS может стать настоящим прорывом в лечении рака. В обзоре представлены текущие варианты ингибиторов, которые находятся на разных стадиях клинических испытаний. Резистентность к терапии все еще остается серьезной проблемой — и одним из самых распространенных направлений исследований в это области. — The current state of the art and future trends in RAS-targeted cancer therapies, «Биомолекула»: «Ингибиторы Ras: в поисках Грааля таргетной терапии ».
• Первичный альдостеронизм — синдром, сопровождаемый избыточным синтезом гормона альдостерона корой надпочечников и независимым снижением концентрации ренина и калия. Патология становится причиной развития артериальной гипертензии, но чаще всего выявляется уже после возникновения осложнений в сердечно-сосудистой системе. В развитии первичного альдостеронизма могут быть задействованы как один надпочечник, так и оба сразу. Раннее выявление синдрома позволяет использовать таргетную терапию и предотвращать развитие осложнений. В обзоре представлен пересмотр определения синдрома как многофакторного процесса и влияние изменений на диагностику и терапию. — Primary aldosteronism — a multidimensional syndrome.
• Макронодулярная двусторонняя гиперплазия надпочечников (МДГН) стала чаще определяться как причина развития синдрома Кушинга. Клиническими проявлениями патологии являются повышение уровня кортизола и узелковые образования в надпочечниках. Подтверждена взаимосвязь между мутациями в генах ARMC5 и KDM1A и развитием МДГН. Однако изменения в данных генах обнаружены не у всех пациентов с МДГН, поэтому дальнейшие исследования могут позволить найти другие гены, ассоциированные с патологией. Также определение мутаций в генах как метод диагностики патологии позволяет выявлять заболевание на ранних стадиях развития и предупреждать возникновение осложнений. В обзоре представлены последние данные по изучению генетики заболевания. — Primary bilateral macronodular adrenal hyperplasia: definitely a genetic disease.
• Борьба с туберкулезом не утихает. Изменения в подходах к дизайну лекарств, обнаружение новых мишеней и подбор иных схем применения уже известных препаратов способны найти другие, более эффективные подходы к лечению. Подробнее об этом читайте в обзоре. Также авторы рассматривают текущие проблемы и перспективы исследований. — Anti-tuberculosis treatment strategies and drug development: challenges and priorities, «Биомолекула»: «Туберкулез: роковая история коварной болезни».

Биотехнологии

• Системы CRISPR-Cas9 широко применяют для редактирования генома. В этом обзоре обсуждаются молекулярные структуры и механизмы работы ферментов, входящих в состав бактериальных РНК-направляемых иммунных систем CRISPR-Cas9. А также вопросы эволюции систем CRISPR-Cas9 из транспозонов ДНК, ретротранспозонов и систем токсин-антитоксин. — Structural biology of CRISPR–Cas immunity and genome editing enzymes, «Биомолекула»: «CRISPR-эпопея и ее герои».

Часть 4:
иммунология, молекулярная и клеточная биология, кардиология

Иммунология

• Рекомбинация антител. Белок когезин обеспечивает выпетливание участков хроматина. Недавние исследования показали, что образование петель хроматина под действием когезина в развивающихся B-клетках играет особую роль в V(D)J-рекомбинации в тяжелых цепях антител. Благодаря выпетливанию сегменты V, D и J в составе локуса тяжелых цепей Igh по-разному представляются рекомбиназе RAG, которая начинает процесс V(D)J-рекомбинации. Иными словами, за счет выпетливания тех или иных сегментов определяется, какие именно сегменты сформируют зрелый локус, кодирующий тяжелую цепь. Аналогична роль выпетливания хроматина, опосредованного когезином, и в переключении классов антител. Новый обзор детально рассматривает, какую роль когезин-опосредованное выпетливание хроматина играет в V(D)J-рекомбинации и переключении классов антител. — The role of chromatin loop extrusion in antibody diversification, «Биомолекула»: «Системная иммунология: секреты Т-клеточного репертуара».

Молекулярная и клеточная биология

• Процессы в ядре. Новые экспериментальные данные свидетельствуют, что механическая деформация клеточного ядра влияет на многие протекающие в нем процессы, а также на функционирование клетки в целом. Возникающие изменения принято связывать с экспрессией генов, однако авторы нового обзора, опубликованного в Nature Molecular Reviews Cell Biology, подробно рассматривают другую точку зрения на механорегуляцию клеточного ядра. Согласно этому представлению, механическое воздействие на ядро изменяет взаимодействие хроматина с ядерной ламиной и цитоскелетом. — Mechanics and functional consequences of nuclear deformations, «Биомолекула»: «Ядро и эпигеном».
• РНК-полимеразы. У эукариот транскрипцию всех клеточных РНК осуществляют три ДНК-зависимые РНК-полимеразы: РНК-полимераза I синтезирует почти все рибосомные РНК, РНК-полимераза II специализируется на матричных РНК и множестве некодирующих РНК, РНК-полимераза III считывает транспортные РНК и другие короткие РНК. Все три РНК-полимеразы — это большие многосубъединичные белковые комплексы, взаимодействующие с массой дополнительных факторов, благодаря которым становится возможной эффективная транскрипция разных по длине и нуклеотидной последовательности РНК. Работа каждой РНК-полимеразы подразделяется на три этапа: инициация, элонгация и терминация. Авторы нового обзора формулируют основные принципы устройства и функционирования транскрипционного аппарата, общие для всех трех РНК-полимераз, а также обсуждают структурные и функциональные особенности каждого этапа транскрипции. — Structural insights into nuclear transcription by eukaryotic DNA-dependent RNA polymerases.
• РНК-сайленсинг. Растения часто используют РНК-сайленсинг для противостояния вирусным инфекциям. В этом случае малые РНК привлекают белки группы Argonaute к вирусным ДНК или РНК, благодаря чему происходит разрушение вирусных геномов. Но и вирусы научились противостоять РНК-сайленсингу с помощью специальных супрессоров. Исследователи из Кембриджского университета обобщают накопленные знания о роли РНК-сайленсинга в иммунной защите от вирусов и невирусных патогенов. В работе подробно описываются процесс перемещения РНК по плазмодесмам, а также механизмы, благодаря которым растение отличает вирусную РНК от своих собственных РНК. — Roles of RNA silencing in viral and non-viral plant immunity and in the crosstalk between disease resistance systems.
• Как работают SUMO? Не только убиквитин может собираться в цепочки на белках, влияя на их функции или направляя на деградацию. Многие белки подвергаются посттрансляционной модификации, известной как сумоилирование, при которой к белку ковалентно присоединяются цепочки из белков группы SUMO (Small ubiquitin-like modifier). Иногда присоединяются единичные молекулы SUMO, а иногда — полимерные цепочки различного строения. Часто сумоилированию одновременно подвергаюся функционально связанные белки, что влияет на экспрессию многих генов и другие процессы. Из нового обзора вы узнаете, каковы клеточные функции сумоилирования и каково его патофизиологическое значение, а также перспективы использования SUMO как мишень для терапии заболеваний. — Signalling mechanisms and cellular functions of SUMO, «Биомолекула»: «SUMO: японская борьба или уникальная посттрансляционная модификация?».
• Особенности комплекса Mediator. Функционирование эукариотической РНК-полимеразы II во многом связано с комплексом Mediator, в состав которого у человека входит 26 белков общей массой в 1,4 мегадальтон. Но Mediator примечателен не только гигантским размером: этот комплекс отличается высокой степенью неупорядоченности и выраженной конформационной гибкостью. Благодаря этим свойствам Mediator может подвергаться фазовым переходам на границе двух жидкостей и взаимодействовать с несметным множеством регуляторных факторов. В новом обзоре, написанном учеными из Университета Юты и Университета Колорадо, подробно рассматривается структура и функции Mediator, обсуждается, как Mediator влияет на работу РНК-полимеразы II, а также предлагается непротиворечивая модель, описывающая функционирование этого сложного комплекса. — The Mediator complex as a master regulator of transcription by RNA polymerase II.
• Ядерные рецепторы. Многие клеточные процессы, связанные с энергетическим обменом, на уровне экспрессии генов регулируются ядерными рецепторами. Благодаря недавним полногеномным исследованиям мы знаем больше о ядерных рецепторах и метаболических генах, которые находятся под их прямым контролем на уровне транскрипции. В то же время, для тонкой настройки физиологических процессов ядерный рецептор должен не только изменить уровень экспрессии своих непосредственных генов-мишеней, но и подействовать на другие транскрипционные факторы и белки-регуляторы, а также интегрировать сигналы от метаболических сенсорных систем вроде путей mTOR и AMPK; кроме того, необходима синхронизация с биологическими часами. Как же ядерным рецепторам удается справляться со всеми этими непростыми задачами? Читайте в новом обзоре канадских исследователей. — Transcriptional control of energy metabolism by nuclear receptors.

Кардиология

• Кардиомиоциты в 3D. Долгое время наши знания о 3D-наноструктуре сердечной мышцы оставались не очень обширными. В течение последних десяти лет было предпринято несколько попыток реконструировать 3D-структуру кардиомиоцитов с разрешением в один кубический нанометр. Информация, полученная из таких реконструкций, позволила создать новые алгоритмы для анализа изображений электронной микроскопии на основе глубокого обучения и искусственного интеллекта. В то же время развиваются и другие подходы для изучения наноструктуры сердца, например, технология замораживания кардиомиоцитов, в которых инициируется потенциал действия, под высоким давлением с миллисекундной точностью. Благодаря этому методу становится возможным отследить деформации органелл, вызванные сокращением кардиомиоцита, с помощью электронной микроскопии. Что же новые методы позволили нам узнать о 3D-наноструктуре сердца? Ответ — в новом обзоре! — Electron microscopy of cardiac 3D nanodynamics: form, function, future, «Биомолекула»: «Как вылечить сердце? Достижения современной науки».
• Связь между микроРНК и болезнями сердца. МикроРНК влияют на экспрессию генов-мишеней, связываясь с соответствующими мРНК и привлекая к ним комплекс RISC, который либо подавляет трансляцию транскрипта-мишени, либо разрушает его. Нарушения в работе микроРНК могут приводит к дисфункциям со стороны многих органов, в частности, сердечно-сосудистой системы. При сердечно-сосудистых заболеваниях патофизиологическая роль некоторых микроРНК может быть связана с их неправильной локализацией в клетке или неканонической регуляторной активностью. О том, как заболевания сердца и сосудов связаны с атипичным биогенезом микроРНК, их неправильной локализацией, неклассическими функциями и гетерогенностью комплексов RISC. — Non-canonical features of microRNAs: paradigms emerging from cardiovascular disease, «Биомолекула»: «МикроРНК уменьшают шум экспрессии генов», «МикроРНК — чем дальше в лес, тем больше дров».

Микробиология

• Редкие «атмосферные» бактерии. Разные виды аэробных бактерий способны осуществлять окисление таких редких атмосферных газов, как водород, угарный газ и метан. В новом обзоре австралийские ученые обобщили таксономическое распределение, физиологические и биохимические особенности бактерий, способных окислять эти атмосферные газы. Кроме того, в статье рассматриваются экологические, медицинские и астробиологические аспекты микробного окисления редких атмосферных газов. — Microbial oxidation of atmospheric trace gases.
• Неоднородные микобактерии. Представители рода Mycobacterium часто формируют субпопуляции с различными фенотипическими характеристиками, благодаря чему под действием стрессового фактора, например, атак иммунной системы организма-хозяина или антибиотиков, хотя бы отдельные клетки выживают. Фенотипическая неоднородность микобактерий достигается благодаря асимметричному делению и приспособлению к меняющимся условиям микросреды. Авторы нового обзора обсуждают виды гетерогенности у бактерий, пути ее появления и регуляцию под действием факторов окружающей среды. — Types and functions of heterogeneity in mycobacteria.
• Роль углерода в жизнедеятельности кишечных бактерий. Для бактерий углеводы служат не только источником углерода, но и выполняют массу других функций, например, обеспечивают прикрепление бактериальных клеток к хозяину. У кишечных бактерий значительная часть генома кодирует ферменты, задействованные в метаболизме углеводов. Эти ферменты объединяют в группу углевод-активных ферментов (carbohydrate-active enzymes, CAZymes). В новом обзоре детально рассматривается роль CAZymes в жизнедеятельности кишечных бактерий, в частности, обсуждаются механизмы катализируемых ими реакций и освещается важность CAZymes и экспрессирующих их бактерий для здоровья человека. — Carbohydrate-active enzymes (CAZymes) in the gut microbiome, «Биомолекула»: «Новые функции кишечной микрофлоры».
• Устойчивость патогенных грибков. В то время как проблема антибиотикорезистентности у бактерий в настоящее время широко обсуждается, возникновение лекарственной устойчивости у патогенных грибков привлекает меньшее внимание. К настоящему моменту среди патогенных грибов можно найти устойчивых ко всем классам антигрибковых препаратов, применяющихся сейчас в клинической практике. В новом обзоре международный коллектив ученых подробно рассматривает механизмы устойчивости к противогрибковым препаратам и сравнивает их с механизмами антибиотикорезистентности у бактерий. Кроме того, подробно обсуждаются меры, которые должны соблюдаться для предотвращения появления устойчивых патогенных грибов. — Tackling the emerging threat of antifungal resistance to human health, «Биомолекула»: «Что делать с резистентностью к антибиотикам? Новые данные: распространение между странами и борьба с мультилекарственной устойчивостью».

Рак

• NK-клетки против рака. Естественные киллеры, или NK-клетки, относятся к числу лимфоидных клеток врожденного иммунитета, которые могут распознавать злокачественные или инфицированные клетки организма и убивать их. Распознавание трансформированной клетки достигается за счет баланса сигналов от множества активирующих и ингибирующих рецепторов на поверхности NK-клеток. Поскольку сами по себе NK-клетки борются со злокачественными клетками, разрабатываются методы иммунотерапии рака, основанные на адоптивном переносе NK-клеток пациентам. В обзоре, подготовленном американскими учеными, рассматриваются различные подходы для увеличения цитотоксических свойств в отношении опухолей и срока жизни NK-клеток, обсуждаются положительные и отрицательные стороны использования NK-клеток в иммунотерапии рака, а также обобщаются результаты первых исследований по применению NK-клеток в клинике. — Natural killer cells in antitumour adoptive cell immunotherapy, «Биомолекула»: «Прирожденные убийцы: NK-клеточная терапия».