Нейронаука

Разнообразные формы и роли эндоплазматического ретикулума в нейронах

Наше представление об эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР), взятое из учебников ー куча цистерн и пузырьков вокруг ядра ー далеко от истины, особенно если мы говорим о нейронах. Здесь ЭПР образует обширную непрерывную сеть от тела клетки до самых дальних синапсов. В разных клеточных отделах ЭПР принимает особые формы: в дендритах ー цистерны с рибосомами для локального синтеза белков, в аксонах ー невероятно тонкие трубочки для липидного обмена, а в пресинаптических окончаниях ー Ca²⁺-депо, модулирующее высвобождение нейромедиаторов. Авторы обзора подробно разбирают, как белки-«арматуры» (ретикулоны, атластины) и контакты с другими органеллами (митохондриями, эндосомами) придают ЭПР его форму. Сбои в этой тонкой настройке ведут к болезням, таким как боковой амиотрофический склероз. Особенно интересно, что ЭПР в аксоне не просто пассивный проводник ー он участвует в регенерации после травмы, передавая сигналы повреждения к ядру с помощью Ca²⁺-волн. Получается, что мембранная сеть внутри нейрона ー не просто трубопровод, а полноценный участник клеточных решений. — The diverse forms and roles of the neuronal endoplasmic reticulum, «Биомолекула»: «ВКонтакте на молекулярном уровне, или как органеллы общаются между собой».

Нейронные цепи и клеточное кодирование термочувствительного восприятия

Почему металлическая ложка кажется холоднее деревянной, хотя у них одинаковая температура? И почему мы быстрее замечаем холод, чем тепло? Ответ кроется в устройстве нашей термочувствительной системы. Долгое время она оставалась «темной лошадкой» среди чувств, но теперь ученые раскрыли ее секреты. Новый обзор посвящен тому, как млекопитающие и мухи дрозофилы чувствуют температуру. У столь разных организмов, тем не менее, имеются похожие терморецепторы. Но интереснее другое: нейроны, реагирующие на холод, работают быстрее и чувствительнее, чем на тепло ー поэтому мы отдергиваем руку от холодильника быстрее, чем от горячей кружки. На уровне мозга холод и тепло обрабатываются параллельными путями: спинной мозг → таламус → кора. Причем зоны коры различаются: первичная соматосенсорная кора в основном кодирует холодовые ощущения, а задняя часть островковой коры — и холод, и тепло. У мух также есть быстрые и медленные холодовые нейроны, а есть отдельные, реагирующие на тепло. Авторы подчеркивают, что термочувствительная система — это идеальный модельный объект для изучения мультисенсорной интеграции, ведь любое прикосновение сопровождается теплопередачей. — The neuronal circuits and cellular encoding of thermosensation.

Окружающая среда

Сохранение структур коралловых рифов в XXI веке

Коралловые рифы называют «тропическими лесами» океана, горячими точками морского биоразнообразия. Тем печальнее видеть кадры погибающих обесцвеченных рифов (тем, кто узрел это своими глазами, можно только посочувствовать). Обесцвечивание из-за жары — это не основная проблема кораллов. Хотя волны тепла убивают полипов, некоторые выживают, но сталкиваются с коварным врагом — закислением океана. Это явление мешает строить скелет из карбоната кальция. Из-за этого ускоряется биоэрозия — «стачивание» рифа морскими ежами, губками и микроорганизмами. В итоге карбоната уходит больше, чем создается, и риф разрушается. Авторы обзора собрали последние данные, и вывод их неутешительный: только рифы с термически адаптированными популяциями могут сохранить положительный баланс карбоната, да и то не везде. Особенно плохи дела в Атлантике, где многие рифы уже подверглись эрозии. При этом скорость разрушения старых рифовых каркасов почти не изучена — а ведь именно они защищают берега от штормов. Тревожный вопрос: «Сколько протянут кораллы?» — пока остается без ответа. Ясно одно: даже если полностью остановить выбросы завтра, рифам потребуются десятки лет на восстановление, но выбросы не остановятся... — Persistence of coral reef structures into the twenty-first century, «Биомолекула»: «Как предсказать будущее кораллового рифа?».

Микробиология

Микробиом кишечника формирует социальное поведение у животных

Наши бактерии поощряют общительность. За последние годы накопилась масса доказательств, что микробиота кишечника влияет на мозг и социальное поведение через блуждающий нерв, иммунные клетки и через низкомолекулярные метаболиты (жирные кислоты, нейромедиаторы). Что характерно, специально выведенные грызуны без кишечных микробов (гнотобионты) — социофобы: они избегают контактов, но при добавлении им Lactobacillus reuteri становятся «дружелюбнее». У мух дрозофил микробы регулируют агрессию через выработку октопамина (аналог серотонина из мира насекомых). У людей дети с аутизмом часто имеют дисбактериоз и проблемы с ЖКТ, что вряд ли является совпадением. Терапия фекальной трансплантацией у таких детей не только налаживает работу кишечника, но и улучшает социальное поведение. Так возникает петля положительной обратной связи: общаясь, мы обмениваемся микробами, а микробы подталкивают нас к новым контактам. Авторы обзора предупреждают: большинство механизмов изучено на лабораторных мышах с «чистым» микробиомом, а в реальной жизни разнообразие микробов выше, а значит, многие механизмы могут быть куда сложнее, чем кажется. Тем не менее, связь уже настолько очевидна, что скоро неврологи будут назначать терапию вместе с пробиотиками. — The gut microbiome shapes social behaviour across animal species, «Биомолекула»: «Микробные фармацевты внутри нас. Человеческий микробиом — спаситель и убийца».

Разработка лекарств

Человеческие органоиды как 3D-платформы для разработки лекарств

Вырастить мини-мозг или мини-кишечник в чашке Петри — сегодня уже не фантастика. Органоиды, трехмерные структуры из стволовых клеток, повторяют архитектуру и функции настоящих органов. И это настоящий прорыв для фармакологии. Во-первых, на них можно тестировать лекарства гораздо точнее, чем на плоских линиях клеток. Во-вторых, они человеческие — значит, отпадает проблема видовых различий, которая преследует мышиные модели. В обзоре разобраны десятки примеров успешного применения органоидов при разработке лекарств: от терапии муковисцидоза и опухолей до борьбы с SARS-CoV-2. Авторы обзора указывают и на очевидные проблемы. Органоиды пока что лишены сосудов, иммунных клеток и нервов. Тут все, конечно, зависит от конкретного типа органоида, но некоторую их неполноценность игнорировать нельзя. В обзоре описаны подходы, призванные это исправить, например, выращивание на чипах с микрофлюидикой и добавка эндотелия. Как бы то ни было, в 2022 году в США приняли закон, разрешающий использовать органоиды вместо животных для доклинических испытаний. Так что будущее фармакологии уже наступило, и оно трехмерное. — Human organoids as 3D in vitro platforms for drug discovery: opportunities and challenges, «Биомолекула»: «От эксперимента до индустрии: как органоиды строят мост между наукой и бизнесом», «Умные органоиды: диалог между стволовыми клетками и биоинженерией», «Микрофлюидика и „лаборатория-на-чипе“: маленький мир больших возможностей».

Биоразнообразие

Последствия глобального потепления для фертильности животных

Есть рекомендации от репродуктологов — перед зачатием мужчинам не ездить на сиденьях с подогревом. Можно здесь снисходительно улыбнуться, но фертильность (способность дать потомство) подводит при температурах гораздо более низких, чем смертельные. Причем страдают от этого все: от насекомых до человека. Авторы обзора собрали обширные данные по механизмам тепловой стерильности. В числе главных виновников — окислительный стресс и повреждение ДНК в гаметах. Сперматозоиды (да-да) особенно чувствительны: у дрозофил и человека даже кратковременная жара вызывает их гибель или делает неподвижными. Яйцеклетки чуть устойчивее, но тоже страдают. По данным авторов, у 43 видов дрозофил температура, вызывающая стерильность у самцов, гораздо ниже летальной, и именно она лучше предсказывает, где эти мухи могут жить. То есть вид может переносить жару, но не размножаться, что ведет к гибели популяции. У авторов обзора для нас есть две новости. Хорошая новость — у некоторых видов есть генетическая изменчивость по устойчивости к тепловой стерильности, так что эволюция на месте не стоит. Плохая — адаптация идет медленно, а волны тепла становятся все длиннее. Так что, возможно, главный урон от изменения климата — бесплодие и тихое вымирание. — The consequences of rising temperatures for animal fertility, «Биомолекула»: «Сперматогенез. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить!», «Сперматогенез: через тернии к звездам».

Ментальное здоровье и общество

• В обзоре авторы касаются довольно острой темы — как на социум влияют разные активности по психологическому просвещению. У всего есть обратная сторона, и у таких активностей она тоже есть. В этом обзоре показывают, что они улучшают психологическую грамотность, люди лучше знают, когда нужно обратиться за помощью или подсказать кому-то это сделать. Но никогда не бывает понятно, как люди будут с этой информацией обращаться. Возможно, они могут наделять ярлыками себя и других, по-разному реагировать на свои психологические проблемы. Из обзора вы узнаете, какие люди как реагируют на информацию о себе и в целом на психологическое просвещение. — The psychological consequences of mental health awareness efforts.

• Еще однин довольно интересный обзор рассказывает о том, что болезнь человека не нужно воспринимать как что-то отдельное. Она развивается под влиянием и внутренних процессов самого человека, и факторов окружающей среды. Например, может быь важным, кто ваши соседи и что происходит вокруг, каков доход и финансовое положение у человека, есть ли у него образование (и вообще возможность его получить), доступная медицинская помощь. Авторы подчеркивают, что традиционный подход, фокусирующийся только на частоте приступов, недостаточен, и нужно учитывать дополнительные факторы, чтобы делать прогноз развития заболевания и оказывать необходимую помощь. — The role of social context in cognitive and neurobehavioural outcomes in epilepsy.
• Те, кто ждали обзоров про различные модальности и устали читать только про доказательность КПТ и ДПТ, наверняка будут рады прочитать новый обзор. Различные занятия искусством, будь то арт-терапия или просто любительское рисование, музыка, танцы, могут снижать симптоматику при многих ментальных расстройствах, но как именно они это делают, — смотрите на выводы авторы статьи. Они собрали данные из психологии, нейронаук, психофизиологии, биологии, социологии и поведенческих наук и выделили 50 механизмов, которые могут лежать в основе терапевтического эффекта искусства. — Mechanisms underpinning the mental health impact of arts engagement.
• Организм человека, как и любого другого существа, не живет в отдельности от окружающей среды. В обзоре рассматривается двунаправленная связь между депрессией, тревогой, тяжелыми психическими заболеваниями и хронической болезнью почек. Авторы приводят примеры исследований и полученные результаты, обсуждают, как такие сочетанные состояния влияют на пациентов и систему здравоохранения, а также дают рекомендации по ведению пациентов. — Mental health and kidney disease.

Иммунология

• Астроиммунология — звучит как фантастическое понятие из будущего. Но это наука, которая действительно существует, и она изучает, что происходит с иммунной системой живых существ в космосе. Именно о том, что происходит нового и интересного в этой области, написано в новом обзоре. Авторы преподносят информацию с посылом, что нам предстоит лететь на Луну, Марс и еще дальше, поэтому нужно знать, что происходит с иммунной системой в условиях микрогравитации, высокой космической радиации, нарушении циркадных ритмов, повышенного стресса и многих других факторов. — Astroimmunology: the effects of spaceflight and its associated stressors on the immune system, «Биомолекула»: «Пациентом по галактике: как долгий космический перелет повлияет на наше здоровье?».

Генетика

• Про полигенные шкалы риска (PRS) знают биоинформатики, особенно те, кто связан с медицинской геномикой или работают с различными GWAS анализами. А вот другие ученые (и не-ученые) могут и не знать. Но всем, кому интересно, как устроена медицинская генетика, будет полезен новый обзор.
  Всё устроено так, что есть различные генетические исследования, которые показали связь мутаций с разными заболеваниями. В таком случае полигенные шкалы риска объединяют информацию про эффекты вариантов (потому что у всех разные эффекты, то есть влияние) и позволяют оценить предрасположенность человека к тому или иному заболеванию. Но у них есть свои ограничения, в том числе, непонимание того, что это такое. Авторы обзора ставят своей целью как раз просветить всех в этом вопросе. — Clinical use of polygenic risk scores: current status, barriers and future directions.
• Тот факт, что большинство генетических исследований проводилось и проводится на выборках из Европы и Северной Америки, обсуждается уже много лет. Благодаря осознанию этой проблемы стали появляться биобанки с генетической информацией людей из Азии и Африки, а это, в свою очередь, дает лучшее понимание того, к каким болезням они склонны и как их лучше лечить. В обзоре как раз говорится о том, что полигенные заболевания по составу вовлеченных в них полиморфизмов, по проявленности отличаются между людьми из разных регионов, а значит, нужно изучать всех. Это расширяет спектр обнаруживаемых генетических вариантов и позволяет лучше предсказывать риск болезней и эффективность лечения для популяций, которые долгое время были исключены из крупных полногеномных исследований ассоциаций. — Ancestral diversity in complex disease genetics: from discovery to translation.
• В генетике существует понятие «плейотропия» — это когда один генетический вариант влияет на несколько разных признаков, например, на несколько болезней. В обзоре рассказывается о статистических методах, которые позволяют, насколько это получается, понять, какие генетические эффекты являются общими для разных заболеваний, а какие — уникальными. Авторы приводят примеры и обсуждают, какие ограничения еще остаются. — Dissecting pleiotropy to gain mechanistic insights into human disease.

Разработка лекарств

• Разработка новых лекарств — это долгий и рискованный путь, потому что многие перспективные соединения отсеиваются на разных стадиях исследований, в том числе поздних, из-за неожиданных побочных эффектов или недостаточной эффективности. В последнее время вроде бы ситуация стала меняться — благодаря тому, что объединяется информация из крупных генетических биобанков, а также различная мультиомиксная информация и, конечно, машинное обучение. В обзоре авторы показывают, как это все работает. — Genomics of drug target prioritization for complex diseases, «Биомолекула»: «Автоматизация разработки лекарств».

Медицина

• Вышел новый обзор, который, как следует из названия, посвящен прогрессу в лечении шизофрении. Как пишут авторы, последние 70 лет лечение шизофрении практически не менялось, и механизм действия всех одобренных препаратов — в том, что они так или иначе блокируют дофаминовые D2-рецепторы. В обзоре рассматриваются новые перспективные мишени для лечения шизофрении, причем не только другие нейротрансмиттерные системы, но также иммунные процессы и воспаление. — Novel drug treatments for schizophrenia, «Биомолекула»: «Болезнь потерянных связей».