Подписаться
Оглавление
Биомолекула

Галопом по обзорам: зимний марафон 2023

Галопом по обзорам: зимний марафон 2023

  • 417
  • 0,2
  • 0
  • 0
Добавить в избранное print
Дайджест

Наконец-то заканчивается зима! Барбос Микробкин обожает зиму, но от холода все-таки устает, да и разнообразия хочется! Поэтому он представляет вам подборку зимних обзоров из журналов серии Nature Reviews, а сам скорее бежит встречать весну!

Рисунок в полном размере.

В последний месяц каждого сезона мы традиционно (а на самом деле — уже целый год!) публикуем подборки обзоров из журналов серии Nature Reviews. Это — первый в 2023 году и пятый по счету выпуск рубрики, посвященной научным обзорам по биологии, медицине и наукам о Земле (предыдущий осенний выпуск 2022 года читайте по ссылке). Мы собрали и рассказали о статьях на биологические, медицинские, экологические, географические темы. В этой подборке вы вновь встретите разнообразные истории из мира психологии одиночества, секвенирования не менее одиночных клеток, перспектив в терапии рака, исследованиях циркадных ритмов, иммунологических прорывах, влиянии стресса на организм и новостях из мира ксенотрансплантации.

Приятного чтения!

Здоровье человека

  • Изменение климата, здоровье человека. Взаимосвязь между изменением климата и здоровьем человека непроста. Слишком многокомпонентно и одно, и другое, слишком много всего может и влиять, и не влиять, и сочетанно влиять с разной силой и на изменение климата, и на здоровье. А если искать между ними связь — то эта задача совершенно не из простых. В новом обзоре изучили влияние изменения климата, например, загрязнения воздуха, экстремальных температур, лесных пожаров на состояние сердечно-сосудистой системы и развитие заболеваний, с ней связанных. Также авторы проанализировали информацию, касающуюся того, насколько разные популяции людей восприимчивы к изменению климата, и предложили варианты, как эту восприимчивость смягчить. — Climate change and cardiovascular disease: implications for global health, «Биомолекула»: «Брайан Фейган: „Малый ледниковый период: Как климат изменил историю, 1300–1850“. Рецензия».
  • Старение. Никуда нам не деться от вновь и вновь публикуемых обзоров про старение. Поэтому ученые снова рассказывают о научных исследованиях старения с использованием омиксных технологий. О том, как полученные с использованием таких технологий данные, например, эпигеномы, транскриптомы, протеомы, метаболомы могут быть использованы для расчета биологического возраста, и говорится в обзоре. Добавим, что, разумеется, не обошли стороной и машинное обучение. — Measuring biological age using omics data.
  • Боковой амиотрофический склероз (БАС) — в настоящее время неизлечимое заболевание, при котором происходит поражение верхних и нижних двигательных нейронов. Единственное лекарство, «Рилузол» (Riluzole), одобренное в Европе, в среднем увеличивает продолжительности жизни пациента лишь на три месяца. В обзоре обсуждаются потенциальные методы генетической терапии БАС и возможности редактирования генов, мутации в которых влияют на развитие заболевания. В особенности, авторы останавливаются на так называемых мутациях потери функции (loss of function variants, LoF). — Prospects for gene replacement therapies in amyotrophic lateral sclerosis, «Биомолекула»: «Как нонсенс-мутации ген обижали, и что потом было», «Как нонсенс-мутации ген обижали. А может, не обижали, и всё было иначе?».
  • Клиническая онкология. Терапия генетически модифицированными T-клетками, экспрессирующими химерный антигенный рецептор (CAR-T), позволила добиться существенного прогресса в лечении онкогематологических заболеваний, и на данный момент шесть препаратов CAR-T одобрены для клинического применения. Однако CAR-T-терапия имеет ряд серьезных побочных эффектов, которые могут быть вызваны, в частности, распознаванием и уничтожением клетками CAR-T нормальных клеток организма, которые несут антиген CAR. Такую токсичность обозначают как on-target, off-tumour toxicity (OTOT). Особенно тяжелая OTOT была выявлена у участников клинических испытаний CAR-T, направленных против солидных опухолей. Как можно дополнительно увеличить специфичность CAR-T-клеток и тем самым снизить риск OTOT? На основании чего можно предсказать риск развития OTOT? Ответы на эти вопросы ищите в новом обзоре. — Overcoming on-target, off-tumour toxicity of CAR T cell therapy for solid tumours, «Биомолекула»: «Способны ли CAR-Т-клетки уничтожить опухоль?».

Борьба с болезнями

  • Исследования рака и разработка препаратов для борьбы с ним привела к созданию 3D моделей рака для экспериментов. Такие модели способны помочь ускорить испытания и поиск терапевтических мишеней, сведя к минимуму эксперименты на животных. Открытым остается вопрос о различиях между тем, что уже известно о раке и выяснено на животных моделях, и тем, как рак ведет себя на искусственных 3D моделях. Об этом — и не только — пойдет речь в данном обзоре. — 3D bioprinted cancer models: from basic biology to drug development.
  • Разработка препаратов против COVID-19 все еще актуальна. Уже существует ряд эффективных и безопасных терапевтических средств для лечения, который продолжает пополняться. К таким препаратам относятся противовоспалительные средства, антитромботические препараты, лекарства для лечения острой дыхательной недостаточности, антитела против вирусных частиц и витамины. Однако остаются уязвимые группы пациентов, например, люди с заболеваниями почек, которые были исключены или мало представлены в клинических испытаниях многих препаратов против COVID-19. Для помощи таким пациентам необходимы дополнительные данные и проведение дополнительных исследований эффективности и безопасности уже существующих лекарств. — Therapeutic advances in COVID-19, «Биомолекула»: «COVID-19: отвечаем на вопросы».
  • Преодоление иммунных барьеров для ксенотрансплантации. Проблему нехватки органов для пересадки может решить ксенотрансплантация. У нечеловеческих приматов значительно увеличена толерантность в пересадке органов от свиней благодаря достижениям в области генной инженерии и подходов к иммуносупрессии. Так, ксенотрансплантат почки свиньи успешно функционировал у нечеловеческих приматов на протяжении многих лет. В 2022 году был проведен эксперимент по пересадке сердца пациенту с сердечной недостаточностью. Пересаженный орган функционировал на протяжении семи недель. Иммунотолерантность в экспериментах на мышах достигается путем смешанного гемопоэтического химеризма и трансплантации тимуса. — Progress in xenotransplantation: overcoming immune barriers.
  • Подход к оптимизации терапии рака. Накопление разрывов в одноцепочечной ДНК влияет на химиотерапевтическую реакцию. Вероятно, факторы толерантности к повреждению ДНК могут стать мишенями для разработки нового подхода к терапии. Причины, по которым возникает толерантность к повреждениям ДНК, связаны с онкогенезом. Поддержание целостности ДНК закономерно позволяет избегать нежелательных последствий, которые возникают при ее повреждении. В этом обзоре представлен разбор взаимосвязи между толерантностью к повреждению ДНК, стрессом и онкологией, а также представлены перспективы поиска новых клинических биомаркеров и подходов воздействия на них. — Leveraging the replication stress response to optimize cancer therapy.
  • На эндосомальный транспорт возлагаются большие надежды в борьбе с одними из самых распространенных и тяжелых заболеваний для человека — с ожирением и сахарным диабетом 2 типа. Ученые надеются, что мембранный транспорт можно будет активно использовать в терапии ряда патологий, точнее, что они помогут в контроле за метаболизмом. Дело в том, что эндосомальный транспорт участвует в регуляции транспортировки и распределения белков, и его «поломка», порой, одна из основных причин начала развития болезни. В данном обзоре ученые рассказывают, что на сегодня известно о вкладе эндосомального транспорта в физиологию и патологию обмена веществ. — Endosomal trafficking in metabolic homeostasis and diseases.

Разработка лекарств

  • Заболевания человека, орфанные заболевания. Довольно много данных о генетике человека, признаках и заболеваниях, получены из GWAS исследований (genome-wide association studies) и при изучении менделевских заболеваний. В данном обзоре обсуждается то, как результаты таких генетических исследований для редких и сложных по этимологии заболеваний человека могут быть использованы для прогнозирования потенциальных побочных эффектов различных лекарств. Также авторы предлагают способы включения генетических данных человека в оценки безопасности при разработке лекарств. Заинтересованным советуем обратить внимание на раздел Resources and suggested best practices. — Using human genetics to improve safety assessment of therapeutics, «Биомолекула»: «Орфанные заболевания».
  • Забытые болезни. Идет прогресс и в понимании того, как лечить так называемые забытые болезни, а именно: лейшманиоз, болезнь Шагаса, африканский трипаносомоз (также известный как сонная болезнь). При этом, если в случае лейшманиоза все более-менее ясно и ситуация с заболеваемостью улучшилась, то с двумя другими заболеваниями не все так хорошо. В новом обзоре рассказано достижениях в направлении поиска лечения для них и сложностях, с которыми столкнулись ученые при разработке лекарств. — Anti-trypanosomatid drug discovery: progress and challenges.
  • p53 в качестве мишени. Мутации в гене-супрессоре опухоли TP53 очень часты при раке, и попытки восстановить функциональность белка p53 в качестве терапевтической стратегии начались уже несколько десятилетий назад. Тем не менее, очень немногие из этих программ разработки лекарственных средств дошли до поздних стадий клинических испытаний, и до сих пор ни одно лекарство на основе p53 не было одобрено ни в США, ни в Европе, ни где-либо еще. Вероятно, это связано с тем, что р53 как транскрипционный фактор не обладает типичными свойствами мишени для лекарственных средств и поэтому долгое время считался не поддающимся корректировке. Тем не менее, в последние годы появилось несколько многообещающих подходов к терапии на основе p53. Небольшие молекулы, которые могут либо защищать р53 от его негативных регуляторов, либо восстанавливать функциональность мутантных белков р53, вызывают все больший интерес, и появляются лекарства, адаптированные к конкретным типам мутантных форм р53. Параллельно возобновился интерес к стратегиям генной терапии и подходам иммунотерапии на основе p53. Однако предстоит решить еще много проблем. О современных перспективах в области терапии рака с помощью р53 вы узнаете из обзора. — Drugging p53 in cancer: one protein, many targets, «Биомолекула»: «Соревнуясь с раком».

Психология, социум

  • Условия жизни, здоровье человека. Условия, в которых люди родились и выросли, где и как живут, работают — все они могут влиять на здоровье человека. В данном обзоре подробно обсуждается их влияние относительно развития рассеянного склероза. Авторы поднимают вопрос репрезентативности выборок, на которых проводились исследования в различных научных статьях, методов и, соответственно, результатов. — Social determinants of health in multiple sclerosis, «Биомолекула»: «Рассеянный склероз: иммунная система против мозга».
  • Одиночество, здоровье человека. Люди чувствуют себя одинокими, когда их социальные потребности не удовлетворяются в количестве и качестве, а это может привести к долгосрочным проблемам со здоровьем, среди которых — сердечно-сосудистые заболевания и в целом снижение продолжительности жизни. Считается, что больше всего одиночество распространено среди людей со слабым здоровьем (чаще это пожилые люди) и людей с низким социоэкономическим статусом. Хотя, судя по некоторым метаанализам, все не так просто и не всегда подтверждается. Авторы обзора рассмотрели глобальные факторы, влияющие на ощущение одиночества: ценности и нормы, семья и общество, технологии, условия жизни. А также обобщили эмпирические данные о различиях в распространенности одиночества и рассмотрели причины, которые могут объяснять эти различия. — Loneliness across time and space.

Неврология

  • Эпилепсия. От эпилепсии страдают около 65 миллионов человек во всем мире. Нешуточные цифры! Варианты лечения первой линии включают более 20 противосудорожных препаратов, но примерно у одной трети пациентов так и не удается достичь контроля над приступами. Противосудорожные препараты действуют в первую очередь на нейроны и могут обеспечивать симптоматический контроль приступов, но не влияют на начало и прогрессирование эпилепсии, а кроме того, могут вызывать серьезные побочные эффекты. Поэтому необходимы новые препараты для новых мишеней. И здесь в «прицел» попадают астроциты. В обзоре обсуждается, как нарушение регуляции ключевых функций астроцитов — глиотрансмиссии, клеточного метаболизма и иммунной функции, — способствует развитию и прогрессированию повышенной возбудимости нейронов при эпилепсии. Авторы рассматривают стратегии по смягчению дисфункции астроцитов и предоставляют обзор способов отслеживания состояния активации астроцитов in vivo, как для оценки их вклада в заболевание, так и для выявления маркеров патологических процессов и эффектов лечения. — Astrocytes in the initiation and progression of epilepsy, «Биомолекула»: «Эпилепсия, методы ее лечения и роль вальпроевой кислоты в терапии заболевания».
  • Миелинизация. Сейчас мало сомнений в том, что миелинизация играет критическую в «настройке» нейронных сетей. В обзоре представлен широкий спектр доказательств того, что миелинизация необходима для адаптации и обучения мозга, и обсуждаются нарушения миелинизации в контексте неврологических заболеваний. Причины могут лежать как в недостаточной пластичности самого миелина, так и в неадекватной миелинизации. По крайней мере, взаимодействе между нейронами и олигодендроцитами, производящими миелин в центральной нервной системе, может стать мишенью для терапевтического вмешательства. — Adaptive and maladaptive myelination in health and disease, «Биомолекула»: «Как толщина миелина и эпигенетика помогают устойчивости к стрессу».
  • Клеточная терапия. Как показывает множество данных, клеточная терапия может быть очень даже эффективной, но не очень понятно, как она работает. Авторы обзора считают, что многие из механизмов, считавшихся наиболее вероятными (например, трансдифференцировка и замена поврежденной ткани в ЦНС) являются маловероятными. Вместо этого они предлагают альтернативную модель, которую называют «биореакторной гипотезой». В соответствии с этой гипотезой, экзогенные клетки мигрируют в периферические органы и модулируют или же перепрограммируют иммунные клетки хозяина для создания противовоспалительной и регенеративной среды. Приводимые результаты клинических испытаний демонстрируют роль иммуномодуляции в эффектах клеточной терапии. Что ж, все это, как минимум, любопытно. — Cell-based therapies for neurological disorders — the bioreactor hypothesis, «Биомолекула»: «Генномодифицированные клетки борются со страшной болезнью».

Нейронаука и нейробиология

  • Полярность нейронов. Не секрет, что структура коры головного мозга сложна и элегантна, клетки там уложены не абы как. Как оказалось, ориентация клеток, обуславливающая архитектуру коры, закладывается еще у клеток-предшественников. Использование первичных нейрональных культур и модельных систем, полученных из человеческих стволовых клеток (таких как кортикальные органоиды), дало представление об этих процессах, показав, что полярность клеток-предшественников контролируется адгезией клеточной мембраны в соответствующих кортикальных нишах и, в свою очередь, регулируется белками цитоскелета, сигнальными молекулами и рецепторами, а также клеточными органеллами. Исследованиям, изучающим, как устанавливается и поддерживается полярность кортикальных стволовых клеток и их значению для понимания особенностей развития человеческого мозга и неврологических заболеваний, посвящен обзор. — How mechanisms of stem cell polarity shape the human cerebral cortex.
  • Эволюция нервной системы. Как известно, Дарвин и Уоллес разошлись во взглядах на роль эволюции в появлении мозга. Тема и правда непростая. Даже через полтора века и спустя несколько революций в биологии можно констатировать, что наше представление об эволюции нейронных сетей сильно отстает от понимания того, как они функционируют. Однако недавние достижения в коннектомике и транскриптомике позволяют объединить знания из нейронауки и эволюционной биологии, ускоряя наше понимание принципов эволюции нейронных цепей. Авторы обзора обобщают последние достижения в этой области, сосредоточив внимание на трех аспектах нейронных цепей, которые претерпели наибольшие эволюционные изменения: синаптической связи, нейромодуляции и самих нейронах. Приводя обширные сравнительные данные, авторы раскрывают новые принципы эволюции нейронных цепей. — Evolution of central neural circuits: state of the art and perspectives, «Биомолекула»: «Молекулярная эволюция мозга — от обезьяны до человека».
  • Синапсы. Молекулярный состав пресинаптических и постсинаптических окончаний в нейронах динамичен, но для развития долговременной потенциации требуется стабилизация синапса. Как разрешить это противоречие, тем более когда процессы памяти и обучения постоянно меняют синапсы? К счастью, достижения в отслеживании одиночных частиц означают, что теперь появилась возможность количественно определять численность и диффузионные свойства конкретных синаптических молекул, а статистическая термодинамика обеспечивает основу для анализа этих молекулярных флуктуаций. О том, как использование этих подходов для количественного описания динамики постсинаптических рецепторов может помочь нам понять баланс между стабильностью и молекулярной пластичностью синапса, рассказывается в обзоре. — Quantifying postsynaptic receptor dynamics: insights into synaptic function.
  • Пространственные схемы. В когнитивистике под схемой подразумевается структурированный массив предшествующих знаний, который фиксирует общие закономерности в связанном опыте. Схемы отдельно изучались в контексте эпизодической памяти и пространственной навигации у разных видов и основывались на теориях консолидации памяти, но попыток интегрировать знания из разных областей, особенно применительно к людям, было мало. Авторы обзора предполагают, что опыт во время навигации в одинаково организованных средах приводит к формированию пространственных схем (например, усредненная планировка современного города), которые имеют общие свойства с когнитивными картами, но отличаются от них (память о современном городе) и от схем событий (то, что вас в этом городе ждет). Причем эти отличия могут быть как на когнитивном, так и на нейронном уровнях. Авторы считают, что рассмотрение архитектуры и городской аналитики, включая влияние масштаба и регионализации на различные свойства пространственных схем, может обеспечить мощный подход для улучшения нашего понимания пространственных схем у человека. — From cognitive maps to spatial schemas.
  • Синаптическая пластичность. Дональд Олдинг Хебб, великий визионер от нейронауки, постулировал в 1949 году, что для хранения информации в мозге необходима совокупность возбуждающих нейронов, связанных вместе посредством ассоциативной долговременной синаптической пластичности. Это предположение блестяще подтвердилось годы спустя. Но тут возникает вопрос: а какую роль выполняют тормозные интернейроны? Действительно, некоторые утверждают, что тормозные интернейроны не пластичны в принципе. Тем не менее, многочисленные недавние исследования показали, что, подобно возбуждающим нейронам, тормозные интернейроны также подвержены долговременной пластичности. Авторы обзора рассматривают пластичность интернейронов во всей полноте и вводят новое определение — «пластиситом» — аналог геному или коннектому, только в сфере синаптической пластичности. — The plasticitome of cortical interneurons, «Биомолекула»: «Мозг, общение нейронов и энергетическая эффективность».
  • одегенеративное заболевание центральной нервной системы. Есть исследования, подтверждающие начало развития патологии у людей, ранее инфицированных вирусом Эпштейна-Барр. Также известно о взаимосвязи между заражением и последующим возникновением рака как следствием аутоиммунной реакции организма. В обзоре представлены доказательства того, что вслед за заражением вирусом Эпштейна-Барр может следовать развитие рассеянного склероза. Ученые надеются использовать результаты многолетних исследований взаимосвязи заражения вирусом Эпштейна-Барр и онкологии для понимания роли вируса в начале развития рассеянного склероза, а также для поиска подхода к терапии. — Epstein–Barr virus and multiple sclerosis, «Биомолекула»: «Рассеянный склероз: иммунная система против мозга».
  • Дегенерация синапсов и болезнь Альцгеймера. Синаптические нарушения — характерная черта болезни Альцгеймера. Именно дегенерация синапсов является одним из факторов снижения когнитивных функций при патологии. Терапии, предотвращающей этот процесс, не существует. Бета-амилоиды — подходящие мишени для потенциального лекарства, которые на ранних стадиях исследований показали свою эффективность, однако до клинических испытаний еще не добрались. Сейчас многие клинические испытания нацелены на взаимодействие между иммунными реакциями и патологией нейронов при болезни Альцгеймера. Кроме перспектив в разработке терапии, нацеленной на синапсы, исследования по изучению их дегенерации способны помочь разработать биомаркеры для ранней диагностики болезни Альцгеймера. — Synaptic degeneration in Alzheimer disease, «Биомолекула»: «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера».
  • Астроциты и нейродегенеративные патологии. Большая часть внимания при исследованиях в области разработки терапии против нейродегенеративных заболеваний отводится нейронам. Однако появляются данные, подтверждающие весомый вклад в развитие патологии астроцитов — глиальных клеток мозга. Болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Гентингтона, боковой амиотрофический склероз, — каждая из этих болезней сопровождается поражением и дисфункцией астроцитов. В обзоре представлены данные о том, как меняются физиологические свойства астроцитов и каков вклад этих перемен в развитие нейродегенеративных патологий. Также авторы обзора представляют сведения об изменениях в транскримптоме и протеоме астроцитов по мере прогрессирования патологии. — Astrocyte contribution to dysfunction, risk and progression in neurodegenerative disorders.

Микробиология

  • Микробиом. Про человеческий микробиом в последнее время написано немало. Но важно понимать, что с возрастом наша микробиота тоже меняется. Связь эта устойчива и воспроизводима, по микробному составу на нескольких участках тела можно даже относительно точно предсказать возраст человека. Авторы обзора Microbiota succession throughout life from the cradle to the grave, как следует из названия, исследуют смену микробных сообществ здорового человека от рождения до смерти. Авторы, рассматривая смену микробиоты, даже применяю термин «сукцессия», который обычно употребляют в геоботанике для обозначения смены растительных сообществ. В обзоре рассматривается, как эти сукцессии различаются в зависимости от участка тела и домена микроорганизмов (бактерии, грибки или вирусы). Также уделено внимание экспериментальному инструментарию и будущим направлениям исследований. — Microbiota succession throughout life from the cradle to the grave, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».
  • Гигантские вирусы. Последние двадцать лет ознаменовались открытием гигантских вирусов, которые по размерам капсидов не уступают многим бактериям и имеют невероятно большие (по меркам вирусов) геномы, в которых закодированы многие признаки, присущие только клеточным организмам. Заражают гигантские вирусы амеб и других протистов, и ученым удалось узнать немало всего о вирусах-гигантах, выращивая их в культуре вместе с их простейшими-хозяевами. Много сведений дало тщательное секвенирование вирусных геномов и их анализ с помощью новых биоинформатических методов. Ученые из США и Франции обобщили все то, что мы знаем о гигантских вирусах сегодня, в новом обзоре. — Giant virus biology and diversity in the era of genome-resolved metagenomics, «Биомолекула»: «Гиганты вирусного мира», «Гигантские вирусы: 4-й домен жизни?».
  • Фаги и бактерии. Наш кишечник густо заселен не только бактериями: своим домом его также могло бы считать неисчислимое множество фагов. Бактерии, конечно, пытаются противодействовать фагам и изобретают разнообразные приспособления, позволяющие им избегать фаговой инфекции, однако лишь единицам удается стать полностью неуязвимыми для фаговых атак. В кишечнике же сообщества микроорганизмов и вирусов очень сложны, и отношения бактерий и фагов не ограничиваются только отношениями нападения и защиты. Некоторые взаимодействия бактерий и фагов в кишечнике даже становятся мутуалистическими! Ученые из Университетского колледжа Корк, Ирландия, описывают сложные отношения бактерий и фагов, проживающих в кишечнике человека. — Mutualistic interplay between bacteriophages and bacteria in the human gut, «Биомолекула»: «ГМ-фаги на страже нашего здоровья».
  • Палочка Коха. Бактерия Mycobacterium tuberculosis, она же палочка Коха, в особом представлении не нуждается. Часто в ходе инфекции между организмом человека и микобактерией устанавливается некое равновесие, при котором иммунная система контролирует персистирующую бактерию, но не уничтожает ее. Чтобы добиться такого привилегированного положения, микобактерия использует широкий арсенал средств, позволяющий контролировать иммунный ответ хозяина, например, с помощью специальных белков и липидов держать под контролем поведение макрофагов. Из нового обзора вы узнаете, каким образом микобактерия ускользает от иммунной системы, какие факторы вирулентности использует и что из этого может пригодиться в терапии и профилактике туберкулеза. — Immune evasion and provocation by Mycobacterium tuberculosis, «Биомолекула»: «Кох и все его палочки».
  • CRISPR/Cas. У самых известных систем CRISPR/Cas, которые нашли применение в редактировании геномов, мишенями являются двуцепочечные молекулы ДНК. Однако в природе существуют и системы CRISPR/Cas, действующие на РНК. Точнее, системы CRISPR/Cas III и VI типов направлены не на расщепление вирусной ДНК, а на уничтожение смысловых РНК, которые появляются в цитоплазме клетки в результате вторжения РНК-содержащих вирусов или транскрипции вирусных генов. Как эти системы ухитряются распознавать РНК вирусного происхождения и эффективно расщеплять их, не трогая клеточные РНК? Какие процессы запускает вирусная РНК в клетке? Голландские ученые подробно ответили на эти вопросы в новом обзоре. — RNA-targeting CRISPR–Cas systems, «Биомолекула»: «РНК, ножницы, геномы: объявлены лауреаты Нобелевской премии по химии 2020».
  • Влияние микробиома почвы на здоровье человека. Почва как резервуар патогенов, полезных микроорганизмов и общего микробного разнообразия оказывает влияние на здоровье всей экосистемы в целом и каждого ее члена в отдельности. В обзоре представлено более 40 характеристик почвенного микробиома, которые прямо или косвенно оказывают влияние на живые организмы, которые с ней взаимодействуют. — Soil microbiomes and one health.
  • Антибиотики, диабет и воспаление в желудочно-кишечном тракте. Активное использование антибиотиков привело к росту хронических воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта, эзофагита, диабета обоих типов. Изменение микробного состава кишечника запускает ряд потенциально пагубных для здоровья механизмов. Особенно ученые выделяют воздействие приема антибиотиков в раннем детстве на здоровье в долгосрочной перспективе. Также в настоящее время активно исследуются перспективы лечения пребиотиками, пробиотиками, синбиотиками и трансплантацией фекальной микробиоты в качестве терапии для восстановления микробиома. — Antibiotics in the pathogenesis of diabetes and inflammatory diseases of the gastrointestinal tract.
  • О взаимосвязи кишечного микробиома с патологией почек. У людей, страдающих от мочекаменной болезни, нарушен состав микробиома. В частности, снижено количество видов бактерий, которые производят бутират — короткоцепочечную жирную кислоту, отвечающую за целостность кишечного эпителия и всасывание оксалатов. Именно они чаще всего входят в состав камней, образующихся в почках. Одной из причин изменения микробиома, которое является фактором развития мочекаменной болезни, является прием антибиотиков. Моча также характеризуется своим особенным микробиомом, изменения в котором также связаны с началом развития мочекаменной болезни. — Mechanisms of the intestinal and urinary microbiome in kidney stone disease, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».

Молекулярная и клеточная биология

  • Фосфоинозитиды представляют собой сигнальные липиды, полученные из фосфатидилинозитола, повсеместно распространенного фосфолипида в цитоплазматической мембране эукариот. Первоначально фосфоинозитиды рассматривали только как передатчиков сигналов внутрь клетки, но за последнее десятилетие они получили признание в качестве ключевого связующего звена в мембранной динамике. В процессе эндоцитоза и экзоцитоза фосфоинозитиды направляют поток внутрь и наружу мембраны, поскольку везикулярный трафик напрямую связан с превращением фосфоинозитидов. Более того, недавние открытия о роли этих липидов в аутофагии и эндолизосомной системе бросают вызов устоявшимся представлениям на лизосомальную биологию. Кроме того, было обнаружено, что невезикулярный обмен липидов, ионов и метаболитов в местах контакта мембран между органеллами также зависит от фосфоинозитидов. Все современные сведения о функциях и значении фосфоинозитидов собраны в обзоре. — Phosphoinositides as membrane organizers, «Биомолекула»: «Липидный фундамент жизни».
  • Старение и регенерация. В большинстве взрослых органов имеются ниши, наполненные стволовыми клетками. О важности этих клеток вряд ли стоит говорить. Важно знать, что, когда мы стареем, снижается регенеративный потенциал и у стволовых клеток. В обзоре обсуждаются клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе старения регенеративных областей в различных тканях, а также потенциальные стратегии их омоложения. Авторы фокусируются в первую очередь на мозге, мышцах и клетках крови, но также приводят примеры из других тканей, таких как кожа и кишечник. Они описывают сложные взаимодействия между различными типами клеток в нишах и сравнивают различные вмешательства, которые могли бы «омолодить» старые регенеративные области. — Ageing and rejuvenation of tissue stem cells and their niches, «Биомолекула»: «Такие разные стволовые клетки».
  • Полиаденилирование. Как известно, у эукариот 3’-концы большинства мРНК несут длинные поли(А)-хвосты, которые навешиваются в ходе процедуры, называемой полиаденилированием. Присоединение поли(А)-хвоста начинается с определенной последовательности, известной как сигнал полиаденилирования. Иногда 3’-конец транскрипта содержит несколько сигналов полиаденилирования, и они могут давать начало разным мРНК, которые подверглись навешиванию поли(А)-хвостов по разным сайтам. В новом обзоре обсуждается, какие белковые факторы регулируют альтернативное полиаденилирование, как они связаны с сигнальными путями клетки и как альтернативное полиаденилирование может воздействовать на эти сигнальные пути и влиять на другие клеточные процессы. — Context-specific regulation and function of mRNA alternative polyadenylation.
  • Функционирование митохондрий необходимо для обеспечения клетки кислородом и протекания других метаболических процессов, и неудивительно, что оно регулируется на множестве уровней, начиная от активности ферментов и заканчивая экспрессией генов. К числу основных регуляторных компонентов, помогающих перестраивать митохондриальную энергетику в зависимости от условий окружающей среды, относят PGC1α и ассоциированные с ним транскрипционные факторы, сигнальный путь mTOR, TOM70-зависимый импорт белков в митохондрии, факторы перестройки митохондриальных крист и другие. Американские исследователи подробно рассматривают механизмы адаптации митохондриальной респираторной активности к условиям окружающей среды. — Mechanisms of mitochondrial respiratory adaptation, «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий».
  • Актиновые микрофиламенты. Динамические удлинения и укорачивания актиновых филаментов — основа клеточного цитоскелета. Без актина невозможны перемещение клеток, движения органелл внутри клеток, эндоцитоз, фагоцитоз и многие другие процессы. Нарушения в динамике актинового цитоскелета ассоциированы со множеством патологий и заболеваний. Исследования, проведенные в последние годы, значительно расширили наши представления о том, как контролируется сборка и разборка актиновых филаментов. Оказалось, что в этом процессе задействованы не только различные сигнальные пути, но и механические факторы. А за подробностями — бегом в обзор! — Biochemical and mechanical regulation of actin dynamics.
  • Бивалентность хроматина. С точки зрения эпигенетики, развитие млекопитающих — крайне необычное состояние, ведь в клетках развивающегося зародыша млекопитающих активирующие и репрессивные модификации гистонов соседствуют на одних и тех же промоторах! Такие модификации хроматина называют бивалентными. Считается, что они уравновешивают активность важных регуляторных генов во время дифференцировки клеток. В новом обзоре детально рассмотрены молекулярные основы бивалентности хроматина и ее вклад в развитие млекопитающих. — Regulation, functions and transmission of bivalent chromatin during mammalian development.
  • Анеуплоидия. Человеческие яйцеклетки нередко содержат неправильное количество хромосом (то есть анеуплоидны), поэтому при их оплодотворении появляется также анеуплоидная зигота. По частоте анеуплоидии яйцеклетки превосходят сперматозоиды и большинство типов соматических клеток. Анеуплоидные яйцеклетки возникают в результате некорректного разделения хромосом при делении ооцитов, причем частота появления анеуплоидных яйцеклеток у женщин начинает расти с тридцати с небольшим лет и с возрастом увеличивается. В новом обзоре немецкие ученые рассматривают факторы, влияющие на риск появления анеуплоидных яйцеклеток, которые как не зависят от возраста, так и связаны с репродуктивным старением. — Aneuploidy in mammalian oocytes and the impact of maternal ageing, «Биомолекула»: «Ядерный матриархат, LLPS-революция и анеуплоидия».
  • Искривление мембран. Мембраны внутриклеточных органелл в действительности не гладкие и ровные, а содержат множество искривлений, за формирование которых отвечают динамические белковые комплексы. Ученые из Израиля и США детально описывают фундаментальные механизмы, которые используют эти белки для формирования искривлений. Для каждого механизма рассматриваются не только клеточные функции и физические основы, но и свойства, которыми должна обладать мембрана, чтобы ее можно было искривить с помощью этого механизма. Авторы предлагают рассматривать отдельные механизмы искривления мембран в рамках строго контролируемого пути создания искривлений, который имеет место при формировании белковых «оболочек» поверх мембран. — Generation of nanoscopic membrane curvature for membrane trafficking.

Генетика

  • Циркадные ритмы и сон являются фундаментальными биологическими процессами, неотделимыми от здоровья человека, и горе, когда они нарушаются. Тем не менее, многие молекулярные основы регуляции сна в норме и при болезнях остаются неуловимыми. Учитывая умеренную наследуемость циркадианных характеристик и характеристик сна, генетика предлагает активнее обращаться к помощи модельных организмов, которые не только дают возможность лучше понять фундаментальные основы физиологии циркадных ритмов и сна, но и проследить их связь с биологией хронических заболеваний. В обзоре рассматриваются недавние открытия в области генетики циркадных ритмов и физиологии сна, а также их нарушений. Авторы уделяют особое внимание тем из них, для которых показан вклад в патогенез сложных заболеваний. — Genetics of circadian rhythms and sleep in human health and disease, «Биомолекула»: «Снова о циркадных ритмах».
  • Связывание транскрипционных факторов и мотивов. Экспрессия разных профилей генов в клетках разных типов контролируется транскрипционными факторами, которые связываются со специфическими последовательностями (мотивами) ДНК, скрытыми в составе хроматина. Каким образом факторам транскрипции удается добраться до своих мотивов? Клетка может менять доступность своей ДНК для транскрипционных факторов с помощью эпигенетических меток, но дело не только в этом: оказывается, способности разных факторов транскрипции по успешному поиску своих мотивов могут различаться. До конца не понятно и то, как молекулярные свойства белка и хроматина могут влиять на связывание мотивов и транскрипцию генов-мишеней. В новом обзоре обобщаются наши знания о том, как транскрипционные факторы достигают своих мотивов внутри хроматина, и предлагаются новые подходы для восполнения пробелов в данной области. — Generating specificity in genome regulation through transcription factor sensitivity to chromatin, «Биомолекула»: «Ядро и эпигеном».
  • Внехромосомная ДНК. При многих видах рака в злокачественных клетках может появляться внехромосомная ДНК, и ее наличие свидетельствует о плохом прогнозе. Значительное влияние внехромосомной ДНК на биологию опухолевых клеток обусловлено многими причинами, такими как ее кольцевая форма, измененные хроматинизация и эпигенетический ландшафт, зачастую неравное распределение между дочерними клетками при делении, из-за чего количество внехромосомной ДНК в клетках значительно варьирует. Недавние исследования показали, что внехромосомная ДНК скапливается в особых ядерных тельцах («хабах») и может усиливать экспрессию генов как на хромосомах, так и в составе других молекул внехромосомной ДНК. В новом обзоре рассматриваются недавно описанные свойства внехромосомной ДНК, их влияние на онкогенез и возможность их использования в качестве мишеней противораковой терапии. — Extrachromosomal DNA amplifications in cancer, «Биомолекула»: «Знакомые незнакомцы: внехромосомные кольцевые ДНК».

Иммунология

  • Генные и клеточные технологии, основанные на использовании гемопоэтических стволовых клеток, обладают колоссальным потенциалом в области регенеративной медицины. Аутологичная трансплантация стволовых клеток показала себя весьма успешной в клинике. И, похоже, все только начинается, ведь основанные на CRISPR технологии редактирования генома и новые подходы к культивированию гемопоэтических стволовых клеток ex vivo расширяют сферу их применения. Но есть и сложности: генетически модифицированные гемопоэтические стволовые клетки, например, экспрессирующие неоантигены, будут вызывать иммунный ответ. Авторы нового обзора подробно рассказывают об иммунологических аспектах современных и будущих подходов терапии, основанных на гемопоэтических стволовых клетках. — Immunological barriers to haematopoietic stem cell gene therapy, «Биомолекула»: «Генная и клеточная терапии».
  • Рассеянный склероз. На сегодняшний день мы все еще не вполне понимаем причины и механизмы развития рассеянного склероза. Многие исследования осветили роль разных иммунных клеток на разных стадиях развития рассеянного склероза, а также описали их взаимодействие с клетками центральной нервной системы. В обзоре ученых из Великобритании, Дании и Германии рассмотрены недавние открытия, касающиеся иммунологической подоплеки рассеянного склероза. — The immunology of multiple sclerosis, «Биомолекула»: «Рассеянный склероз: иммунная система против мозга».
  • Адаптивный иммунитет и презентация антигена. Процессинг и последующая презентация антигенов — краеугольный камень адаптивного иммунитета. B-клетки не могут начать производить антитела с высоким сродством к антигену без участия T-хелперов. T-хелперы, в свою очередь, активируются при распознавании своими T-клеточными рецепторами фрагментов антигенов в составе комплекса с молекулами главного комплекса гистосовместимости II класса на поверхности антигенпрезентирующих клеток. Перед тем, как выставить на своей поверхности кусочки антигенов, антигенпрезентирующие клетки должны заглотить их и подвергнуть специальной обработке (процессингу). Молекулярные тонкости процессинга и презентации антигенов досконально описаны в новом обзоре. — A guide to antigen processing and presentation, «Биомолекула»: «Терапевтические антитела».
  • Микробиота и аутоиммунные заболевания. Факторы риска аутоиммунных заболеваний, которые все чаще встречаются в последние десятилетия, весьма разнообразны: от генетической предрасположенности и курения до факторов внешней среды. А еще пациенты, страдающие от разных аутоиммунных болезней, отличаются от здоровых людей по составу кишечной микробиоты. Более того, судя по всему, изменения в микробиоте сами по себе влияют на развитие аутоиммунного заболевания. Подробности связи микробиоты с аутоиммунными болезнями — в новом обзоре. — The impact of the gut microbiome on extra-intestinal autoimmune diseases, «Биомолекула»: «Аутоиммунные заболевания».
  • Тимусный стромальный лимфопоэтин — многофункциональный цитокин, который действует на разнообразные группы иммунных клеток. Лучше всего он известен как фактор, способствующий развитию иммунного ответа 2 типа, в частности, аллергий. Однако одним этим его функции не ограничиваются. В обзоре ученых из Японии и США обобщаются накопленные на данный момент сведения о биологии тимусного стромального лимфопоэтина и его роли в развитии различных заболеваний. — Role of thymic stromal lymphopoietin in allergy and beyond.
  • Регуляция IL-17. Кингстон Миллс из Тринити Колледжа (Ирландия) подробно рассматривает роль интерлейкина 17 (IL-17) и продуцирующих его клеток в различных патологических процессах. IL-17 секретируют разные группы T-клеток и клеток врожденного иммунитета, которые участвуют в иммунном ответе на патогены бактериальной и грибковой природы. Воспаление, развивающееся под действием IL-17, находится под контролем регуляторных T-клеток, и сбои в его регуляции могут приводить к патологиям иммунной системы, аутоиммунным процессам, а также воспалительным заболеваниям нервной и сердечно-сосудистой систем. Как можно воздействовать на эту могущественную молекулу? Ответы — в новом обзоре. — IL-17 and IL-17-producing cells in protection versus pathology.

Стресс, циркадные ритмы, физическая активность и лактация

  • Если стресс хронический — он успеет добраться и повлиять практически на все процессы в организме. Обзор посвящен полученным вновь подтверждениям негативного влияния стресса на организм. А если точнее, тому, как сказывается стресс на метаболизме и к каким дисфункциям в нем он приводит. Результаты исследований на грызунах показали рост риска ожирения, возникновения сахарного диабета и заболеваний печени в 1,1–1,4 раза. Стресс не обошел стороной и обмен липидов, а также добрался до процессов старения — теломеры при хроническом стрессе укорачиваются быстрее. Стоит вспомнить и иммунитет, который тоже страдает. Кроме того, подтверждено, что стресс в детском возрасте негативно сказывается на здоровье спустя многие годы. Куда не посмотри, а стресс вызывает сплошные неприятности, хотя это и не так. — The multiple roles of life stress in metabolic disorders.
  • Взаимосвязь циркадных ритмов и ожирения. Исследования воздействия качества и продолжительности сна на течение некоторых заболеваний не теряют своей актуальности. Все мы в той или иной степени то и дело экспериментируем над стойкостью собственных циркадных ритмов. А ведь это может привести к нарушениям метаболизма, увеличению веса, ожирению, и так по нарастающей. Недостаток сна приводит к превалированию потребления энергии над ее расходом. И чем сильнее мы ограничиваем себя во времени полноценного отдыха (сна), тем сильнее подстегиваем стремление к приему пищи. — The role of insufficient sleep and circadian misalignment in obesity, «Биомолекула»: «Снова о циркадных ритмах».
  • Физическая нагрузка и диабет I типа. При сахарном диабете I типа у пациентов развиваются незначительные нарушения работы скелетных мышц и сердечно-легочной системы, которые могут компенсироваться регулярными физическими упражнениями. При этом при нагрузках необходимо обязательно отслеживать уровень сахара в крови, потому что он может продолжить снижаться и через 12 часов после окончания нагрузки. Также при совершении физических упражнений рекомендуется непрерывный мониторинг уровня глюкозы при помощи автоматизированных систем доставки инсулина. — Exercise in adults with type 1 diabetes mellitus, «Биомолекула»: «Сахарный диабет I типа, или Охота на поджелудочную железу».
  • Что известно о лактации? Ее длительность и качество оказывают краткосрочный и долгосрочный эффект на здоровье младенца. Также лактация способна в определенной степени защитить женщину от возникновения рака молочной железы, яичников и сахарного диабета 2 типа. За весь процесс лактации отвечают гормоны — пролактин и окситоцин: они способствую развитию желез, подготовке их к секреции и стабильному производство молока в период кормления. Состав молока, входящие в его состав гормоны, пептиды и другие вещества и их влияние на микробиом ребенка, а также его развитие в целом — еще одна излюбленная тема для исследований. Отдельно стоит уделить внимание причинам, по которым некоторые женщины испытывают трудности при начале лактации и не могут сами выкормить ребенка. Это могут быть заболевания (ожирение, диабет 2 типа), гормональный дисбаланс, нарушения в работе гормональных рецепторов, а еще — воздействие окружающей среды и прием лекарственных средств. В обзоре представлены достижения в области молекулярной эндокринологии развития молочной железы и синтеза молока у человека. — Hormonal regulation of mammary gland development and lactation, «Биомолекула»: «Об адаптации, регуляции и прочих приключениях мозга во время материнства».

Технологии

  • Пространственная организация. Данные, получаемые методами пространственных омиксных технологий (для простоты понимания приведем англоязычный вариант — spatial omics methods), позволяют рассмотреть гетерогенность клеток ткани, а оттого — сложную структуру ткани, увидеть в ней изменения по мере развития организма или при возникновении заболевания. В обзоре рассматривается целый спектр таких технологий, особый упор делается на возможности изучения in situ, а также говорится о потенциальном использовании технологий в будущем. — The emerging landscape of spatial profiling technologies, «Биомолекула»: «„Омики“ — эпоха большой биологии».
  • Эпигеномика единичных клеток. Экспрессия генов в клетках регулируется, среди прочих, и цис-регуляторными элементами — промоторами и энхансерами. В обзоре рассказывается о достижениях методов эпигеномики единичных клеток, которые дают более мощное разрешение, чем анализ сразу множества клеток (так называемое bulk sequencing) в контексте цис-регуляции экспрессии генов. — Characterizing cis-regulatory elements using single-cell epigenomics.

Комментарии