Оглавление

SciNat за апрель 2018 #3: фильмы о живой клетке в 3D, клеточный атлас для бессмертного червя и летальный азиатский вирус

  • 284
  • 0,7
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Клетки живого организма в 3D! Новая методика позволяет изучать и визуализировать в высоком разрешении динамические процессы в многоклеточных образцах, в которых присутствуют регуляторные факторы окружающей среды. Иллюстрация этого на обложке свежего Science — трехмерное изображение клеток развивающегося глаза рыбок Danio rerio. Картинка: Betzig Lab, Janelia Research Campus/HHMI; Kirchhausen and Megason Labs, Harvard Medical School.

Новые выпуски мировых научных журналов порадовали обилием методик — особенно выделяется, конечно, 3D визуализация живых клеток. Кроме того, ученым удалось составить полный клеточный атлас целого животного со всеми клеточными линиями! А также вы узнаете, как глобальное потепление добралось до разнообразия Большого Барьерного рифа, почему стоит опасаться клещей в Азии и чего требуют испанские научные организации от правительства. Вишенкой на торте станет история психоактивных веществ и того, как они cформировали человеческие сообщества.

Nature #556 (7701) + онлайны: летальная клещевая инфекция в Азии, влияние глобального потепления на Большой Барьерный риф и испанская петиция за возврат финансирования науки

  • Нейробиология. Структурка. Рецепторы к нейропептиду Y (NPY) играют невероятно важную роль в регуляции потребления пищи, тревожности и развития рака. Эта рецепторная система крайне сложна: в нее входят три пептидных лиганда (NPY, пептид YY и панкреатический полипептид) и — для большинства млекопитающих — четыре рецептора (Y1, Y2, Y4 и Y5) с различным сродством и селективностью. Кристаллическая структура рецептора Y1R в комплексе с двумя различными антагонистами, применение ядерного магнитного резонанса ЯМР, изучение докинга и мутагенеза помогли ученым сделать модель связывания рецептора с лигандом. Эти исследования могут посодействовать созданию лекарства, нацеленного на рецепторы NPY. — Structural basis of ligand binding modes at the neuropeptide Y Y1 receptor.
  • Эндокринология. Нейробиология. Лептин — это гормон белой жировой ткани. Он информирует мозг о наличии запасов «топлива» в организме, подавляет аппетит после еды, стимулирует расход энергии и поддерживает постоянство уровня глюкозы в крови. Нарушения регуляции лептина или его рецепторов (LEPR) приводят к тяжелому ожирению и диабету. Раньше считалось, что для восприятия этого гормона наиболее важны гипоталамические AGRP-нейроны (AGouti-Related Peptide (AGRP) neurons) и POMC — нейроны (pro-opiomelanocortin (POMC) neurons). Однако сейчас ученые показали, что для первичного действия лептина на энергетический баланс и гомеостаз глюкозы необходимы только AGRP-нейроны. — Genetic identification of leptin neural circuits in energy and glucose homeostases.
  • Структурка. Ионотропный NMDA (N-methyl-D-aspartate) рецептор крайне важен для работы нервной системы, в частности для нейтронной пластичности. Он опосредует связывание глутамата и глицина. Ученым удалось с помощью рентгеновского излучения получить изображение высокого качества и динамическое моделирование связывания рецептора с лигандом и того, как через его канал блокируется проникновением ионов. — Mechanism of NMDA receptor channel block by MK-801 and memantine.
  • Методика. Трансплантация. Трансплантация печени — крайне эффективный, но трудный в практике способ лечения. Донорских органов мало, а те, которые есть, затруднительно сохранить в должном виде: они плохо переносят традиционное холодное хранение. Надежного способа оценки работоспособности органа до проведения операции тоже нет. Ученые разработали новую систему сохранения печени — это нормотермическая перфузия. Она поддерживает печень в физиологически активном состоянии, помогает избежать охлаждения и позволяет тестировать орган. Несмотря на это, различий в выживаемости пациентов отмечено не было. — A randomized trial of normothermic preservation in liver transplantation.
  • Иммунология. Макрофаги при воспалении начинают вырабатывать большое количество итаконата — иммунорегуляторных молекул (подробнее про него можно прочитать в статье «Науки и жизни»). Итаконат и его производное диметилитаконат, который может проникать через мембраны, выполняют множество функций. Они избирательно ингибируют некоторые цитокины (например, IL-6 и IL-12, но не TNF), провоцируют электрофильный стресс и взаимодействуют с глутатионом. В результате индуцируются Nrf2-зависимые и Nrf2-независимые ответы, что приводит к АФ3-опосредованному ингибированию белка IκBζ, ассоциированного с воспалением. В числе соавторов статьи оказались и наши соотечественники. — Electrophilic properties of itaconate and derivatives regulate the IκBζ—ATF3 inflammatory axis.
  • Молекулярка. Генетика. Механизмы контроля качества мРНК, связанные с рибосомой, необходимы для обеспечения точности трансляции белков. Такой путь «спасения рибосомы» (ribosome rescue) хорошо изучили на дрожжах, но ранее о его роли у млекопитающих было известно мало. Теперь ученые выяснили, что утрата фактора Pelo из этой системы в подмножестве эпидермальных стволовых клеток мыши приводит к гиперпролиферации и изменению дифференцировки этих клеток. Так, ассоциированный с рибосомой механизм контроля крайне важен для гомеостаза тканей млекопитающих. — An evolutionarily conserved ribosome-rescue pathway maintains epidermal homeostasis.
  • Молекулярка. Генетика. Репликация. Белок SAMHD1 — это GTP-активированная неспецифическая dNTP-трифосфогидролаза, которая защищает клетки от вирусных инфекций. Мутации в нем связаны с развитием рака и синдрома Экарди-Гутьер, тяжелого врожденного воспалительного заболевания. Как нормальный фермент мешает этим болезням появиться, было неясно. Сейчас ученые выяснили, что SAMHD1 вовлечен в ответ на стресс при репликации. Он также предотвращает воспаление через активацию нуклеазы MRE11 — это ведет к деградации зарождающихся нитей ДНК на остановившейся репликационной вилке и в итоге помогает репликации. — SAMHD1 acts at stalled replication forks to prevent interferon induction.
  • Онкология. Эпителиально-мезенхимальный переход (ЕМТ) многое значит для раковой клетки: таким путем опухоль инвазирует и развиваются метастазы, так появляется резистентность к лечению. Ученые проверили новую модель того, как это же EMT происходит. Оказалось, что этот процесс состоит из нескольких промежуточных стадий, которые различаются метастатическим потенциалом, клеточными свойствами, экспрессией генов и состоянием хроматина.— Identification of the tumour transition states occurring during EMT.
  • Микробиология. Нам до сих пор не известен полный арсенал защиты бактерий от своих вирусов. Гонка на выживание потребовала от бактерий выработки сложнейших протективных систем, а у фагов в свою очередь — методов обхода этих систем. Nature ссылается на ранее опубликованную статью (мы писали об этом в дайджесте SciNat за январь 2018 # 4) и рассуждает об обнаружении девяти антивирусных систем, новых для исследователей. — A stockpile of antiviral defences. биомолекула: Противофаговая линия Мажино в клетках прокариот: новые открытия.
  • Эпидемиология. Вирусология. Клещевая инфекция, уже почти десять лет бродящая по Восточной Азии, заставляет врачей бить тревогу из-за количества потенциальных летальных исходов в этом году. Вирус SFTS, передающийся с укусом клеща, вызывает синдром сильной лихорадки с тромбоцитопенией (severe fever with thrombocytopenia syndrome — SFTS). В 2009 году, когда инфекция только появилась, от нее скончалась треть инфицированных в Китае. В 2013 году его жертвами стали более трети зараженных в Японии и почти половина в Южной Корее — и темпы заражения только нарастают. — East Asia braces for surge in deadly tick-borne virus.
  • Экология. Глобальное потепление. Глобальное потепление продолжает негативно влиять на мир. Согласно последним данным, запредельная жара навредила тихоокеанскому Большому Барьерному рифу гораздо сильнее, чем предполагалось. Теплая вода радикально изменила видовой состав трети из 3863 рифов, составляющих крупнейшую в мире коралловую систему. — Great Barrier Reef saw huge losses from 2016 heatwave, Global warming transforms coral reef assemblages.
  • Филогенез. Фельзенштейн применил в 1984 году метод «бутстреп-анализа» к эволюционным данным. Его работа заняла 41-е место в списке 100 самых цитируемых в мире научных публикаций. Сейчас ученые обновили этот метод в применении к филогенезу с поправкой на то, что требуется обрабатывать огромный массив данных. — Renewing Felsenstein’s phylogenetic bootstrap in the era of big data.
  • Наука и политика. Испанские ученые требуют у правительства обратить внимание на науку и наконец вернуть ей нормальное спонсорство. Ведущие испанские научные организации подали в национальный парламент в Мадриде петицию с призывом прекратить «постепенный отказ от науки в Испании». За восстановление прежнего уровня бюджета было поставлено почти 280 000 подписей. — Spain’s biggest-ever science petition decries ‘abandonment’ of research.

Science #360 (6386) + онлайны: фильмы о живой клетке в 3D, клеточный атлас для бессмертного червя и история наркотических веществ

  • Визуализация. Методика. Живая клетка — это динамически меняющаяся сложная мозаика, чувствительная к внешним воздействиям. Ее стоит изучать в естественной многоклеточной среде при минимальном освещении. Однако визуализировать клетку в таких условиях непросто. Получить трехмерное изображение высокого разрешения мешают многие факторы, в том числе аберрации, индуцированные образцами. Также на клетку оказывают воздействие вмешательства со стороны ученого — в попытках рассмотреть, что же происходит. Например, источники света современных флуоресцентных микроскопов очень сильны. Исследователи поставили себе целью изучить сложнейшие процессы in vivo, происходящие на более низких уровнях, чем клетка, и получить их объемные качественные изображения со скорректированной аберрацией. Для этого соединили неинвазивную решетчатую световую микроскопию с адаптивной оптикой, корректирующей искажения. Результат — на обложке журнала, а для интересующихся есть и видео. — Observing the cell in its native state: Imaging subcellular dynamics in multicellular organisms. биомолекула: 12 методов в картинках: микроскопия.

    Новые горизонты микроскопии

  • Нейробиология. Неокортекс — это шестислойная структура мозга, вовлеченная в исполнение высших нервных функций. Важной характеристикой неокортекса является радиальная (от более глубоких слоев к внешним) миграция возбуждающих нейронов. При этом многополярные нейроны становятся биполярными, то есть из всего множества отростков у них остается один дендрит и один аксон. Ученые выяснили на мышиной модели, что слой нейронов, встречающийся на пути миграции, через глутаматергические синапсы «инструктирует» незрелые многополярные нейроны изменить фенотип, направление и скорость движения. — Whispering neurons fuel cortical highways, Synaptic transmission from subplate neurons controls radial migration of neocortical neurons.
  • Нейродегенерация. Болезнь Паркинсона. Около 20 генов объясняют генетическую предрасположенность к болезни Паркинсона, которая присутствует в 5-10% случаев. Один из примеров — это аутосомно-рецессивный тип болезни Паркинсона с ранним началом (ARPD), связанный в основном с мутациями в гене Parkin (его называют еще PRKN или PARK2). Этот ген кодирует E3-убиквитин лигазу, которая играет важную роль в регуляции и продолжительности жизни митохондрий. В этой статье обсуждается роль процесса убиквитинирования, патологических мутаций в генах PINK1 и PRKN при ARPD типе болезни Паркинсона. — Parkin function in Parkinson’s disease. биомолекула: «Вездесущий убиквитин» возвращается, Болезнь Паркинсона: что изучать? как изучать?
  • Нейродегенерация. Новое лекарство. Болезнь Шарко-Мари-Тута 2A — редкое наследуемое нейродегенеративное заболевание, связанное с мутацией в гене MFN2, кодирующем митофузин 2. У страдающих им развивается сильная прогрессирующая мышечная слабость, нарушение движений и периферическая невропатия. Пока что болезнь неизлечима. Ученым удалось разработать класс MFN2-агонистов, которые восстанавливают митохондриальный синтез и активность седалищных нервов мышей. Остается надеяться, что препарат сможет помочь и людям. — MFN2 agonists reverse mitochondrial defects in preclinical models of Charcot-Marie-Tooth disease type 2A.
  • Расстройства аутистического спектра. Около четверти генетических вариантов, связанных с расстройствами аутистического спектра (ASD), обусловлены мутациями de novo. Ученые решили выяснить, ассоциированы ли с аутизмом некодирующие части генома. Для этого они проанализировали геномы членов примерно 2600 семей с как минимум одним ребенком, страдающим этим расстройством. Выяснилось, что дети с ASD унаследовали структурные варианты некодирующих частей именно от отца. — Paternally inherited cis-regulatory structural variants are associated with autism.
  • Онкология. H3K27M — глиомы (с мутациями лизин-27→метионин в гистоне H3) — агрессивный детский рак с ограниченным количеством методов лечения. Ученые с помощью секвенирования одиночных клеток показали, что на дифференцированные злокачественные клетки приходится лишь небольшая доля опухоли — в целом она состоит из клеток, напоминающих клетки-предшественницы олигодендроцитов. Также были определены отличия от других типов глиом и специфический маркер, который может пригодиться при разработке методов лечения. — Developmental and oncogenic programs in H3K27M gliomas dissected by single-cell RNA-seq. биомолекула: Секвенирование единичных клеток (версия — Metazoa).
  • Гематология. Как отмечается в статье, сравнение кровеносных сосудов здоровых и нездоровых прямо подпадают под описание Толстого счастливых и несчастных семей: представители первой категории (здоровые сосуды и счастливые семьи) в целом похожи между собой, а представители второй — совсем наоборот. Тем не менее, в этой публикации речь пойдет о том, что же все-таки патологические сосуды объединяет — нарушенный ремоделинг. Именно методы его восстановления могли бы помочь в очень большом количестве сосудистых заболеваний. — A unifying concept in vascular health and disease.
  • Генетика. Эволюция. Ученые изучали гибридизацию на трех естественно образовавшихся гибридных популяциях рыб — меченосцев. Им пришлось сделать генетическую карту и отследить родословную 690 особей. Во всех трех популяциях наследование от менее распространенных родительских видов чаще встречается в регионах с высокой рекомбинацией и там, где существует связь с меньшим количеством предполагаемых мишеней селекции. Кроме того, селекция гибридов рыб-меченосцев преимущественно является результатом вредоносных комбинаций эпистатически взаимодействующих аллелей. — Natural selection interacts with recombination to shape the evolution of hybrid genomes.
  • Генетика. Казалось бы, на вопрос «какое минимальное количество и каких генов нужно организму для поддержания роста» ответ прост: надо выделить самое основные гены и и посмотреть, как клетка работает только с ними, без всего многообразия менее существенных генов. Однако все не так просто, ведь гены еще и взаимодействуют между собой. Ученые провели тригенный анализ таких взаимодействий при росте дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Оказалось, что большинство генов с тригенными ассоциациями вовлечены в одни и те же биологические процессы. Кроме того, генетических взаимодействий высокого уровня очень много — и они могут влиять на развитие патологий. — If two deletions don’t stop growth, try three, Systematic analysis of complex genetic interactions.
  • Структурка. В эукариотических клетках рибосомы, синтезирующие секреторные белки, направляются в эндоплазматический ретикулум (ЭР) навешанной на них пометкой — рибонуклеопротеином SRP. Эта сигнальная последовательность связывается со своим рецептором на мембране ЭР и перекидывает молекулу к протеин-проводящему каналу либо транслокону — белковому комплексу, обеспечивающему транспорт через мембрану. Исследователи сейчас пронаблюдали за таким рибосомальным комплексом с SRP и переносом им белка в транслокон и описали сложное многокомпонентное взаимодействие, происходящее при этом процессе. — Structure of a prehandover mammalian ribosomal SRP·SRP receptor targeting complex.
  • Методика. Наверняка вы знаете про бессмертие плоских червей Schmidtea mediterranea. Их плюрипотентные стволовые клетки постоянно дифференцируются в разные типы специализированных клеток. Это делает его интереснейшим объектом для изучения. Ученым сейчас удалось составить клеточный атлас и описание клеточных линий для целого животного Schmidtea mediterranea. Для этого они объединили множество методик, включая анализ экспрессии генов, вычислительные методы, которые предсказывают будущее состояние клетки по изменению транскрипции, и способы реконструкции клеточных линий. — Cell type atlas and lineage tree of a whole complex animal by single-cell transcriptomics, Cell type transcriptome atlas for the planarian Schmidtea mediterranea.
  • Наркотические вещества. История и наука. Применение веществ, изменяющих сознание, старо, как мир. И это отнюдь не метафора. Ученые считают, что употреблению алкоголя минимум 10 000 лет. Как показывает химический анализ древних черепков, другие психоактивные препараты тоже давно сопутствуют человеческому обществу — примерно 5000 лет. Читайте в этом обзоре, как и с чем экспериментировали наши далекие предшественники и как наркотики изменили общества Месопотамии, Анатолии, Египте и других стран Ближнего Востока. — Cannabis, opium use part of ancient Near Eastern cultures.

Комментарии