Подписаться
Оглавление

SciNat за апрель 2018 #4: родословная митохондрий, тайны регенерации плоских червей и детальная карта раннего развития позвоночных

  • 363
  • 0,9
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Дайджест

Система CRISPR-Cas пригодилась для создания портативной высокочувствительной диагностики патогенов у пациентов — этому посвящено сразу несколько статей Science. На обложке же журнала на этой неделе красуется изображение капсида вируса Зика на песке — так авторы выразили идею использования нового диагностического инструмента в отдаленных районах планеты. Подробнее читайте в тексте. Изображение: Valerie Altounian/Science.

Новые выпуски Nature и Science полны прекрасных публикаций. Бактерии вновь помогли человеку посредством CRISPR-Cas, планарии поделились секретами своей знаменитой регенерации, а рыбы и лягушки посодействовали разработке детального описания ранних стадий развитий эмбриона аж на уровне активации генов. Не обошли редакторы и острые социальные топики: вы прочтете о новой волне антисемитизма и о том, почему фармкомпаниям больше не выгодно помогать детям с ВИЧ, полученным от матерей. Об этом и многом другом читайте в новом дайджесте!

Nature #556 (7702) + онлайны: борьба с ВИЧ у детей, родословная митохондрий и новые всплески антисемитизма

  • Нейробиология. Предотвратить повреждение организма и вовремя снабдить его едой — это одни из основных функций организма. Модели поведения для их реализации абсолютно разные. Что же делать, если требуется удовлетворить их одновременно? Как понять, какая из них главнее? Оказалось, что в мозгу есть особая популяция нейронов, которая занимается регуляций конкурирующих голода и боли. При острой сильной боли происходит глушение голода. Однако активность нейронов может возбуждать аппетит и уменьшать длительные болевые реакции — это и способствует поиску пищи.— Hunger is a gatekeeper of pain in the brain.
  • Нейробиология. Нейродегенерация. Иммунология. Какова роль иммунной системы в развитии деменции и нейродегенерации? В мышиной модели удалось показать, что при «выключении» гена воспаления Nlpr3 мыши, склонные к развитию болезни Альцгеймера, остаются здоровыми. Читайте в этой статье историю этого исследования и того, как отнеслись к его результатам сами авторы и их коллеги по научному сообществу. — Is ‘friendly fire’ in the brain provoking Alzheimer’s disease?, биомолекула: На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера.
  • Онкология. Каждая опухоль начинается с одной клетки. При разрастании новообразования клетки накапливают генетические и фенотипические различия. Для исследования внутриопухолевой диверсификации на геномном, эпигенетическом и функциональном уровнях из одиночных клеток колоректальных раков и соседних нормальных тканей исследователи вырастили трехмерные органоиды. Оказалось, что у опухолевых клеток скорость соматических мутаций значительно больше, чем у здоровых клеток этого органа. Более того, генетической диверсификации онкологии сопутствуют повсеместные, устойчивые и унаследованные различия в биологических состояниях отдельных раковых клеток. — Organoids reveal cancer dynamics, Intra-tumour diversification in colorectal cancer at the single-cell level.
  • Молекулярка. Комплекс LUBAC (linear ubiquitin chain assembly complex) необходим для обеспечения оптимальной активации гена и предотвращения гибели клеток при активации иммунных рецепторов, включая рецептор TNFR1. Этот комплекс состоит их трех компонентов: SHARPIN, HOIL-IL и HOIP. Нарушения SHARPIN или HOIP у взрослых мышей приводят к сильным воспалительным реакциям, а в эмбриональном состоянии — к летальному исходу. Это происходит из-за неправильной регуляции TNFR1 — опосредованной гибели клеток. У людей дефицит компонента HOIL-1 провоцирует развитие аутоиммунитета и воспалительных заболеваний, аналогичных дефициту HOIP. В новой статье показано, что HOIL-1 важен для работы комплекса убиквитин-лигазного комплекса LUBAC и у мышей. Он предотвращает аномальную гибель эндотелиальных клеток, опосредованную TNFR1, и связанные с RIPK1 дефекты гематопоэза. Тем самым и HOIL-1, и HOIP играют роль в предотвращении гибели плода в эмбриогенезе. — LUBAC is essential for embryogenesis by preventing cell death and enabling haematopoiesis.
  • Структурка. Альтернативный комплекс III (ACIII) — важнейшая часть дыхательной и фотосинтетической цепей переноса электронов многих бактерий. Как и комплекс III (другое название — комплекс bc1), ACIII катализирует окисление связанного с мембраной хинола и восстановление цитохрома c или эквивалентного ему переносчика электронов. Несмотря на схожесть ролей, структурно эти комплексы не похожи. Ученые установили структуру альтернативного комплекса III отдельно и как суперкомплекса с цитохромоксидазой aa3-типа. Они и описаны в этой статье. — Structure of the alternative complex III in a supercomplex with cytochrome oxidase.
  • Структурка. Молекулы гасдермины вовлечены в пироптоз, запрограммированную воспалительную гибель клеток, когда при действии каспаз и других ферментов в мембране клетки-мишени образуются поры. Ученые применили метод криоэлектронной микроскопии и показали структуру мембранно-порообразующего домена гасдермина GSDMA3 мыши. — Cryo-EM structure of the gasdermin A3 membrane pore.
  • Репликация генома. Структурка. При репликации генома теломераза добавляет теломерные повторы к концам хромосом и тем самым пытается противостоять сокращению теломер. Работу этого фермента связывают с процессами старения и многими заболеваниями, например, с раком. С помощью криоэлектронной микроскопии ученые показали структуру связанного с субстратом голоэнзима (апофермента вместе со своим кофактором) теломеразы человека. Эта публикация может помочь в изучении мутаций теломеразы и разработке клинической терапии — может, даже от старости?.. — Cryo-EM structure of substrate-bound human telomerase holoenzyme. биомолекула: «Нестареющая» Нобелевская премия: в 2009 году отмечены работы по теломерам и теломеразе.
  • Филогенез. Было накоплено немало филогенетической информации о том, что дальние предки митохондрий — это альфа-протеобактерии. Однако однозначно подтвердить их родословную через предполагаемых ближайших родственников не удалось. Новые генетические данные выдвигают новую простую гипотезу: митохондрии могли ответвиться раньше, чем все известные сегодня линии альфа-протеобактерий. — Deep mitochondrial origin outside the sampled alphaproteobacteria. биомолекула: Как появились митохондрии (рассказ, похожий на сказку).
  • Эволюция. Казалось бы, обычный посевной рис и есть рис. Однако все оказалось гораздо сложнее при генетическом анализе трех тысяч рисовых геномов, когда у них обнаружили десятки миллионов однонуклеотидных полиморфизмов, миллионы вставок-делеций (indels), десятки тысяч других структурных вариантов и более десяти тысяч новых генов, кодирующих полноразмерные белки. Ученые показали, что между субпопуляциями Oryza sativa L происходила интрогрессия, одна из форм естественной гибридизации, а также что современные субпопуляции этой злаковой культуры разнесены географически. Таким образом, по предположению исследователей, рис Oryza sativa L одомашнивали не один и не два раза — а множество раз. — Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice.
  • ВИЧ. Вирусология. Важнейшая стадия инфицирования ВИЧ-1 — это обратная транскрипция генома РНК в двухцепочечную ДНК. Она проходит при участии обратной транскриптазы. Ученые выяснили с помощью криоэлектронной микроскопии трехмерную структуру комплекса инициации обратной транскриптазы ВИЧ-1 и показали изменения конформации обратной транскриптазы. — Architecture of an HIV-1 reverse transcriptase initiation complex. биомолекула: Мода на ретро. Где встречается обратная транскрипция, и как она эволюционировала.
  • ВИЧ. Наука и политика. В мире более 2,1 миллиона детей до 15 лет заражены ВИЧ-инфекцией. Почти все получили ее от матери: во время рождения или при грудном вскармливании. Для улучшения выживаемости им необходима ранняя антиретровирусная терапия. Однако для фармацевтических компаний такое направление разработок больше экономически не привлекательно. В этой статье вы узнаете, какие шаги требуется предпринять для помощи этим детям и почему богатые страны только выиграют от этого. — A broader look at adolescents with perinatal HIV, биомолекула: Связанные одной лентой, СПИД: как ВИЧ разрушает нашу иммунную систему.
  • Экология. Водные обитатели вносят свою лепту в перемешивание вод океана и перемещение питательных веществ. Лабораторные эксперименты с рачками Artemia salina показали, какое влияние на физическую и биогеохимическую структуру океана может вкладывать суточная вертикальная миграция зоопланктона подобного размера. — Shrimp cause a stir, Vertically migrating swimmers generate aggregation-scale eddies in a stratified column. биомолекула: Улыбка без кота, или как кокколитофориды спасаются от вирусов.
  • Наука, политика и социум. Истории свойственно повторяться в даже тех вопросах, по которым, казалось бы, уже всё сказано. Nature опубликовал статью о том, что в некоторых учебных заведениях вновь замечен подъем антисемитских идей. Еще в 30-х годах ХХ века журнал боролся с такими настроениями в немецких кругах — и сейчас авторы пишут, что очень сожалеют и тревожатся, что эта тема оказалась поднята вновь. — Challenge anti-Semitism.

Science #360 (6387) + онлайны: новое применение CRISPR-Cas, пошаговое раннее развитие эмбрионов позвоночных и секреты регенерации планарий

  • Нейробиология. Память. За формирование памяти, по мнению ученых, отвечают особые энграмные клетки мозга и усиление синаптических связей между ними. Однако напрямую измерить этот процесс невероятно сложно. Ученые разработали новый метод «dual-eGRASP» (green fluorescent protein reconstitution across synaptic partners), который позволяет обнаружить синаптические связи между пирамидальными клетками зон СА3 и СА1 гиппокампа. На мышиной поведенческой модели этим способом удалось зарегистрировать изменение количества и размера дендритных шипиков на CA1 энграмных клетках, получающих информацию от CA3 клеток. — Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation. биомолекула: Технологии изучения клеточных механизмов памяти.
  • Диагностика. Вирусология. Онкология. Для контроля над инфекционными заболеваниями и для воплощения в жизнь здравоохранительных программ необходима быстрая и точная идентификация инфекционных заболеваний. Каков же идеальный диагностический тест? Он недорог, высокочувствителен и быстро сообщает результат. Кроме того, его можно использовать в удаленных от больших медицинских центров местах, ведь многие страшные вирусы с потенциалом заражения всего мира находятся в странах с не очень хорошо развитой медициной. Сразу несколько статей в журнале Science оказались посвящены разработкам подобного инструмента на основе нашумевшей системы CRISPR-Cas. Три группы ученых показали, что она может помочь в молекулярной диагностике таких патогенов как вирус Зика, вирус Денге и папилломавирус человека. Более того, ее можно использовать для обнаружения мутаций в циркулирующей внеклеточной ДНК у пациентов с раком легких. — CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity, Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13, Next-generation diagnostics with CRISPR, Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. биомолекула: SHERLOCK — молекулярный сыщик спешит на помощь!
  • Регенерация. Быть планарией, а не человеком, в чем-то очень выгодно: например, можно спокойно регенерировать себе важные части организма. Во время этого процесса существующие ткани меняются, и недифференцированные клетки и клетки-предшественницы волшебным образом преобразуются в специализированные клетки определенной локализации. Но как же это происходит, если откинуть магию? Исследователи изучали регенерацию глаза плоских червей и в процессе экспериментов выявили аспекты, которые управляют поведением клеток-предшественниц при регенерации. Так, в частности, важны клеточная самоорганизация и внутренние мишени для миграции клеток-предшественниц. Созданная на этом основании модель может помочь ученым в биоинженерии органов человека. — Self-organization and progenitor targeting generate stable patterns in planarian regeneration, Regenerating tissues. биомолекула: Руководство по «выращиванию» зубов, или биоинжениринг в стоматологии, Лаборатория молекулярных основ эмбриогенеза: от гена к признаку.
  • Эмбриология. Генетическая активность. Не только процессы регенерации вызывают изумление и восхищение ученых. Не менее интересно и то, как из одной-единственной клетки — оплодотворенной яйцеклетки — появляется всё многообразие клеточных типов и тканей. Несколько команд ученых подробнее изучили этот процесс и связанную с ним активность генов с помощью методов секвенирования одиночных клеток и компьютерных вычислительных технологий. Работы были сделаны на эмбрионах рыбок Danio rerio и лягушек Xenopus tropicalis, крайне популярных объектах исследования. В результате получились подробнейшие описания ранних стадий (до суток после оплодотворения) формирования эмбрионов — описаны буквально все активные гены во всех клетках. — Single-cell mapping of gene expression landscapes and lineage in the zebrafish embryo, Single-cell reconstruction of developmental trajectories during zebrafish embryogenesis, Chronicling embryos, cell by cell, gene by gene, The dynamics of gene expression in vertebrate embryogenesis at single-cell resolution. биомолекула: Секвенирование единичных клеток (версия — Metazoa), 12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот.
  • Онкология. Дискурс. Лечение рака, основанное на генетических особенностях опухоли пациента, — казалось бы, очень прогрессивная и даже модная методика. Некоторые онкологические центры уже предлагают ее своим клиентам с прогрессирующей формой болезни. Однако критики советуют снять розовые очки: методика-то правда хорошая, но пока не совершенная. Читайте подробнее о недавних дебатах по этому поводу на ежегодной встрече Американской ассоциации исследований рака в Чикаго. — Is genome-guided cancer treatment hyped?
  • Аутоиммунитет. Иммунология. При аномальной работе и гиперактивации иммунных клеток могут развиться аутоиммунные и воспалительные заболевания, например, псориаз или рассеянный склероз. Препарат диметилфумарат, используемый для лечения псориаза, был одобрен для терапии рассеянного склероза несколько лет назад, однако механизм его лекарственного действия не был ясен. Ученые сейчас показали, что диметилфумарат ингибирует GAPDH (глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу), важнейший фермент гликолиза. Тем самым он мешает развитию и работе воспалительных иммунных клеток. Информация о связях между метаболизмом и иммунитетом может помочь в разработке новых лекарств. — Dimethyl fumarate targets GAPDH and aerobic glycolysis to modulate immunity, Disrupting metabolism to treat autoimmunity. биомолекула: Псориаз (спецпроект), Рассеянный склероз: иммунная система против мозга.
  • Метод. Масс-спектрометрия — классический метод идентификации биомолекул в биологических образцах. За последнее время было предложено немало методик измерения массы отдельных молекул — однако они непригодны для маленьких молекул и не могут отследить сборку белковых комплексов в реальном времени. Исследователи решили использовать для определения и измерения массы отдельных биомолекул рассеяние света. Интерферометрическая рассеивающая масс-спектрометрия позволяет проводить обнаружить белки размером меньше 20 кДа и проводить прямые изменения белковых комплексов или неправильно сложенных молекулярных агрегатов. — Quantitative mass imaging of single biological macromolecules, Weighing one protein with light. Загляните за методами и на биомолекулу: 12 биологических методов в картинках, а конкретнее по масс-спектрометрии — 12 методов в картинках: протеомика.
  • Экология. Ресайклинг. Победоносное шествие первого синтетического полимера по планете началось в 1907 году — и сейчас без них невозможно представить мир. Они дешевы, выносливы, долговечны, безопасны и технологичны. Однако сегодня производство пластика настолько огромно, а его утилизация насколько плоха, что к 2050 году этих полимеров в морях будет больше, чем рыбы. Это статья посвящена ресайклингу и одному из методов решения этой проблемы — синтезу пластика с особенными свойствами. — A synthetic polymer system with repeatable chemical recyclability, Plastics recycling with a difference. биомолекула: А ты такой холодный, как... пластик в океане, Пластик на завтрак, «Пластик, сэр!», или Бактериальная диета в стиле хай-тек.

Комментарии