Nature #568 (7753) + онлайны: мозговой синтезатор, путешествующие липопротеины и бобтейл-кальмар

• Нейробиология, новые технологии. Люди, которые по каким-то причинам не могут говорить, обычно пользуются различными синтезаторами речи. Обычно в основе действия таких устройств лежит ввод текста разными способами — от печатания с помощью кнопок или рычажков, которые помогают выбирать буквы на клавиатуре, до выбора символов с помощью взгляда. (Подобный синтезатор речи был у Стивена Хокинга.) Однако ученые из Калифорнийского университета предлагают куда более продвинутый способ воспроизведения речи. Им удалось разработать нейронный имплант, который фиксируется в коре головного мозга, а затем преобразует кортикальную активность в речевую акустику. Пробные эксперименты с новым типом декодера показали, что на выходе получается звук — не очень четкий, но вполне понятный для сторонних «слушателей». — Speech synthesis from neural decoding of spoken sentences, Brain signals translated into speech using artificial intelligence, биомолекула: От слов к делу: как ген, ответственный за речь, изменил судьбу нашего вида.
• Структурка. Нервные болезни типа депрессий и тревожных расстройств лечат с использованием селективных ингибиторов обратного захвата серотонина. Они представляют собой небольшие молекулы, которые блокируют связывание субстрата и тем самым продлевают действие трансмиттера. В этом процессе важную роль играют транспортеры дофамина и норадреналина, а также серотониновый транспортер SERT, входящие в семейство натриевых трансмиттеров NSS (neurotransmitter sodium symporter family). В новой работе ученые из США разбирались со структурными механизмами транспорта NSS в комплексе с ибогаином — алкалоидом с психоактивными свойствами. Выяснилось, что ибогаин, попавший в сайт связывания NSS, запускает процесс открывания каналов снаружи внутрь за счет последовательных структурных перестроек транспортеров. — Serotonin transporter—ibogaine complexes illuminate mechanisms of inhibition and transport, биомолекула: Серотониновые сети, Дофаминовые болезни.
• Клеточные исследования. В кишечнике, как и во многих других органах, присутствуют стволовые клетки. Например, в криптах — углублениях слизистой оболочки кишечника — можно найти мультипотентные клетки (CBCs, crypt-base columnar cells). Впрочем, CBS утрачиваются кишечником после серьезных травм, например, после облучения. Однако даже после потери CBS кишечник не перестает восстанавливаться, так как в этом случае в дело вступают так называемые резервные, или покоящиеся клетки (RSC, reserve stem cells). Ранее ученые считали,что популяции мультипотентных и резервных клеток являются взаимоисключающими. Для того, чтобы разобраться во взаимоотношениях стволовых клеток кишечника, группа канадских ученых провела серию исследований с помощью одноклеточного РНК-секвенирования. В результате исследователи идентифицировали особый тип клеток, который назвали стволовыми клетками возрождения (revSC, revival stem cell). При стабильном гомеостазе и в отсутствие повреждений клетки типа revSC покоятся. Однако в случае повреждений (вызванных, например, облучением) эти клетки способствуют активации популяций СВСs, тем самым способствуя — кишечника. — Single-cell transcriptomes of the regenerating intestine reveal a revival stem cell, биомолекула: Желудок размером с горошину + человеческий кишечник, выращенный в мыши.
• Медицина, клеточный транспорт. Атеросклероз — это метаболическое расстройство, при котором на внутренней стенке сосудов формируются холестериновые бляшки. Это происходит потому, что липопротеины низкой плотности (ЛПНП) каким-то образом проникают через стенки кровеносных сосудов и захватываются макрофагами. Но вот как именно эти липопротеины проникают внутрь сосудов? Ученые из Техаса провели эксперименты на мышах и выяснили, что липопротеины переносятся с помощью посредника — рецептора SR-B1. Интересно, что такая активная модель переноса липопротеинов противоречит принятой в медицинском сообществе концепции, согласно которой ЛПНП пассивно входят внутрь сосудов через поврежденный эндотелий. — SR-B1 drives endothelial cell LDL transcytosis via DOCK4 to promote atherosclerosis, биомолекула: Не доверяйте рекламе, или Потенциальная связь метаболизма L-карнитина и развития атеросклероза.
• Молекулярка, рак. Характер распространения опухоли во многом определяется метаболическими путями клеток. Ученые, которые проанализировали более семи тысяч опухолей, выяснили важную роль фермента никотинат фосфорибозилтрансферазы — NAPRT. Этот фермент способен функционировать в здоровых тканях. В то же время NAPRT оказывает влияние на синтез другого фермента NAMPT, который ограничивает синтез NAD. Взаимная работа NAPRT и NAMPT обеспечивает выживаемость или гибель опухолевых клеток. — NAD metabolic dependency in cancer is shaped by gene amplification and enhancer remodelling.
• Генетические исследования. Не вызывает сомнений, что рост наследуется — достаточно посмотреть на родителей и их детей. Но вот какие именно генетические факторы определяют это наследование, всё еще до конца непонятно. Ученые проанализировали около 20 000 геномов людей с целью поиска однонуклеотидных изменений в генах. Такой выборочный анализ был основан на предположении, что факторы, которые отвечают за рост и индекс массы тела, находятся в редких вариантах плохо изученных (или еще не обнаруженных) генов. — Genetic study homes in on height’s heritability mystery.
• Молекулярка, CRISPR. Классическое модельное животное — дрозофила, которая перенесла огромное множество научных экспериментов. Но уже сейчас можно создавать «с нуля» новые модели исследований, которые раньше никогда не выращивались в лаборатории. И всё благодаря технологии CRISPR, которая позволяет достаточно быстро и бюджетно модифицировать геномы испытуемых. С помощью CRISPR ученым уже удалось провести эксперименты на таких экзотичных животных как способный к люминесценции гавайский бобтейл-кальмар (Euprymna scolopes) и карликовая каракатица (Sepia bandensis). — CRISPR gene-editing creates wave of exotic model organisms.

Science #364 (6438) + онлайны: «хорошие» адипоциты, клетки-победители и заплатка для сердечных ран

• Молекулярка, клеточная биология. Нормальный метаболизм во многом определяется жировой тканью. Установлено, что объем жировой ткани может увеличиваться двумя разными способами — за счет увеличения размеров отдельных адипоцитов или же благодаря повышению популяций жировых клеток. При этом первый процесс сбивает нормальный метаболизм, а второй, напротив, способствует гомеостазу. Поэтому в фокусе исследований находятся поиски этих самых популяций предшественников адипоцитов, стабилизирующих обмен веществ. Ученым из Филадельфии удалось обнаружить сразу три новых класса клеток-предшественников, которые реагируют на разные сигналы. — Identification of a mesenchymal progenitor cell hierarchy in adipose tissue, Fat cell progenitors get singled out, биомолекула: Полюби свои жировые клетки!
• Регенерация, клеточные технологии. Еще в 2006 году японские ученые сообщили о том, что им удалось перепрограммировать зрелые фибробласты на уровень недифференцированных стволовых клеток. После этого в научном мире начался шквал новых исследований, связанных с изучением индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Результат одного из таких исследований недавно афишировали ученые из Канады. В своей новой работе по изучению клеток кожи им удалось показать, что в клеточной популяции существует особая каста клеток-победителей. Такие клетки появляются во время эмбрионального развития из нервного гребня и затем мигрируют в другие ткани, включая кожу, мышцы и нервную систему. — Cell competition during reprogramming gives rise to dominant clones, Reprogramming favors the elite, биомолекула: В поисках клеток для ИПСК — шаг за шагом к медицине будущего.
• Структурка. Один из участников передачи синаптических сигналов — это АМРА-рецепторы, которые важны при процессе запоминания и обучения. АМРА представляют собой ионные каналы, активируемые глутаматом. Благодаря своей структуре, состоящей из четырех субъединиц, эти рецепторы отличаются большим разнообразием. Недавно ученым удалось установить структуру 10 различных комплексов рецепторов, выделенных из мозговой ткани крыс. Оказалось, что предпочтительными являются четыре сочетания субъединиц с линкером между трансмембранными и лигандсвязывающими доменами. — Architecture and subunit arrangement of native AMPA receptors elucidated by cryo-EM.
• Атмосфера, рельеф Земли. В новой статье Science международная группа ученых высказывает предположение о взаимосвязи между составом атмосферы и тектоническими движениями, которые происходили 57 млн лет назад. А конкретно — со столкновением литосферной плиты, которая в дальнейшем стала полуостровом Индостан, с азиатскими берегами. Ученые полагают, что именно после этого события в атмосфере увеличилось содержание кислорода. В расследовании такой большой степени давности помогли морские обитатели фораминиферы, раковины которых сохранили информацию об изотопном составе Земли прошлого. С помощью анализа состава раковин ученые определили соотношение изотопов азота ¹⁴N и ¹⁵N в древнем океане. Выяснилось, что резкое увеличение уровня кислорода 55-57 млн лет назад совпадает с единственным ныне известным глобальным событием — сдвигом литосферных плит. — Nitrogen isotope evidence for expanded ocean suboxia in the early Cenozoic.
• Структурка. При повышении кислотности среды клетка открывает ионные каналы, пропускающие хлориды, что может приводить к патологиям. Недавно ученым удалось установить молекулярный механизм этого процесса. Ключевым игроком стал белок РАС (proton-activated Cl⁻). Сверхэкспрессия гена, кодирующего этот белок, запускается в клетках в условиях ацидоза. А вот нокаут генов Рас блокирует открывание каналов, что снижает риск повреждения головного мозга после ишемического инсульта. — PAC, an evolutionarily conserved membrane protein, is a proton-activated chloride channel, биомолекула: Наука из первых рук: как гомеостаз хлора влияет на возникновение эпилепсии.
• Биомедицина, клеточные культуры. Для экспериментов, связанных с моделированием заболеваний in vitro, необходимы стабильные популяции клеток конкретной ткани. Однако это не всегда удается, например, в случае с изучением тканей печени — ведь гепатоциты вне организма быстро теряют свои функции и погибают. Но вот исследователям из Китая, кажется, удалось решить эту проблему. Команда ученых предлагает рецепт среды, содержащей всего пять химических веществ — 5C (five chemicals). Культивируемые в 5С среде гепатоциты сохраняют свои функции на том же уровне, что и свежеизолированные клетки. Более того, 5С-гепатоциты способны поддерживать полный жизненный цикл вирусов и воспроизводить модель инфекционного заболевания — например, гепатита В. — Long-term functional maintenance of primary human hepatocytes in vitro.
• Новые технологии, регенерация тканей. Группа американских ученых рассказывает, что им удалось создать чудо-пластырь, способный спасти человека от сердечного приступа. Принцип его работы заключается в том, что такая «заплатка» вживляется на место повреждения в сердце и заменяет собой погибшие клетки. А сам сердечный пластырь представляет собой кусочек сердечной мышцы, содержащей стволовые клетки и фибробласты. Опыты на мышах показали, что «заплатка» довольно успешно вживляется с тканью сердца и способна сокращаться вместе с ним. Сейчас ученые готовятся перейти к экспериментам на более крупных животных, чтобы проверить, насколько успешно сердце будет функционировать после имплантации. — Lab-grown tissue patch could fix ailing hearts, биомолекула: Как вылечить сердце? Достижения современной науки.