Партнер дайджеста — Университет «Сириус»

Университет «Сириус» — это качественно новый подход к образованию и научно-исследовательской деятельности. В нем нет привычных факультетов и кафедр, ядро университета составляют Научные центры по приоритетным для России направлениям, которые возглавляют ученые с мировым именем.

Биология хроматина

Каталог белковых доменов, регулирующих транскрипцию у человека

В клетках человека экспрессию генов контролируют более двух тысяч транскрипционных факторов и других белков. Контроль невозможен без функциональных доменов, которые активируют или подавляют транскрипцию. Систематическая оценка этого разнообразия до настоящего времени отсутствовала.

Исследователи из Стенфордского университета опубликовали такой каталог. Его получили с помощью клеток, экспрессирующих фьюжн-белок из доксициклин-индуцируемого ДНК-связывающего домена и небольшой аминокислотной последовательности одного из двух тысяч тестируемых белков. Репортерная конструкция находилась либо под минимально активным minCMV промотором для активаторов транскрипции, либо под постоянно активным pEF для белков-репрессоров. После добавки доксициклина можно было разделить клетки, где происходила активация или репрессия транскрипции.

Удалось узнать, что для функционирования доменов необходимо присутствие ароматических аминокислот и (или) лейцина. Большинство доменов-репрессоров содержит мотивы для связывания белка SUMO, а также дополнительных репрессирующих белков. А некоторые мотивы способны одновременно активировать и репрессировать экспрессию генов. — Large-scale mapping and mutagenesis of human transcriptional effector domains, «Биомолекула»: «Транскрипция в хроматине: как проходить сквозь стены».

Репликация ДНК невозможна без аккуратной организации хроматина

При репликации участки хроматина, содержащие ориджины, претерпевают глобальные изменения в упаковке. Комплекс распознавания ориджинов (ORC) связывается с ДНК, а нуклеосомы в ориджине удаляются с хроматина. Но как это происходит точно — неясно, а значит, нам не хватает достаточно большого количества информации о поведении хроматина при репликации. С помощью in vitro моделей ориджинов репликации удалось определить, что ORC управляет ремоделерами хроматина INO80, ISW1a, ISW2 и Chd1, во всяком случае, в дрожжевых клетках. Это приводит как к удалению нуклеосом, так и к поддержанию их позиций в участках хроматина, которые располагаются по бокам от ориджина. — Establishment and function of chromatin organization at replication origins, «Биомолекула»: «Катится, катится к ДНК гистон».

Активные регионы генома жидкие, но конденсированные

Организация хроматина регулируется как во времени, так и в пространстве. Это отражается на скорости инициации и репрессии транскрипции, а также в событиях, которые протекают в клетке. Однако то, как это устроено физически, остается непонятным. Структуры хроматина уже давно не просто «бусинки на нитке», а повод для комплексных биохимических исследований.

Японские исследователи пронализировали физическую организацию хроматина в реплицирующихся участках ДНК клеток человека. Они определили, что нуклеосомы образуют локально конденсированные домены, даже если эти участки хроматина активны. Тем не менее, эти участки ведут себя как жидкость, так как нуклеосомы двигаются относительно друг друга. Однако хроматин в целом ведет себя как более плотная структура: скорее напоминает слипшиеся макароны, чем электрический кабель. Присутствие таких конденсированных доменов, по-видимому, защищает хроматин от повреждения химическими и физическими факторами. — Condensed but liquid-like domain organization of active chromatin regions in living human cells, «Биомолекула»: «Путешествие внутрь клеточного ядра, или Системная биология хроматина».

Биология развития

У желтых сумасшедших муравьев сумасшедше интересные геномы

Желтые сумасшедшие муравьи получили свое название из-за характерных телодвижений, однако их геномы — сумасшедше необычны. С первого взгляда все в их геноме нормально: по два варианта различных аллелей. Но самцы муравьев обычно развиваются из неоплодотворенных яиц, а значит, являются гаплоидными. Как оказалось, копий генов действительно две, но они присутствуют в разных клетках. Самцы желтых сумасшедших муравьев — химеры. В части клеток находится R-геном, который происходит от матки. Он находится во всех яйцах. Если яйцо оплодотворено сперматозоидом с W-геномом, то присутствует два варианта развития событий. Либо пронуклеусы яйца и сперматозоида сливаются, и тогда образуется диплоидная самка-рабочая, либо остаются не слитыми, и тогда образуется химерный самец, где часть клеток будет носить R-геном, а часть — W-геном. Почему так — неясно, однако такой случай — первый, и, возможно, не последний, описанный учеными. — Obligate chimerism in male yellow crazy ants, «Биомолекула»: «Свинолюди, крысомыши и другие биотехнологические истории».

Бластоиды обезьян помогут нам понять себя

Получение ранних моделей развития человека — один из самых крупных прорывов в биологии развития за последние годы. Бластоиды — клеточные модели, полученные из плюрипотентных стволовых человека, позволили взглянуть на преимплантационные события без использования настоящих эмбрионов. Однако этические и другие ограничения не позволяют использовать эти эмбрионы для полноценных исследований, в частности, выращивать дольше 14 дней. Ученым из Китая удалось получить бластоиды из эмбриональных стволовых клеток макаки-крабоеда. Они были способны к дифференцировке и образованию желточного мешка, хориона, примитивной полоски in vitro. РНК-секвенирование одиночных клеток доказало развитие примордиальных половых клеток, а также клеток трех зародышевых листков, включая предшественников клеток крови и сосудов. Более того, бластоиды были способны к имплантации — их подсаживали суррогатным матерям, что приводило к увеличению уровня прогестерона и образования структур, характерных для ранней беременности. Беременность у суррогатных матерей не развивалась дальше, однако степень развития бластоидов уже превышала доступные для человека 14 дней. Таким образом, бластоиды обезьян могут использоваться для изучения раннего развития приматов, давая нам больше информации о развитии нашего вида в том числе. — Cynomolgus monkey embryo model captures gastrulation and early pregnancy, «Биомолекула»: «Была клетка простая, стала стволовая».

Вирусология

Разделение фаз собирает вирусные частицы

Попав в клетку, вирусы используют все возможные клеточные структуры и механизмы, подстраивая их под то, чтобы производить новые вирусные частицы. Помимо того, что вирусы используют уже готовые структуры, вирусы способны образовывать новые, например, молекулярные конденсаты. Их уже обнаруживали в инфицированных клетках, однако оставалось непонятным, что конкретно они делают. Как показали исследователи, белок 52К аденовируса человека, который не встречается в капсиде самого вируса, связывается с незрелыми вирусными частицами. Оказалось, что этот белок организует разделение фаз и координирует образование вирусных частиц — он участвует в связывании реплицированной ДНК вируса с заранее сформированным капсидом. По словам авторов, это открытие нужно не только для понимания процессов инфицирования, но и для разработки вирусных векторов и терапевтических подходов. — A viral biomolecular condensate coordinates assembly of progeny particles, «Биомолекула»: «Разделяй и властвуй: роль разделения фаз в жизни клетки».

Рынок в Ухане действительно связан с ранними стадиями пандемии COVID-19

В журнале Nature опубликована предварительная версия статьи, описывающей мониторинг SARS-CoV-2 на рынке Хуанань — именно от него ведут отсчет многие ранние случаи заболевания CОVID-19. С момента закрытия рынка (1 января 2020 года) были собраны около тысячи различных образцов из окружающей среды, а также 457 — от бродячих животных и животных, продававшихся на рынке. Вирус встречался в образцах из окружающей среды — удалось выделить три вирусных культуры. В образцах от животных вирус не был обнаружен, однако на рынке присутствовали потенциальные промежуточные хозяева SARS-CoV-2. Особый интерес из них представляют енотовидные собаки, потому что они восприимчивы к этому вирусу и могут передавать инфекцию другим собакам.

Эти данные, хоть и получены только сейчас, показывают, что рынок Хуанань действительно был местом распространения и передачи вируса на ранних этапах пандемии, однако как вирус попал на рынок, пока точно неизвестно. — Surveillance of SARS-CoV-2 at the Huanan Seafood Market, «Биомолекула»: «Хроника распространения SARS-CoV-2».

Онкология

Загрязнение воздуха способствует образованию опухолей легких. Но не напрямую

Загрязнение воздуха мелкими частицами уже давно связывают с развитием рака легких. Несмотря на это, сложно определить точный механизм канцерогенеза: мутагены могут присутствовать в воздухе и воздействовать на клетки напрямую, либо опосредовательно влиять на образование опухоли. Исследование, опубликованное в журнале Nature, говорит в пользу второго сценария. Используя эпидемиологические данные о встречаемости рака легких в регионах с высоким уровнем загрязнения воздуха, а также информацию о мутациях в клетках у таких пациентов, авторы предположили, что микрочастицы действуют как факторы, провоцирующие образования опухоли. Им удалось протестировать гипотезу, используя трехмерные культуры опухолей, которые обрабатывали такими частицами — опухоли развивались быстрее.

Таким образом, микрочастицы воздействуют на раковые клетки, снимая барьеры сдерживания опухоли, скорее всего, за счет воздействия на иммунные клетки. Это наблюдение очень важно для того, чтобы разработать методы профилактики раковых заболеваний, особенно для тех, кто живет в районах с неблагополучной экологической обстановкой. — Air pollution’s role in the promotion of lung cancer, «Биомолекула»: «Как развивалась иммунотерапия рака?».

Некодирующая РНК может быть онкогенной

Белок-кодирующие участки генома занимают всего 2% генома, но 85% от этого объема способны к транскрипции РНК полимеразой II. Таким образом, в клетках находится множество транскриптов, которые не связаны с образованием белка и их функция плохо изучена. Естественные антисенс-транскрипты образуются с противоположных цепей ДНК и частично или полностью совпадают с сенс-транскриптами генов. Один из способов их образования — участие криптических (скрытых) промоторов, которые могут встречаться в интронах генов.

В раковых клетках, где регуляция хроматина может быть нарушена, активация таких транскриптов может встречаться чаще.

Некодирующая РНК LRRK1-CAPT экспрессируется в клетках рака легкого и способствует их пролиферации. Ее экспрессия может быть связана как с мутационными процессами, так и с химиотерапией, воздействующей на эпигенетические процессы (например, ингибиторами гистондеацетилаз), которые используются для лечения некоторых опухолей. Это может повлиять на выбор терапии для людей с онкологическими заболеваниями. — The landscape of cryptic antisense transcription in human cancers reveals an oncogenic noncoding RNA in lung cancer, «Биомолекула»: «Медицина и эпигеном».