Клеточная биология

Новый способ контроля программируемой гибели клетки

Пирроптоз — один из видов программируемой гибели клеток, который вызывается воспалением и зависит от активности белка каспазы-1. За активацию каспазы-1 отвечают инфламмасомы, мультибелковые комплексы, состоящие из большого количества специфических рецепторов. Каспаза-1 активирует целую группу интерлейкинов, которые приводят к программируемой гибели клетки вследствие воспалительного процесса. Изучение изменений, вызванных воспалением, таких как набухание клеток, спровоцированное пироптозом, остается сложной задачей, поскольку белки, активирующие пироптоз, также стимулируют другие сигнальные пути. Nadjar и соавторы разработали новый оптогенетический метод, который позволяет активировать белковый домен ASC, который отвечает за переход каспазы-1 в активную форму. Авторы показали, что светочувствительная олигомеризация ASC приводит к активации инфламмасом в течение нескольких минут после стимуляции. Этот подход открывает возможности для биофизических исследований сложной природы внутриклеточных процессов и управления процессами программированной клеточной гибели. — Optogenetically controlled inflammasome activation demonstrates two phases of cell swelling during pyroptosis, «Биомолекула»: «Оптогенетика».

Нейробиология

МДМА (3,4-Метилендиоксиметамфетамин) является одним из наиболее широкоизвестных психоактивных препаратов, для которых показан просоциальный эффект. Из-за способностей МДМА усиливать сопереживание к окружающим, его относят к группе так называемых эмпатогенов. Несмотря на то, что дискуссия о балансе вреда и пользы использования подобных веществ в психиатрии и медицине продолжается, его способность влиять на социальное поведение дает возможность лучше понять механизмы возникновения эмпатии и разработать препараты, которые могут помочь людям, страдающим от таких заболеваний, как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Для того, чтобы изучить возможные механизмы действия МДМА, группа ученых из Стэнфордского и Калифорнийского университетов создала модель «социального переноса» у мышей, при которой животные испытывают боль и обезболивание при контакте с животным, испытывающим боль, вызванную воспалительным процессом и получавшим анальгетики. Им удалось показать, что МДМА усиливает эффекты как передачи боли, так и анальгезии при внутрибрюшинном введении. Аналогичный эффект был показан при доставке препарата непосредственно в прилежащее ядро, которое является частью мезолимбического пути и играет важнейшую роль в процессах, связанных с эмоциональным поведением и эмпатией. Кроме того, исследователям удалось с помощью оптогенетических методов усилить продукцию серотонина (5-НТ) в прилежащем ядре, что может быть доказательством того, что серотонинергическая система может играть в этой области важную роль в процессах, связанных с эмпатией. — MDMA enhances empathy-like behaviors in mice via 5-HT release in the nucleus accumbens, «Биомолекула»: «Новая жизнь психоделиков».

Скрытые свойства глии

Еще одна статья, которую мы добавили в рубрику «Нейробиология», вышла в Nature Neuroscience еще в феврале этого года, однако только сейчас на нее обратили внимание редакторы журнала Science. Группа исследователей изучала клетки глии и нашла у них новые физиологические функции, которые раскрылись при изучении механизмов восстановления мозга во время сна. Мозг тратит большие энергетические ресурсы во время бодрствования и накапливает значительное количество различных продуктов метаболизма. Одними из них являются жирные кислоты, которые играют важную роль в формировании клеточных мембран нейронов, но при этом в большом количестве могут быть токсичны для мозга. При стрессе или повреждении нейроны транспортируют жирные кислоты в глиальные клетки, где они временно сохраняются в виде липидных капель и затем окисляются в митохондриях. Авторам исследования удалось показать на мухах, что подобный транспорт является частью нормальной физиологии мозга и коррелирует с циклом сна и бодрствования. Депривация сна приводила к накоплению в клетках глии липидных капель и усилению окислительной активности митохондрий, тогда как поочередное «отключение» генов транспортеров жирных кислот GLaz и NLaz, а также Drp1, участвующего в митохондриальном биогенезе, предотвращало эти процессы. Кроме того, показано, что депривация сна подавляла процессы митофагии, т.е. «очистки» клеток от нефункциональных митохондрий. Интересно отметить, что GLaz и NLaz являются функциональными ортологами (имеют общее эволюционное происхождение) аполипопротеина E (ApoE) млекопитающих, мутации в котором являются факторами риска развития болезни Альцгеймера. Хроническое нарушение сна является фактором риска развития деменции и наблюдается у пациентов с болезнью Альцгеймера. При этом до сих пор остается неясным, являются ли нарушения сна причиной или следствием развития подобных нейродегенеративных заболеваний. Авторы исследования предполагают, что обнаруженный ими физиологический механизм детоксикации мозга во время сна пока что не может дать определенный ответ на этот вопрос, однако позволяет лучше понять механизмы и биологический смысл сна. — Glia are powerhouses for sleep.

Иммунология

Фактор некроза опухоли способен «перепрограмировать» метаболизм CD4+ T-лимфоцитов

После активации Т-клетки иммунной системы подвергаются перестройке метаболического аппарата для восполнения возросших энергетических потребностей. Некоторые заболевания, такие как ревматоидный артрит, сопровождаются нарушением регуляции выработки цитокинов Т-клетками. Bishopp и соавторы представили работу, опубликованную в Science Signalling, в которой постарались ответить на вопрос, способны ли Т-клетки усиливать свои метаболические процессы при воспалении. Исследователи показали, что фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α), который секретируется наивными CD4+ T-клетками, стимулирует экспрессию генов, связанных с клеточным метаболизмом, а также усиливает гликолиз, поглощение аминокислот, окисление глутамина в митохондриях, а также биогенез митохондрий. Как оказалось, TNF-α опосредует свое влияние на клеточный метаболизм через сигнальные пути ITK-киназы (Tyrosine-protein kinase ITK) и Akt-mTOR (Akt-киназа, она же протеинкиназа B, mTOR — mammalian target of rapamycin), который является ключевым в регуляции энергетического гомеостаза в клетке. Также показано, что TNF-α стимулирует дифференцировку наивных Т-клеток в Т-хелперы ТН1 и ТН17. CD4+ T-клетки, полученные от пациентов с ревматоидным артритом, показали повышенную продукцию TNF-α, а также активацию Akt-киназы. Эти клетки также демонстрировали увеличение массы митохондрий, особенно в тех субпопуляциях клеток, которые вовлечены в патогенез ревматоидного артрита. В совокупности эти результаты позволяют предположить, что TNF-α, полученный из Т-клеток, способен влиять на метаболизм клеток, способствуя передаче сигналов через ITK, Akt и mTOR, которые нарушаются при аутовоспалительных заболеваниях. — TNF-α signals through ITK-Akt-mTOR to drive CD4+ T cell metabolic reprogramming, which is dysregulated in rheumatoid arthritis, «Биомолекула»: «Ревматоидный артрит: изменить состав суставов».

Биомедицина

Большие возможности мини-органов

Органоиды — трехмерная система клеток человека, имитирующая ткань того или иного органа. Подобные системы в последние годы хорошо зарекомендовали себя как потенциальные мишени для испытаний лекарственных препаратов и моделирования различных заболеваний. В отличие от культуры клеток, органоиды способны имитировать микроокружение конкретных тканей. Преимуществом над исследованиями на животных является невозможность воспроизвести некоторые заболевания в организме грызунов, которые чаще всего используются в in vivo исследованиях. В журнале Nature на этой неделе вышло две работы, в которых исследователи использовали органоиды для изучения рака прямой кишки и неврологических заболеваний. В первой статье биоинженеры из швейцарского федерального технологического университета в Лозанне вырастили органоид прямой кишки, используя для этой цели стволовые клетки мыши. Далее они разработали клетки, несущие светочувствительный белок, который при активации стимулирует экспрессию генов, провоцирующих клеточное деление и рост опухоли. Подобная модель позволила наблюдать динамику развития опухоли в течение долгого времени. Во второй статье с помощью органоида мозга ученые моделировали синдром Тимоти, которым болеют всего несколько десятков человек в мире. Этот синдром связан с мутацией в гене CACNA1C, кодирующем кальциевый ионный канал. Однако подобная мутация не всегда вызывает одни и те же симптомы на моделях животных, поэтому корректной модели синдрома Тимоти на животных не существует. Исследователи использовали стволовые клетки нескольких людей, страдающих синдромом Тимоти, чтобы вырастить из них органоид нервной ткани. Далее исследователи использовали эту конструкцию, чтобы подобрать метод лечения заболевания. Таким образом, разработка органоидов становится многообещающим методом для современной биомедицины. — Mini-colon and brain 'organoids' shed light on cancer and other diseases.

Субакромиальная сумка плечевого сустава как новая терапевтическая мишень

Травма плеча является одним из распространенных нарушений опорно-двигательного аппарата. Операция на сухожилиях вращательной манжеты плеча часто включает удаление субакромиальной сумки. Долгое время считалось, что эта ткань не играет заметной роли в восстановлении поврежденных суставов. Однако работа Marshall и соавторов показала обратное. Оказалось, что субакромиальная сумка играет важную роль в заживлении вращательной манжеты плеча. Ученые собрали образцы ткани у нескольких пациентов, перенесших операцию, и проанализировали их протеомный профиль. Авторам удалось показать, что ткани сумки реагируют на повреждение сухожилья. Для того, чтобы более детально проанализировать молекулярные механизмы, лежащие в основе этого эффекта, исследователи разработали модель повреждения надостной мышцы крысы. Ткани субакромиальной сумки способствовали воспалительной реакции в поврежденном сухожилии крысы, инициируя экспрессию генов, связанных с заживлением ран, включая Cox2 (циклооксигеназа-2) и Il6 (интерлейкин-6). Чтобы оценить потенциал этой ткани как терапевтической мишени, в интактную сумку крыс после повреждения сухожилия доставляли полимерные микросферы, содержащие дексаметазон. Дексаметазон, высвобождаемый из сумки, снижал экспрессию Il1b (интерлейкин-1β) в поврежденном сухожилии надостной мышцы крыс, что позволяет предположить, что сумка может использоваться для доставки лекарств и уменьшения воспаления в заживающем сухожилии. Полученные результаты показывают, что субакромиальная сумка способствует заживлению подлежащих тканей плечевого сустава. Это позволяет предположить, что ее удаление во время операции на вращательной манжете плеча следует пересмотреть. — The subacromial bursa modulates tendon healing after rotator cuff injury in rats.

Эндокринология

Новые функции нейроэндокринных клеток

В дыхательных путях существует специальная группа клеток — нейроэндокринные клетки, которые способны воспринимать стимулы окружающей среды и передавать нервные импульсы по нервам. Однако их физиологическая регуляция и функция еще полностью не выяснены. В данной работе с помощью большого арсенала современных методов была проведена подробная характеристика этих клеток в дыхательных путях мыши. Авторы показали, что нейроэндокринные клетки защищают дыхательные пути, вызывая глотательное и кашлевое поведение в ответ на потенциально вредные стимулы. Эти данные представляют собой ценный ресурс и раскрывают важные защитные механизмы. — Neuroendocrine cells initiate protective upper airway reflexes.

Экология

Исследование эффективности программ по защите исчезающих видов животных

Сокращение видового разнообразия является одной из глобальных проблем и требует принятия мер по защите исчезающих видов и экосистем от деградации. Правительства многих стран тратят большие деньги на экологические проекты и охрану окружающей среды. Перспективы дальнейшей природоохранной деятельности зависят от оценки эффективности прилагаемых усилий. Группа ученых провела метаанализ данных из 186 исследований, чтобы определить, препятствуют ли они уменьшению биоразнообразия. По полученным данным, в двух третьих случаев усилия привели к улучшению прогноза или по крайней мере замедлили уменьшение биоразнообразия. При этом наиболее эффективными мерами оказались контроль инвазивных видов, сохранение или восстановление среды обитания, формирование охраняемых территорий и долгосрочное планирование природоохранных мероприятий. На сегодняшний день это является самым убедительным доказательством того, что природоохранные действия успешны, но требуют расширения уже принятых программ для достижения глобальных целей. — The positive impact of conservation action.