Nature #560 (7717) + онлайны: основа нарушений социального поведения, неуловимая вакцина против гриппа и миф об уменьшении количества лесов

• Нейробиология, аутизм. Одна из важнейших характеристик расстройств аутистического спектра — это нарушение просоциального поведения, то есть нацеленного на принесение пользы окружающим. Ученые на мышиной модели выяснили неизвестную ранее функцию серотонина (5-НТ). Так, при делеции в синтенической области мышиных 5-НТ-нейронов социальное поведение у животных нарушается. Высвобождение серотонина же в прилежащем ядре (nucleus accumbens) с помощью оптогенной стимуляции способствует повышению общительности у мышей дикого типа и улучшает социальность у мышей в модели аутизма. — 5-HT release in nucleus accumbens rescues social deficits in mouse autism model.
• Иммунология, вакцины. Универсальная вакцина против гриппа остается голубой мечтой ученых. Nature опубликовала большой обзор о том, как ученые идут к своей пока что ускользающей цели, какие механизмы иммунного ответа на грипп надо еще понять и какие исследования по этой теме сейчас ведутся. — The ghost of influenza past and the hunt for a universal vaccine.
• Онкология. Одна из моделей изучения рака — это пересадка части человеческой опухоли в мышь и различные манипуляции со злокачественными клетками уже в организме животного. Более того, на основании ответа такого ксенографта на терапию даже создают алгоритмы лечения для определенных пациентов. Однако у такого подхода есть и свои недостатки. Например, человеческие соединительные и сосудистые ткани в подобных опухолевых трансплантатах постепенно заменяются аналогичными мышиными клетками. Подробнее об ограничениях методики ксенографтов и о том, как с ними бороться, — в этом обзоре. — The mice with human tumours: Growing pains for a popular cancer model.
• Онкология. Различные раковые линии человека — перспективный материал для онкологических исследований. Известно, что выращиваемые в лаборатории клетки тоже эволюционируют, но конечная степень их генетической и транскрипционной гетерогенности мало известны. Сейчас ученые использовали геномный анализ 106 клеточных линий человека, выращенных в лабораториях. Они продемонстрировали, что у этих клеток наблюдается большое клональное разнообразие, что важно учитывать в проводимых онкологических исследованиях. — Genetic and transcriptional evolution alters cancer cell line drug response.
• Онкология. Один из способов избежать надзора иммунной системы для опухолевой клетки — это регуляция синтеза поверхностного белка PD-L1 (programmed death ligand 1). В норме он должен взаимодействовать с рецептором PD-1 (programmed death 1) на Т-лимфоцитах. Применение анти-PD-1-антител — это довольно перспективный способ противоопухолевой терапии даже при таком заболевании, как метастазирующая меланома. Однако ответ на это лечение обнаруживается у очень небольшого количества пациентов. В новом исследовании ученые показали, что клетки меланомы высвобождают циркулирующие экзосомы с PD-L1 на поверхности. Эту характеристику можно было бы использовать для отслеживания ответа пациента на терапию. — Exosomal PD-L1 contributes to immunosuppression and is associated with anti-PD-1 response.
• Молекулярка. Неотъемлемая часть полового размножения — это цикл плоидности, чередования гаплоидной и диплоидной фаз. Так, в мейозе, как мы все знаем, количество хромосом вдвое сокращается, а зиготы формируются двумя партнерами, а не тремя или четырьмя. Во время полового размножения аскомицета Schizosaccharomyces pombe гаплоидные клетки P и M сливаются с образованием диплоидной зиготы. Быстрое восстановление комплекса транскрипции Mi-Pi после слияния блокирует повторное оплодотворение и индуцирует мейоз. — Gamete fusion triggers bipartite transcription factor assembly to block re-fertilization.
• Метод. Количество РНК — это хорошая характеристика состояния отдельных клеток и динамики их транскриптома. Ученые показали, что можно определить скорость РНК (временнýю производную состояния экспрессии гена, согласно определению авторов) в единичных клетках путем различения сплайсированных и несплайсированных мРНК. Этот показатель может оказаться полезным при изучении развития клеток организмов и клеточной динамики, поскольку предсказывает состояние отдельной клетки в недалеком будущем. — RNA velocity of single cells.
• Редактирование генома. В этом выпуске Nature вышло несколько публикаций в нечастой рубрике Brief Communications Arising. Так, статья годовой давности — об исправлении мутации в человеческих эмбрионах с помощью CRISPR-Cas9 и характере репарации ДНК — стала поводом для дискуссий и новых исследований. Опубликованы отклики двух групп под руководством Эгли и Адикусумы, выражающих свое мнение по поводу трактовки результатов, и одна публикация — ответка от авторов первоначального текста с дополнительными данными. — Inter-homologue repair in fertilized human eggs?, Large deletions induced by Cas9 cleavage, Ma et al. reply. «Биомолекула»: «CRISPR-эпопея и ее герои».
• Микробиом. Уже неоднократно «Биомолекула» писала про важность микробиома кишечника и его связь с различными заболеваниями. Ранний постнатальный период — один из самых важных для формирования взрослой микрофлоры, налаживания взаимодействия хозяин—микроорганизм и становления иммунного гомеостаза. Сейчас выяснилось, что в кишечнике новорожденных мышей зависимая от возраста эпителиальная экспрессия рецептора TLR5, важного во врожденном иммунитете, лимитирует присутствие жгутиковых бактерий. Таким образом, состав полезной микробиоты у взрослого организма закладывается еще в раннем младенчестве. — Neonatal selection by Toll-like receptor 5 influences long-term gut microbiota composition. «Биомолекула»: «Эмеран Майер: „Второй мозг: Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем“. Рецензия», «Микробиом кишечника: мир внутри нас».
• Структурка. Митохондрии обладают удивительным свойством: у них есть специальное «оснащение» для синтеза белка, которое у млекопитающих используется только для синтеза мембранных протеинов, ответственных за окислительное фосфорилирование. Начало белкового синтеза в этих органеллах значительно отличается от бактериальных или цитозольных систем трансляции. Пока что мало было известно о подобной инициации трансляции. Сейчас с помощью криоэлектронной микроскопии ученые охарактеризовали комплекс инициации трансляции в митохондриях млекопитающих. — Unique features of mammalian mitochondrial translation initiation revealed by cryo-EM.
• Экология. Тема глобальных экологических изменений не покидает ведущие мировые журналы. Сейчас ученые по спутниковым данным измерили, как изменился ландшафт Земли и использование человеком в период с 1982 по 2016 годы. Оказалось, например, что площадь лесов вовсе не уменьшилась в масштабах планеты, а напротив, выросла на 7,1% относительно 1982 года: размер тропиков действительно уменьшился, но это было с лихвой компенсировано расширением других типов лесов. — Global land change from 1982 to 2016.

Science #361 (6402) + онлайны: защита от ожирения, апоптотические волны и борьба с опиоидной зависимостью

• Нейробиология. Не секрет, что передача сигнала в синапсах осуществляется посредством регулируемого выделения нейромедиаторов, упакованных в везикулы. Везикулы организованы в кластеры в нервных окончаниях у пресинаптической мембраны, но что их удерживает вместе — понятно не было. Ученые показали, что синапсин, один из важнейших белков перемещения синаптических везикул, структурирует вышеупомянутые кластеры через разделение границ фаз жидкость—жидкость — как масло в воде. — A liquid phase of synapsin and lipid vesicles, Phase changes in neurotransmission. «Биомолекула»: «В полном объеме: синаптические везикулы в трехмерной модели синапса».
• Молекулярка, липидный обмен. В процессе пищеварения жиры всасываются в тонком кишечнике в виде особых частиц — хиломикронов. Эти липопротеины поглощаются лимфатическими каналами (lacteals) внутри ворсинок выстилки тонкой кишки и транспортируются лимфатическими сосудами в кровяное русло. Ранее обнаружили специальные пуговицевидные контакты (button junctions) между эндотелиальными клетками лимфатических каналов. Сейчас ученые показали, что два эндотелиальных клеточных рецептора, нейропилин-1 (NRP1) и рецептор 1 фактора роста эндотелия сосудов (VEGFR1), необходимы для переведения этих каналов из открытого состояния в закрытое. Различные манипуляции с пуговицевидными контактами у мышей в опыте показали, что можно ограничить поглощение хиломикронов и сделать животных устойчивыми к ожирению при рационе, богатом жирами. — Tighter lymphatic junctions prevent obesity, Lacteal junction zippering protects against diet-induced obesity.
• Структурка. Путь сигналинга Hedgehog играет крайне важную роль в эмбриогенезе, а его слишком сильную активацию связывают с онкогенезом. Одни из его ключевых молекул — это мембранный рецептор Ptch1, который опосредованно ингибирует Smoothened, рецептор, сопряженный с G белком. Ингибирование снимается при связывании Ptch1 с белком Hh. Криоэлектронная микроскопия помогла описать человеческий Ptch1 отдельно и в комплексе с лигандом Hh. — Structural basis for the recognition of Sonic Hedgehog by human Patched1.
• Онкология. В онкологии важно понимать, в каких клетках изначально произошло злокачественное перерождение, — часто это помогает при назначении терапии. Исследователи изучили клетки здоровых и раковых почек человека и выявили, что развитие детского рака нефробластомы, или опухоли Вильмса, начинается из аберрантных клеток плода, а рак почек у взрослых часто зарождается из определенного подтипа клеток проксимального извитого канальца. — Single-cell transcriptomes from human kidneys reveal the cellular identity of renal tumors. «Биомолекула»: «Рак почки: чтобы вылечить, надо восстановить естественный иммунитет!»
• Апоптоз. Апоптоз, или запрограммированная клеточная гибель, невероятно важен для развития и тканевого гомеостаза. Его регуляция включает в себя несколько петель положительной обратной связи, что помогает распространению сигнала об апоптозе по цитоплазме на большие (в масштабах клетки) расстояния. Как показали ученые на бесклеточных экстрактах яйцеклеток Xenopus laevis и на интактных клетках, апоптотические триггерные волны распространяются со скоростью 30 мкм в минуту. — Apoptosis propagates through the cytoplasm as trigger waves.
• Структурка. В большинстве случаев аутосомно-доминантный поликистоз почек связан с мутациями в двух генах: pkd1 и pkd2. С помощью криоэлектронной микроскопии ученые установили структуру комплекса PKD1/PKD2 человека. Этот материал может помочь в изучении работы и патогенеза подобных белков. — Structure of the human PKD1/PKD2 complex.
• Метод. Штрихкоды уже давно можно найти не только в магазинах — используют их и в науке. Например, баркодирование ДНК (DNA barcoding) — один из методов молекулярной идентификации организмов. Можно создавать штрихкоды не только для таксономического определения, а, например, для отслеживания развития разных клеточных линий в организме. Недавно показали, что для этого можно использовать систему, включающую «наводящиеся» (homing) CRISPR. Сейчас ученые успешно применили метод баркодирования in vivo к развивающимся органам мыши. — Developmental barcoding of whole mouse via homing CRISPR.
• Наука и социология. Зависимость от опиоидов у большинства людей начинается с того, что им легально прописывает такие препараты врач, посчитавший, что преимущества терапии перевешивают ее риски. К сожалению, не всегда доктора задумываются о такой статистике и меняют свои привычки назначать то, что привыкли. Для борьбы с такой ситуацией можно посылать врачу официальные предписания осторожнее относиться к выписыванию лекарств, если их пациент умер от передозировки в течение 12 месяцев после получения рецепта на опиоидный препарат. В этой статье исследователи выяснили, что такое вмешательство приводит на практике к хорошим результатам: сокращаются общее потребление опиоидов, количество выписанных рецептов и вероятность того, что рецепт получит пациент, который раньше не употреблял подобные препараты. — Opioid prescribing decreases after learning of a patient’s fatal overdose.
• Генетика, зоология. Млекопитающим, которые вернулись к жизни в воде, пришлось вторично адаптироваться к водным условиям. Исследователи решили проанализировать геномы нескольких видов морских млекопитающих и идентифицировать те гены, в которых произошли изменения. Обнаружились утраты гена параоксоназы 1, что связывают с модификацией метаболизма липидов или работы антиоксидантной системы. Однако обычная функция этого гена — защита млекопитающих от фосфорорганической токсичности, поэтому, возможно, морские млекопитающие не способны метаболизировать органофосфаты. Такая характеристика становится особо опасной сейчас, с развитием сельскохозяйственной деятельности человека. — Ancient convergent losses of Paraoxonase 1 yield potential risks for modern marine mammals.
• Научное знание. За последние десятилетия мы узнали про биологию человека очень много. Появилось даже особое понятие «наука о феномике человека» — human phenomic science, — связывающее генотип, фенотип и влияние внешних факторов. Так, углубление понимания о меняющихся взаимоотношениях генов и окружающей среды может помочь и в клинической практике. О том, как человека изучают сегодня и как от медицины, основанной на среднестатистических данных, совершается переход к персонализированной терапии, — читайте в этом обзоре. — The future of humans as model organisms.