Nature #572 (7769) + онлайны: связь температуры тела и скорости метаболизма, влияние механических сигналов на свойства стволовых клеток и структура глаза древней долгоножки

• Молекулярка. Полиубиквитиновые метки на белках могут иметь достаточно сложную структуру — например, ветвиться в разных точках. Чтобы исследовать архитектуру таких меток, ученые разработали специальный фермент на базе вирусной протеазы. Этот фермент отрезает убиквитин от остального белка, но не полностью — оставляя два остатка глицина. Изучив расположение этих остатков убиквитина, можно восстановить структуру исходной цепочки. — Insights into ubiquitin chain architecture using Ub-clipping. «Биомолекула»: «Вездесущий убиквитин», «“Вездесущий убиквитин” возвращается».
• Эволюция. Млекопитающие и птицы поддерживают постоянную температуру тела благодаря высокой скорости базального метаболизма. Для их теплокровности важна и петля обратной связи — когда высокая температура тела поддерживает активный метаболизм. В ходе развития теплокровности эти параметры, скорее всего, тоже были связаны, но вряд ли так же, как сейчас, особенно в более холодные времена. Действительно, новое исследование показало, что исторически скорость базального метаболизма и температура тела менялись независимо у 90% филогенетических ветвей млекопитающих и 36% птиц. Интересно, что у млекопитающих скорость базального метаболизма менялась резкими скачками, а температура тела — непрерывным трендом, тогда как у птиц, наоборот, уровень базального метаболизма менялся с постоянной скоростью, а температура тела — неравномерно. — The decoupled nature of basal metabolic rate and body temperature in endotherm evolution.
• Биология развития. В ходе развития многих клеточных структур клетки должны согласованно изменить форму благодаря актин—миозиновым сокращениям. Как оказалось, в ходе развития энтодермы дрозофилы такая волна изменения форм клеток поддерживается сначала благодаря изменению активности генов, а потом — механически. Так, сначала в небольшой группе клеток усиливается транскрипция фактора Fog, стимулирующего активность ГТФазы Rho1, в свою очередь, стимулирующей актин—миозиновые сокращения. Но для распространения волны сокращения за пределы этой группы клеток уже не требуется ни изменений активности генов, ни регулярной доставки Fog другим клеткам. При этом активация миозина в одном ряду клеток стимулировала активацию миозина в следующем ряду через механическое напряжение и изменение клеточной адгезии, обусловленное интегринами. — Genetic induction and mechanochemical propagation of a morphogenetic wave. «Биомолекула»: «Энтодерма возникла в ходе эволюции раньше эктодермы».
• Биология развития, клеточная биология. Планарии Schmidtea mediterranea переходят к делению, когда становятся достаточно большими, и поэтому служат интересными моделями для исследования поведения биологической системы в зависимости от ее размера. Как оказалось, частота делений в случае этих планарий зависит от активности сигнальных путей TGFβ и Wnt в будущей плоскости деления. Кроме того, активность этих сигнальных путей влияла на расположение механочувствительных нейронов, которые тоже регулируют деление планарии. — Wnt and TGFβ coordinate growth and patterning to regulate size-dependent behaviour.
• Клеточная биология. С возрастом стволовые клетки теряют свои свойства. Не исключение и олигодендроцитные клетки-предшественники (OPCs) — мультипотентные клетки центральной нервной системы. Как оказалось, с возрастом ниша этих клеток — то есть, их микроокружение — становится более жестким, и этих механических изменений достаточно, чтобы начали проявляться возрастные изменения клеточных функций. И наоборот, если культивировать клетки в среде, похожей по механическим свойствам на молодой мозг, клетки омолаживаются на молекулярном и функциональном уровнях. Этот эффект можно воспроизвести, если ингибировать активность механочувствительного канала PIEZO1 — то есть, отключить у клетки ощущение жесткого окружения. — Niche stiffness underlies the ageing of central nervous system progenitor cells. «Биомолекула»: «Ствол и ветки: стволовые клетки», «Такие разные стволовые клетки».
• Палеонтология. Ученым удалось подробно исследовать на молекулярном и микроанатомических уровнях структуру глаза долгоножки возрастом в 54 миллиона лет. В частности, хорошо сохранились кальцифицированные линзы роговицы и полости рядом с ними, содержащие пигмент эумеланин. — Fossil insect eyes shed light on trilobite optics and the arthropod pigment screen.

Science #365 (6454) + онлайны: недостатки митохондрий, утрата полезных вариантов в ходе одомашнивания и секрет скорости работы болевых рецепторов

• Генетика. В ходе одомашнивания у растений закрепляются полезные для человека черты — например, легкость выращивания или высокая урожайность. Но при этом генетическое разнообразие по сравнению с исходными дикими растениями снижается, и из-за этого можно и потерять полезные варианты. На примере дикого предшественника кукурузы — теосинте — ученые показали, что такое, действительно, случается, и нашли у теосинте полезный генетический вариант, повышающий урожайность, которого у кукурузы нет. — Using wild relatives to improve maize, Teosinte ligule allele narrows plant architecture and enhances high-density maize yields.
• Нейробиология. Болевым рецепторам важно передавать свой сигнал быстро, потому что он предупреждает о потенциальной опасности. Миелиновые оболочки вокруг аксонов помогают проводить сигнал быстрее, но раньше считалось, что болевым рецепторам такой способ ускорения недоступен, поскольку они теряют всю сопутствующую глию на пути в эпидермис через базальную мембрану. Но недавно ученые обнаружили новый тип шванновских клеток, находящихся в эпидермисе вместе с болевыми рецепторами, так что теперь понятно, как болевой сигнал передается быстро. — Glia in the skin activate pain responses, Specialized cutaneous Schwann cells initiate pain sensation. «Биомолекула»: «Жгучий перец облегчит боль», «Идеальный опиоид, или Как избавиться от Дамоклова меча».
• Клеточная биология. У подножия кишечных ворсинок располагаются кишечные же крипты — участки скопления стволовых клеток. Раньше считалось, что новые клетки движутся из крипт к вершинам ворсинок пассивно — то есть их толкает поток из других дочерних клеток, которые стволовые клетки постоянно производят. Новое исследование, однако, показало, что новые клетки выползают из крипт активно, и что в этом движении задействован белок, родственный актину. — Marching out of the crypt, Active cell migration is critical for steady-state epithelial turnover in the gut.
• Клеточная биология. В цитоплазме находится много сенсоров вирусной ДНК, и чтобы спрятаться от них, многие вирусы направляют свою ДНК в ядро. Поэтому и в ядре клетке было бы полезно иметь сенсоры вирусной ДНК. В новой работе такой рецептор найден — он представляет собой рибонуклеопротеин, связывающий ДНК вируса простого герпеса первого типа. После связывания вирусной ДНК рибонуклеопротеин димеризуется и деметилируется, в результате чего покидает ядро. И уже в цитоплазме запускает интерфероновый ответ. — Nuclear hnRNPA2B1 initiates and amplifies the innate immune response to DNA viruses. «Биомолекула»: «От поцелуя до лимфомы один вирус», «Вирусы и человек. Противостояние длиной в тысячелетия».
• Нейробиология. Исследовав активность мозга у эпилептиков, которым имплантировали электроды в гиппокамп и некоторые регионы коры, ученые нашли сигналы, связанные с вспоминанием зрительной информации. Так, перед успешным извлечением из памяти зрительной информации в гиппокампе с высокой вероятностью проявлялись острые волны, а в зрительной коре часто снова проявлялись те же паттерны активности, что и при запоминании зрительного стимула. — Hippocampal sharp-wave ripples linked to visual episodic recollection in humans. «Биомолекула»: «Эпилепсия, методы ее лечения и роль вальпроевой кислоты в терапии заболевания», «Наука из первых рук: как гомеостаз хлора влияет на возникновение эпилепсии».
• Клеточная биология. Новый обзор посвящен недостаткам митохондрий. Да, мы привыкли, что эти органеллы вырабатывают для нас энергию, но многие забывают о неудобствах, которые приходится из-за них терпеть — например, нужно следить за качеством их генома и быть готовым быстро их уничтожить, если начинает происходить что-то опасное. — Mitochondria—Striking a balance between host and endosymbiont. «Биомолекула»: спецпроект «Биоэнергетика», «Как появились митохондрии (рассказ, похожий на сказку)», «Трое в лодке: о легализации замены митохондрий», «Чтобы клетка стала стволовой, ей должны достаться митохондрии поновее».
• Биоинженерия. Новый сенсор напряжения использует родопсин в качестве сенсорной части и яркий фотостойкий химический краситель для репортерной части. Такой краситель, по сравнению с белковыми флюорофорами, позволил одновременно наблюдать за активностью бóльшего числа нейронов. — Bright and photostable chemigenetic indicators for extended in vivo voltage imaging. «Биомолекула»: «Зрительный родопсин — рецептор, реагирующий на свет».
• Структурка. Структурки шести интермедиатов флиппазы ATP8A1-CDC50a человека показывают, как этот фермент переносит молекулы липидов (фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин) с одной стороны мембраны на другую. Важным оказалось вращение актуаторного домена вокруг участка фосфорилирования, в результате которого смещались две трансмембранные спирали, освобождая место для связывания фосфатидилсерина. — Cryo-EM structures capture the transport cycle of the P4-ATPase flippase.
• Нейробиология. Опиоиды помогают ослаблять боль, но могут и вызывать зависимость, поэтому сигналлинг через них полезно уметь снижать. Генетический скриннинг нематод C. elegans помог обнаружить рецептор GPR139, снижающий активность опиоидов. Этот рецептор экспрессируется вместе с μ-опиоидным рецептором, связывается с ним и мешает передавать сигнал через G-белок. Делеция рецептора GPR139 у мышей усилила действие опиоидов. Таким образом, рецептор GPR139 может послужить перспективной мишенью для регуляции чувствительности к опиоидам. — Genetic behavioral screen identifies an orphan anti-opioid system.