Nature #596 (7873) + онлайны: успехи в изучении протеома человека, механизмы брачного поведения у мышей и мутационный ландшафт в соматических и половых клетках

• Генетика, палеоантропология. История популяции ранних современных людей в Юго-Восточной Азии полна загадок: археологических находок там немного, а тропический климат плохо сказывается на сохранении ДНК. Авторы статьи извлекли ДНК из окаменелой кости молодой женщины охотника-собирателя, захороненной 7,3–7,2 тыс. лет назад в известняковой пещере Лианг Паннинге в Южном Сулавеси, Индонезия. Генетический анализ показал, что эта донеолитическая собирательница имеет много сходств с современными папуасскими и коренными австралийскими группами, но представляет собой ранее неизвестную человеческую ветвь. Авторы также описывают денисовские и азиатские участки в извлеченном геноме и делают вывод об их крупномасштабном перемещении из региона. — Genome of a middle Holocene hunter-gatherer from Wallacea, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!».
• Экология. Тропические леса содержат до 40–50 % запаса углерода наземной растительности, но вариации в этой биомассе остаются малоизученными, особенно в гористой местности. Из-за изменений климата и почвы с увеличением высоты запасы биомасса живых деревьев в тропических горных лесах ниже, чем в равнинных. Авторы оценили запас биомассы в улучшении мер по сохранению лесов и лесовосстановлению. — High aboveground carbon stock of African tropical montane forests, African tropical montane forests store more carbon than was thought.
• Структурка. За последние пять десятилетий биологи экспериментально определили структуры более 180 000 белков и разместили их в свободном доступе на онлайн-ресурсе Protein Data Bank. Но, несмотря на эти кропотливые усилия, структуры сотен миллионов белков остаются неизвестными, включая более ⅔ белков человеческого протеома. В двух статьях этого выпуска ученые из DeepMind, дочерней компании Google, описывают метод машинного обучения AlphaFold2, который предсказывает белковые структуры с точностью, близкой к экспериментальной, и сообщают о его применении для изучения протеома человека. — Highly accurate protein structure prediction for the human proteome, Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold, «Биомолекула»: «Новые успехи в предсказании пространственной структуры белков».
• Цитология. Система гепатопанкреатобилиарных органов основана на небольшом предшественнике энтодермы, который дает начало множеству различных тканей взрослого организма, включая печень, поджелудочную железу, желчный пузырь и внепеченочные желчные протоки. В новой работе авторы комбинируют подходы компьютерного моделирования и отслеживания генетических линий, чтобы точно реконструировать происхождение гепатопанкреатобилиарных органов. — Quantitative lineage analysis identifies a hepato-pancreato-biliary progenitor niche, «Биомолекула»: «Энтодерма возникла в ходе эволюции раньше эктодермы».
• Эмбриология, клеточная биология. В течение жизни человека соматические клетки постоянно накапливают мутации. В статье авторы сравнивают мутационный ландшафт в 29 типах соматических клеток и в половых клетках, используя несколько образцов от одних и тех же людей. Скорость мутации оказалась самой низкой в сперматогониях — стволовых клетках, из которых образуются сперматозоиды и от которых, как считается, происходит большинство генетических вариаций в человеческой популяции. — The mutational landscape of human somatic and germline cells, «Биомолекула»: «Как нонсенс-мутации ген обижали, и что потом было», «Сперматогенез: через тернии к звездам».
• Эмбриология, клеточная биология. Соматические мутации, которые накапливаются в нормальных тканях, связаны со старением и болезнями. Авторы провели комплексный геномный анализ 1737 морфологически нормальных биопсий тканей 9 органов от 5 доноров. Они обнаружили, что накопление соматических мутаций широко распространено, хотя и в разной степени, в морфологически нормальных тканях человека. — A body map of somatic mutagenesis in morphologically normal human tissues, «Биомолекула»: «Путешествие во времени: как судьба первых клеток эмбриона влияет на его дальнейшее развитие и риск заболеваний», «Родословная нейронов: как носить в себе множество мутаций и выглядеть совершенно здоровым».
• Эмбриология, клеточная биология. Клеточная динамика в раннем эмбриогенезе человека мало изучена из-за проблем, связанных с проведением исследований на человеческих эмбрионах. Авторы исследовали полные геномы 334 одноклеточных колоний, полученных из различных анатомических участков семи недавно умерших взрослых людей-доноров. Авторы реконструировали ранний клеточный филогенез, продемонстрировав, что скорость эндогенных мутаций, которая выше при первом делении клетки, снижается примерно до одной на клетку при делении в более позднем возрасте. — Clonal dynamics in early human embryogenesis inferred from somatic mutation, «Биомолекула»: «Манипулирование. II. Эмбриональное манипулирование».
• Эмбриология, клеточная биология. Начиная с зиготы, все клетки человеческого тела постоянно мутируют. Мутации, общие для разных клеток, подразумевают общего предшественника и, таким образом, позволяют отслеживать их происхождение. Авторы реконструировали филогению нормальных тканей трех взрослых людей. Они показали, что, несмотря на достижение одних и тех же окончательных паттернов тканей, ранние мутации приводят к существенным вариациям в эмбриональных паттернах как внутри, так и между индивидуумами. — Extensive phylogenies of human development inferred from somatic mutations.
• Нейробиология. Нейромедиатор дофамин используется мозгом для оценки и мотивации, закрепляя важные для выживания и продолжения рода действия. Авторы исследовали дофаминергические механизмы, лежащие в основе влечения к спариванию, а также их устойчивость у самцов мышей. Краткое знакомство с самками вызывает у самца интерес к спариванию на десятки минут, тогда как единичное успешное спаривание вызывает чувство насыщения, которое постепенно восстанавливается в течение нескольких дней. Оказалось, что оба процесса контролируются специализированными дофаминовыми нейронами в гипоталамусе. Таким образом, авторы выяснили, что накопление или подавление сигналов от специализированных дофаминовых нейронов регулирует брачное поведение в течение нескольких минут и дней. — Hypothalamic dopamine neurons motivate mating through persistent cAMP signalling.

Science #373 (6558) + онлайны: как микробиота улучшает иммунотерапию, влияние инфекции матери на здоровье ребенка и снова коронавирус

• Иммунология, микробиология. Микробиом кишечника сильно влияет на исход лечения пациентов с онкологическими заболеваниями, но механизмы, приводящие к благоприятному результату, до сих пор не были ясны. В своем исследовании авторы показали, что бактерии рода Enterococcus улучшают иммунотерапию ингибиторами контрольных точек (тип лекарства, который блокирует белки, называемые контрольными точками: они вырабатываются некоторыми типами клеток иммунной системы или некоторыми раковыми клетками) на моделях опухолей мышей. Эти данные предполагают, что виды микробиоты со специализированной активностью ремоделирования пептидогликанов способны усилить иммунотерапию рака и могут быть использованы в качестве адъювантов (усилителей иммунного ответа) следующего поколения. — How microbiota improve immunotherapy, Enterococcus peptidoglycan remodeling promotes checkpoint inhibitor cancer immunotherapy, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».
• Иммунология, эмбриология. Все больше данных свидетельствует о том, что развитие иммунной системы начинается еще в утробе, и на него сильно влияет иммунный статус матери во время беременности. Однако на данный момент мало изучено, какой конкретно след это может оставить на потомстве. Авторы статьи смогли пролить свет на этот вопрос: используя мышиную модель, они обнаружили, что цитокин интерлейкин-6, индуцированный легкой материнской инфекцией, вызывает эпигенетический импринтинг кишечника плода. В дальнейшем это оказывает влияние на иммунный ответ на кишечных патогенов и реакции воспаления в зрелом возрасте. — Immune imprinting in utero, Prenatal maternal infection promotes tissue-specific immunity and inflammation in offspring, «Биомолекула»: «Когда появляется иммунологическая память?».
• Коронавирус, эпидемиология. Авторы статьи собрали данные о вспышках заболеваний, вызванных разными типами коронавирусов для того, чтобы установить причину нынешней пандемии. Зоонозное происхождение SARS-CoV связывают с животными, доступными на рынках: спорадические случаи распространения вируса от животных происходило в Гуанчжоу, провинция Гуандун. Некоторые исследователи, работающие с культивированным вирусом, были инфицированы в результате лабораторных происшествий, но в конечном итоге SARS-CoV был удален из человеческой популяции. Торговля восприимчивыми животными-хозяевами является важной темой в возникновении SARS и COVID. — The animal origin of SARS-CoV-2, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Коронавирус, эпидемиология. Традиционно считалось, что респираторные патогены распространяются между людьми через крупные капли, образующиеся при кашле, а также через контакт с загрязненными поверхностями. Однако известно, что некоторые респираторные патогены распространяются через небольшие аэрозоли, которые могут перемещаться в воздушных потоках, заражая людей на коротких и длинных расстояниях от инфицированного человека. Капельная передача и передача через поверхности SARS-CoV-2 сама по себе не может объяснить многочисленные случаи сверхраспространения и различий в передаче между внутренней и внешней средой, наблюдаемые во время пандемии COVID-19. — Airborne transmission of respiratory viruses.
• Коронавирус, молекулярка. SARS-CoV-2 — третий коронавирус, который стал серьезным патогеном для человечества за последние 20 лет. Поэтому возникает острая необходимость в стратегиях лечения, которые защитят нас от нынешних и будущих коронавирусов, подобных атипичной пневмонии. Авторы статьи разработали вакцины на основе химерного вирусного спайкового белка. Вакцины с информационной РНК кодируют спайковые белки, состоящие из доменных модулей эпидемических и пандемических коронавирусов, а также коронавирусов летучих мышей, которые могут передаваться человеку. — Chimeric spike mRNA vaccines protect against Sarbecovirus challenge in mice, «Биомолекула»: «Гонки вакцин 2020».
• Цитология, нейробиология. Мозжечок участвует во многих сложных функциях мозга, включая управление моторикой, язык и память. Цис-регуляторные элементы, такие как энхансеры и промоторы, а также факторы транскрипции, которые с ними связываются, играют важную роль в спецификации и дифференцировке клеток. Авторы проанализировали развитие мозжечка у мышей в контексте генно-регуляторных сетей. — Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells, «Биомолекула»: «Allen Brain Atlas: транскриптом мозга».
• Молекулярка. Иммунитет к CRISPR-Cas III типа широко распространен у прокариот и обычно опосредуется многосубъединичными эффекторными комплексами. Эти комплексы распознают комплементарные вирусные транскрипты и могут активировать вспомогательные иммунные белки. Здесь авторы описывают эффектор, использующий CRISPR РНК для распознавания целевой РНК и расщепления одноцепочечной РНК. — The gRAMP CRISPR-Cas effector is an RNA endonuclease complexed with a caspase-like peptidase.
• Структурка. Цилиарные киназы необходимы для образования и функционирования ресничек, но остается непонятным, как их активность регулируется in vivo. Авторы обнаружили, что гиперактивация киназы заставляет РНК-аденозиндезаминазу редактировать киназную РНК и нарушать сплайсинг и трансляцию, тем самым подавляя цилиарные киназы. — RNA editing restricts hyperactive ciliary kinases.
• Структурная биология, цитология, микробиология. Белки наружной мембраны (OMP) играют важную роль в жизнедеятельности грамотрицательных бактерий, а также митохондрий и хлоропластов. Сборкой таких белков занимаются эволюционно консервативные комплексы, такие как механизм сортировки и сборки митохондрий (SAM). В статье авторы исследовали SAM-опосредованную сборку транслоказы наружной мембраны (TOM). Криоэлектронная микроскопия показала, что комплекс стабилизирует зрелую субъединицу этого белка в основном за счет электростатических взаимодействий, облегчая тем самым последующую сборку TOM. — Structural insight into the SAM-mediated assembly of the mitochondrial TOM core complex.
• Структурка. Молекулы РНК складываются в сложные трехмерные формы, которые сложно определить экспериментально или предсказать с помощью вычислений. Авторы представили новый способ машинного обучения, который позволяет идентифицировать точные структурные модели: его особенность заключается в том, что он успешен при очень небольшом количестве обучающих данных. — Geometric deep learning of RNA structure, Piercing the fog of the RNA structure-ome, «Биомолекула»: «Поиск новых антибиотиков с помощью машинного обучения».
• Молекулярка, физиология растений. У арабидопсиса органогенез боковых корней определяется колебательным механизмом, называемым корневыми часами, который зависит от неидентифицированных метаболитов. Чтобы определить, регулируют ли ретиноиды корневые часы, авторы использовали химический репортер для белков, связывающих ретинальдегид. — A plant lipocalin promotes retinal-mediated oscillatory lateral root initiation, «Биомолекула»: «Модельные организмы: арабидопсис».