Молекулярная биология

Обнаружена роль недавно открытого способа регуляции β2-адренорецептора в развитии астмы

Итак, почему бы не начать с рецепторов, сопряженных с G-белками? Агонисты β2-адренорецептора (β2АР) используются для лечения астмы. Механизм их действия заключается в том, что активация рецептора запускает классический сигнальный путь аденилатциклаза — цАМФ — протеинкиназа А (ПКА). Активность ПКА приводит к увеличению продукции маленького и шустрого оксида азота (NO), который приводит к быстрому расслаблению гладкой мускулатуры дыхательных путей, что облегчает течение астмы. Но избыточная активация β2АР приводит к уменьшению его количества на поверхности клеток из-за процесса так называемой десенситизации, которая опосредуется белком β-аррестином, «вытаскивающим» рецептор из мембраны, что приводит к его интернализации. Фабио Фонсека (Fabio Fonseca) и соавторам удалось показать, что NO может модулировать активность β2АР за счет модификации остатка аминокислоты цистеина. На культуре клеток HEK293 они показали, что обработка как агонистом, так и донором NO ECNO приводит к образованию посттрансляционной модификации рецептора S-нитрозилирования (SNO- β2АР). В третьей внутриклеточной петле рецептора также был обнаружен остаток цистеина Cys²⁶⁵, который и подвергался модификации с помощью NO. ECNO приводил к интернализации рецептора, причем она проходила β-аррестин-независимым путем. Исследуя клетки с мутантным рецептором Cys²⁶⁵Ser было показано, что интернализация рецептора под действием NO значительно уменьшается. При этом наблюдалось усиление активности эндотелиальной NO-синтазы, которая катализирует синтез оксида азота. По мнению авторов, за счет повышенного уровня NO у клеток с Cys²⁶⁵Ser рецептором, эффект от активации β2АР более длительный по сравнению с рецептором дикого типа. Авторами также была получена линия мышей Cys²⁶⁵Ser-β2АР, у которых было показана менее выраженная гиперактивность дыхательных путей в модели астмы. Таким образом, авторы доказали, что β2АР имеет альтернативный способ регуляции активности, а также нашли новую фармакологическую мишень для терапии астмы. Данная статья попала в рубрику «Выбор редакции» Science Signaling The β2AR gets SNOed, хотя вышла в Molecular Cell в начале августа. — S-nitrosylation is required for β 2 AR desensitization and experimental asthma, «Биомолекула»: «Новый рубеж: получена пространственная структура β2-адренорецептора», «Путеводитель по бронхиальной астме».

Новые доказательства роли теломер в подавлении онкологического перерождения клеток

Теломеры представляют собой повторяющиеся последовательности нуклеотидов на концах каждой хромосомы. Одна из популярных теорий старения говорит о том, что ограниченная способность клеток к делению связана с уменьшением длины теломер, которое в свою очередь служит важным механизмом для подавления роста опухолей у видов с большой продолжительностью жизни. Длинные теломеры способны подавлять экспрессию генов, расположенных в миллионах пар нуклеотидов от них, с помощью механизма, названного TPE-OLD, подробности которого до сих пор остаются неизвестными. В данном исследовании ученым удалось обнаружить более двух тысяч генов, которые могут быть мишенью регуляции теломер TPE-OLD. И одним из наиболее интересных кандидатов оказался PPP2R2C, ген-супрессор опухоли, активация которого приводит к дефосфорилированию киназ p70S6 и знаменитой mTOR, одной из центральных метаболических регуляторов клетки. Авторы исследования считают, что регуляция теломерами генов, связанных с развитием опухолей, является веским доказательством в копилку сторонников теломеразной теории старения. — A conserved long-distance telomeric silencing mechanism suppresses mTOR signaling in aging human fibroblasts, «Биомолекула»: «Теломеры и новые мишени протоонкогенной терапии».

Биохимия

Автофлуоресценция не сможет обмануть новый сенсор для определения уровня кальция в клетке

Флуоресцентные сенсоры используются в биологии для изучения биохимических процессов в живой клетке. Но собственная флуоресценция многих веществ затрудняет работу подобных сенсоров. Деррик Камбербэтч (Derrick Cumberbatch) и его соавторам удалось создать новый флуоресцентный сенсор для определения уровня Ca²⁺  под названием CalfluxCTN. По своим параметрам он превосходит Fluo-8, наиболее чувствительный до настоящего времени. Ученые убедились в этом, изучив изменения уровня Ca²⁺ применив для этого агонисты и антагонисты мускаринового ацетилхолинового рецептора hM1R, сигнальные пути которого регулируют кальциевые токи внутри клетки. Для того, чтобы оценить устойчивость нового зонда к флуоресцентным «помехам», ученые добавляли в среду флуоресцеин, классический флуоресцентный краситель. Новый сенсор CalfluxCTN продемонстрировал хорошую чувствительность к изменению уровня Ca²⁺, несмотря на фоновые «помехи» что делает его перспективным кандидатом для использования в изучении метаболизма кальция в организме. — A BRET Ca²⁺ sensor enables high-throughput screening in the presence of background fluorescence, «Биомолекула»: «Флуоресцентные белки: разнообразнее, чем вы думали!», «Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии».

Нейронауки

Новый способ диагностики аутизма позволит находить индивидуальный подход к лечению пациентов

Расстройства аутистического спектра (РАС) связаны с нарушением социального общения. Однако под термином «аутизм» понимается широкий спектр разнообразных нарушений в нервной системе, что затрудняет поиск персонализированной терапии. Международной группе ученых удалось найти способ стратифицировать подобные нарушения, то есть разделять пациентов с РАС на подгруппы с разными неврологическими профилями заболевания. Они использовали нейронные реакции пациентов с РАС на лица, измеряя при этом эффект с помощью электроэнцефалографических методов и магнитно-резонансной томографии. Была изучена скорость обработки лиц на ранней стадии (латентность N170) и было определено, что у людей с РАС скорость нейронной обработки информации медленнее, чем у людей из контрольной группы, что связано с активностью нейронов в веретенообразной извилине. При этом, исследователям удалось показать, что изменения параметра латентность N170 хорошо коррелируют с прогнозом течения заболевания на протяжении 18-месячного периода, в рамках которого проводилось исследование. Авторы надеются, что подобный метод будет полезен для прогнозирования развития РАС у пациентов — Stratifying the autistic phenotype using electrophysiological indices of social perception, «Биомолекула»: «Расстройство аутистического спектра: “дети дождя”».

«Шапочки» для нейронных органоидов позволят лучше изучить их трехмерную структуру

Создание мозговых органоидов — миниатюрных моделей мозга in vitro, позволяет изучать небольшие сети нейронов человека, что недоступно для других экспериментальных методов. Подобные органоиды выращивают из плюрипотентных стволовых клеток человека, благодаря чему сохраняются видоспецифичные особенности формирования межклеточных нейрональных контактов. Для того, чтобы изучать электрохимические процессы в подобных нейронных сетях используют миниатюрные микроэлектроды, позволяющие как стимулировать клетки, так и регистрировать их потенциалы действия. Но подобные микроэлектроды не способны корректно регистрировать сигналы от 3D-сети нервных клеток, что ограничивает область их применения. Вдохновившись формой колпачков для электроэнцефалографии, инженеры и ученые разработали миниатюрные колпачки, интегрированные в специальные пластины. Оптически прозрачные оболочки которых состоят из полимерных листов с металлическими электродами, покрытыми проводящим составом. Настраиваемое складывание полимерных лепестков мини-капсул обеспечивает универсальную запись органоидов разных размеров от 400 до 600 мкм на срок до 4 недель и в ответ на стимуляцию глутаматом. Подобные микроэлектроды обладают гораздо большим потенциалом для изучения мозговых органоидов, что может оказать существенную помощь в изучении цитоархитектурных и функциональных особенностей мозга человека. — Shell microelectrode arrays (MEAs) for brain organoids.

Онкология

Сигнальный путь инсулиноподобного фактора роста может иметь как проонкогенный, так и антионкогенный эффект

Связанные с раком фибробласты (cancer-associated fibroblasts, CAFs) играют негативную, но очень важную роль в развитии лекарственной устойчивости некоторых опухолей. Но при культивации CAF с клетками некоторых линий рака легкого, напротив, было показано улучшение чувствительности к лекарственной терапии. Оказалось, что основной вклад в развитие эффектов CAF вносит их секретомный профиль, то есть то, какие гены экспрессируются в клетке и какие белки в итоге функционируют в клетке в сравнении с нормальными фибробластами. В случае лекарственной устойчивости CAF такими белками стали инсулиноподобный фактор роста (IGF), его рецептор, а также IGF-связывающий белок и FAK-киназа. Ученые пришли к выводу, что в зависимости от типа онкологического заболевания роль CAF может значительно различаться и зависит от сигнального контекста опухолевых клеток, что дает исследователям дополнительную возможность для поиска оптимальной стратегии лечения. — IGF-binding proteins secreted by cancer-associated fibroblasts induce context-dependent drug sensitization of lung cancer cells.

Вирусология

Новые причины пост-ковидного синдрома

Пост-ковидный синдром или, как его все чаще называют, «лонг-ковид» синдром характеризуется множеством симптомов, которые проявляются у людей, перенесших это вирусное заболевание. Репортер из Science Дженнифер Кузин-Франкель (Jennifer Couzin-Frankel) в своей статье анализирует новые данные, которые показывают, как именно лонг-ковид отразился на дальнейшей жизнедеятельности пациентов. Чаще всего, люди, переживающие пост-ковидный синдром, жалуются на хроническую усталость и другую неврологическую симптоматику, что в какой-то степени роднит лонг-ковид с миалгическим энцефаломиелитом/синдромом хронической усталости (ME/CFS), который также может развиваться после вирусной инфекции. Анализ крови добровольцев, недавно перенесших ковид, показывает определенные аномалии. В крови таких пациентов присутствует большое количество так называемых «истощенных» Т-клеток, которые уже не могут выполнять свои функции по иммунной защите организма. Кроме того, у исследованных добровольцев, перенесших ковид, обнаружено двукратное снижение уровня кортизола, общеизвестного гормона стресса. Помимо реакции на стресс, кортизол играет определяющую роль в контроле анаболических процессов, а также иммунной защиты организма. Несмотря на сниженный уровень кортизола, АКТГ, гипофизарный гормон, контролирующий уровень кортизола в крови, оставался в норме у людей с лонг-ковидом. Многие исследователи сходятся во мнении, что диагностике лонг-ковида нужно уделять больше внимания, потому что его проявления у пациентов весьма неоднородны. Так, например, «истощенные» Т-клетки обнаруживаются только у 30% людей, имеющих симптоматику пост-ковидного синдрома. Разобравшись в физиологических механизмах пост-ковидного синдрома, у клиницистов появится шанс оказывать персонализированную помощь пациентам, ускоряя процесс реабилитации после заболевания. — Blood abnormalities found in people with Long Covid.

Эволюция

Обнаружены гены, вовлеченные в формирование тазовых костей человека

Широкий таз является одной из определяющих черт человеческого вида, благодаря которому стало возможно прямохождение и рождение детей с большим мозгом. В новом масштабном исследовании удалось впервые определить временное окно, в котором происходит формирование основных костей таза и придание им характерной формы. В исследовании использовали эмбрионы женщин, добровольно решивших прервать беременность, и было обнаружено, что характерные изменения в строении скелета таза наблюдаются на 6–8 неделе развития. При этом, формирующиеся кости таза дольше соседних костей остаются на стадии хряща, что позволяет им изогнуться и принять правильную форму. Далее исследователи взяли образцы тканей из разных областей таза эмбрионов и идентифицировали несколько сотен генов, которые могут быть вовлечены в регуляцию остеогенеза на разных стадиях развития таза. Оказалось, что экспрессия тех генов, для которых показано участие в превращении хряща в кость, понижена в тканях таза на этапе формирования костей правильной анатомической формы, а экспрессия генов, сдерживающих окостенение, наоборот, повышена. Сравнивая найденные гены человека с подобными генами мыши, ученым удалось определить множество молекулярных переключателей, которые участвуют в формировании человеческого таза. Судя по всему, участки ДНК, в которых находятся эти гены, быстро эволюционировали с тех пор, как человек отделился от нашего общего с шимпанзе предка. При этом у людей эти молекулярные элементы крайне мало отличаются друг от друга, что говорит о том, что естественный отбор продолжает оказывать воздействие на форму костей таза человека. — Genes reveal how our pelvis evolved for upright walking.

Хочешь сжечь больше калорий — жуй быстрее!

В последних исследованиях такой банальный, казалось бы, процесс как пережевывание еды дал ученым пищу для размышления! Оказалось, что человек тратит до трех процентов суточной энергии на измельчение пищи или, например, пережевывание жвачки. Но зачем ученым эта информация? Оказалось, что эти данные могут помочь объяснить почему челюсти человека отличаются от челюстей других гоминидов. Исследователи давно подозревали, что с переходом на менее твердую пищу и использованием различных способов измельчения и приготовления еды челюсти древних предков людей могли измениться, уменьшившись по сравнению с другими приматами. Но ученые не знали сколько энергии тратит современный человек на пережевывание пищи, чтобы оценить, могло ли это стать фактором, который привел к эволюционным изменениям. Для такого экстраординарного исследования волонтеров помещали в специальный шлем-пузырь, где им давали пожевать безвкусную жвачку в течение 15 минут, а степень затраченной энергии оценивалась по уровню углекислого газа в выдыхаемом воздухе. При этом более мягкая жевательная резинка вызывала увеличение расхода энергии всего на 10%, а более жесткая уже на 15%. Несмотря на такие, казалось бы, незначительные изменения в энергозатратах, исследователи подтвердили свою концепцию: форма и размер челюсти напрямую связаны с тем, сколько энергии тратит тот или иной вид на пережевывание пищи и с тем, какого рода продукты входят в его рацион. Ученые предполагают, что подобное исследование станет началом целой серии работ, в которой планируется показать, какие эволюционные стратегии могли быть у других видов гоминидов. Так, например, австралопитеки, обладавшие гораздо более массивными челюстными мышцами и большей площадью поверхности зубов скорее всего тратили значительно больше энергии на пережевывание пищи. Однако, исследователи предполагают, что помимо энергетики, на форму и размер челюстей и зубов человека и других приматов могли повлиять и другие факторы. Естественный отбор мог определять форму зубов исходя из того, чтобы они дольше выполняли свои функции и не стачивались. Но это уже будет темой следующих исследований — Chewing burns more calories than you think—and may have shaped our evolution.