Молекулярка

Живи долго, как землекоп, — с помощью его гена!

Голые землекопы — небольшие млекопитающие отряда грызуны. Однако для грызунов они живут необычайно долго, часто более 40 лет! Секрет их долголетия уже не первый год интересует исследователей всего мира: так, группа ученых выяснила, что ткани землекопа содержат большое количество высокомолекулярной гиалуроновой кислоты. Куда большее, чем ткани других грызунов — и, кстати, человека! Это и защищает землекопов от большинства возрастных заболеваний, в том числе от онкологии. Чтобы это проверить, исследователи провели изящный эксперимент, результаты которого были опубликованы в Nature: они создали трансгенную мышь, сверхэкспрессирующую ген синтазы гиалуроновой кислоты голого землекопа. Оказалось, что и у мышей с этим геном увеличивается содержание гиалуроновой кислоты в тканях, снижается заболеваемость раком и увеличивается продолжительность жизни. — Increased hyaluronan by naked mole-rat Has2 improves healthspan in mice, «Биомолекула»: «Голый землекоп и рак: кто кого?», «Преодолевшие старение. Часть II. Дети подземелья».

Хромосомная нестабильность — причина метастазирования

Хромосомная нестабильность возникает из-за ошибок в сегрегации хромосом во время митоза и связана с терапевтической резистентностью и метастазированием опухоли. В свой работе исследователи изучили, насколько этот процесс зависит от иммунной системы. Ученые выяснили, что хромосомная нестабильность активирует сигнальный путь cGAS-STING, что перестраивает сигналы и ведет к образованию опухолевого микроокружения. При этом он не вызывает интерферонового ответа, а участвует в ответе на стресс эндоплазматического ретикулума. Исследователи показали, что лечение ингибиторами STING снижает количество метастазов, вызванных хромосомной нестабильностью. — Non-cell-autonomous cancer progression from chromosomal instability, «Биомолекула»: «Метастазирование опухолей».

Картофельный иммунитет

Фитофтора, или Phytophthora infestans, — оомицет, особенно хорошо знакомый читателям, выращивающим картофель. Именно фитофтора уничтожает посевы картофеля и в свое время даже являлась виновником голода. Возможно, совсем скоро человечеству удастся побороть оомицет: группа исследователей идентифицировала рецепторную единицу Pep-13 на поверхности картофеля. Когда Pep-13 распознает фрагмент белка Phytophthora infestans, запускается иммунный ответ, открывая путь к спасению урожая. — Functional diversification of a wild potato immune receptor at its center of origin, «Биомолекула»: «Почему болеют растения и как они борются с инфекцией на примере фитопатогенных бактерий».

Роль микробиоты и некодирующей РНК в липидном обмене

Не секрет, что микробиота кишечника влияет на многие метаболические процессы в организме хозяина. Например, кишечная микробиота регулирует всасывание, метаболизм и хранение липидов млекопитающих. Исследователи, опубликовавшие работу в Science, выяснили, что микробиота перепрограммирует метаболизм липидов кишечника у мышей, подавляя экспрессию длинной некодирующей РНК (днРНК) Snhg9. Авторы обнаружили, что днРНК подавляется белком клеточного цикла и апоптоза, который, в свою очередь, связывался с регулятором липидного обмена, и ингибировал его. Высокие уровни Snhg9, наблюдаемые у мышей, свободных от микробов, могут быть причиной их стройности. — he gut microbiota reprograms intestinal lipid metabolism through long noncoding RNA Snhg9, «Биомолекула»: «Почему так сложно похудеть, или Влияние кишечной микробиоты на метаболизм».

От убиквитина ушел, а от миднолина не ушел

Молекулярной машиной, отвечающей за деградацию белков в клетке, является 26S протеасома. Считается, что для того, чтобы протеасома «заметила» нужный белок, он маркируется убиквитином. Однако в своей новой работе исследователи представляют убиквитин-независимый путь деградации белков с помощью протеасомы. В центре этого пути находится белок-рекрутер, называемый миднолин. Миднолин стабильно связывается с протеасомой и использует структурный домен, включающий свободную β-цепь, чтобы «захватывать» субстраты для разрушения. — The midnolin-proteasome pathway catches proteins for ubiquitination-independent degradation, «Биомолекула»: «Вездесущий убиквитин», «Как клетка убирает мусор».

Биоинформатика

Закрыто «белое пятно» генома

В 2022 году консорциум Telomere-to-Telomere опубликовал самую полную последовательность генома человека. Однако там все еще недоставало одной хромосомы. Наконец, работа была закончена, — в новом выпуске Nature опубликована полная последовательность Y-хромосомы. Авторы исследования использовали в работе прочтения PacBio HiFi и ультрадлинные прочтения Oxford Nanopore. На выходе они получили сборку длиной длиной в 62 460 029 пар нуклеотидов, на которой выявили 693 гена и 883 транскрипта, из них 106 генов предположительно кодируют белки. — The complete sequence of a human Y chromosome, «Биомолекула»: «Нанопоровое секвенирование: на пороге третьей геномной революции», «12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот».

Сборка 43-х Y-хромосом

Y-хромосома содержит большое количество сложных повторяющихся областей, похожих сегментных дупликаций и сравнительно немного генов, поэтому ее часто «игнорируют» при геномном анализе. Так, параллельно с данной статьей было опубликовано исследование о полной сборке de novo человеческой Y-хромосомы. Однако одной хромосомы недостаточно для понимания состава и сложности Y-хромосом в человеческой популяции. Исследование, посвященное сборке уже 43-х человеческих Y-хромосом опубликовано в новом выпуске Nature. Это исследование говорит о значительном разнообразии по размеру и структуре, а также структурной сложности хромосомы. — Assembly of 43 human Y chromosomes reveals extensive complexity and variation.

Структурка

Белок, меняющий митохондриальную сеть

Задумывались ли вы о том, как сильно жизнедеятельность клетки зависит от того, как в ней расположены мембранные органеллы? Сливаясь и разъединяясь, они ограничивают в компартменты химические процессы, управляют энергетическим гомеостазом клетки, отвечают за межклеточные контакты. Особенную роль играет морфология митохондриальной сети. Ключевым белком в модуляции митохондриальной сети является ГТФ-аза OPA1. Новая работа, опубликованная в Nature, освещает молекулярные механизмы, с помощью которых OPA1 ремоделирует мембраны, встраиваясь в кардиолипинсодержащие мембраны. — Structural mechanism of mitochondrial membrane remodelling by human OPA1, «Биомолекула»: «Липидный фундамент жизни», «Тайная жизнь митохондрий».

Большие последствия точковой мутации в митохондриальной дисфункции

Белок OPA1 играет важную роль не только в морфологии митохондриальной сети, но и патологиях, связанных с ней. Так, исследователи выяснили, как точковые мутации OPA1 приводят к нарушению регуляции опосредованного ГТФ-азой процесса слияния внутренней и внешней мембран митохондрий. Они рассмотрели структуры белка OPA1 на мембранах, как нативного, так и мутантного, и выяснили, как точковая мутация влияет на сворачивание OPA1 и мембранные взаимодействия, вызывая фрагментацию митохондрий и атрофию зрительного нерва. — OPA1 helical structures give perspective to mitochondrial dysfunction.

Из чего же, из чего же сделаны нуклеосомы

Наследование структуры хроматина во время деления клетки принципиально важно для целостности генома и эпигенетического наследования. При этом гистоны, — белки, из которых состоят нуклеосомы, — имеют наполовину родительское происхождение, наполовину — синтезируются заново. В этом процессе важную роль играет фактор сборки хроматина-1 (CAF-1). Исследователи, опубликовавшие свою работу в Science, выявили, что два домена CAF-1 прикрепляются к противоположным концам удлиненного гетеродимера H3-H4. Далее ДНК индуцирует сопоставление двух комплексов CAF-1-H3-H4, готовых к образованию тетрамера H3-H4, что является необходимым условием для сборки нуклеосомы. — Structural insights into histone binding and nucleosome assembly by chromatin assembly factor-1, «Биомолекула»: «От хромосом к молекулам: молекулярная цитогенетика».

Экология

Новый шаг в защите биоразнообразия

Недавно ООН сделала шаг в сторону сохранения биоразнообразия нашей планеты, запустив проект «30 × 30», который обязал страны защитить 30% своих территорий к 2030 году, создав национальные парки и заповедники. Однако ученым предстояло выяснить, действительно ли эта мера эффективна в улучшении биоразнообразия. Дело в том, что охраняемые территории часто создавались в отдаленных районах, где были бы попросту затруднены охота и лесозаготовка не столько из-за охраняемости территорий, сколько из-за логистики. И если причина сохранения биоразнообразия в таких парках только в этом, то программа «30 × 30» вряд ли приведет к желаемым результатам. Ученые, изучив эту проблему в Юго-Восточной Азии, пришли к более позитивным выводам: охраняемые территории действительно сохраняют биоразнообразие и ведут скорее к улучшению положения на прилегающих незащищенных территориях, чем к дополнительной нагрузке на них. — Landscape-scale benefits of protected areas for tropical biodiversity.

Чем опасна добыча руд в реках

Человечеству действительно стоит относится с большим вниманием к каждому своему шагу, влияющему на окружающую среду, даже если речь идет о, на первый взгляд, «чистой» добыче золота и руд в реках. Дело в том, что такая добыча изменяет форму рек, а взвешенные отложения вызывают заиление, что опасно для рыб, качества воды и здоровья самого человека. Глобально этот вопрос взялись изучить исследователи, опубликовавшие свою работу в Nature на прошедшей неделе. Проанализировав спутниковую базу данных за 37 лет, они определили 173 рек, пострадавших от добычи полезных ископаемых, при этом в 80% случаев концентрация взвеси в них была в два раза больше, чем до начала работ. — A global rise in alluvial mining increases sediment load in tropical rivers.

«Точка кипения» для тропических лесов

Тропические леса отличаются достаточно высокими средними температурами, но незначительными суточными и сезонными колебаниями температур. Для растений тропиков, живущих в условиях оптимальной температуры для фотосинтеза, даже незначительное ее повышение может вести к «поломке» фотосинтетического аппарата. Критическая температура, после превышения которой процессы фотосинтеза останавливаются, составляет в среднем примерно 46,7 °C. В исследовании, опубликованном на страницах Nature, ученые с помощью экспериментальных данных и эмпирической модели определили, что тропические леса могут выдерживать повышение температуры воздуха до 3,9±0,5 °C до «переломного момента» в фотосинтезе. — Tropical forests are approaching critical temperature thresholds.

Как кораллы-фермеры используют симбионтов

Коралловые рифы живут и процветают в водах с низким содержанием питательных веществ. При этом свою потребность в углероде кораллы удовлетворяют за счет своих симбионтов. Однако этого недостаточно, чтобы обеспечить их рост: считается, что кораллы также поглощают азот и фосфор для своего роста и размножения. С помощью серии экспериментов исследователи показали, что азот и фосфор собираются в ходе «фермерства» симбионтов и передаются хозяину путем переваривания избыточных клеток-симбионтов. Немалую роль в процессе роста кораллов играют и морские птицы, «удобряя» их неорганическими питательными веществами. — Reef-building corals farm and feed on their photosynthetic symbionts.

Нейробиология

Нейропротез обучается интонации и мимике

Речевые нейропротезы могут восстановить способность человека к общению после полученной травмы или паралича. Однако человечество пошло дальше, поставив перед собой задачу не просто декодировать текстовые сообщения от пациента, но и увеличить скорость и словарный запас этой технологии, а также сохранить выразительность и индивидуальность речи пациента, его выражение лица. Исследователи разработали мультимодальный речевой нейропротез, который использует электрокортикографию для декодирования текстовых и аудиовизуальных речевых сигналов. В случае с параличом у пациента им удалось декодировать как текст, так и интонацию, и выражение лица. Более того, ученые добились достаточно высокой скорости и точности декодирования речи: порядка 78 слов в минуту! — A high-performance neuroprosthesis for speech decoding and avatar control, «Биомолекула»: «Что такое ней­ро­про­те­зи­ро­ва­ние? Это вредно?».

Интерфейс, который не полезет за словом в карман

Еще одна группа исследователей, опубликовавшая результаты своей работы в новом выпуске Nature, посвятила свою деятельность расширению возможностей речевых нейропротезов. Они выбрали другую стратегию: снизить количество ошибок, увеличить скорость и словарный запас. И на примере пациента с боковым амиотрофическим склерозом им это удалось! Их интерфейс снизил количество ошибок в 2,7 раз и увеличил словарный запас до 125 тысяч слов, а скорость речи при этом возросла до 62 слов в минуту. — A high-performance speech neuroprosthesis.

Возраст сердцу — помеха

Старение — один из основных факторов, нарушающих работу сердечно-сосудистой системы. Дело в том, что, как показали авторы нового исследования, с возрастом иннервация сердца снижается, что, в свою очередь, увеличивает риск развития аритмии. С возрастом увеличение количества стареющих клеток ведет к высвобождению семафорина-3а, который снижает плотность аксонов в сердце. С другой стороны, количество микроРНК, которая противодействует эффектам семафорина-3а, с возрастом также снижается, что еще больше снижает иннервацию. — Aging impairs the neurovascular interface in the heart.

Физиология

Рецепторы любви

Половое размножение необходимо для выживания большинства видов, в том числе и нас, людей. У млекопитающих сложились различные брачные ритуалы и брачное поведение, в том числе прикосновения, являющиеся важным элементом спаривания. Исследователи, опубликовавшие свою работу в Science, изучали мышей и людей с редким наследственным механосенсорным синдромом и идентифицировали механизм, включающий механорецептор PIEZO2, который отвечает за определение генитальной чувствительности. Идентификация PIEZO2 и определенного типа сенсорных нейронов в качестве ключевых медиаторов может помочь в разработке терапевтических подходов как для гипо-, так и для гиперчувствительности. — PIEZO2 and perineal mechanosensation are essential for sexual function.

Онкология

Как анеуплоидия влияет на онкогенез

Анеуплоидии, или изменения числа целых хромосом или плеч хромосом — нередкая ситуация при раке. Тем не менее, роль анеуплоидии в онкогенезе оставалось слабо изученной. Исследователи разработали инструмент, который позволяет целенаправленно устранить плечо анеуплоидных хромосом и сравнить линии раковых клеток с трисомией и без. Оказалось, что трисомия хромосомы 1q, в частности, полезна для раковых клеток. Опухоли с такой анеуплоидией чувствительны к соединениям, активируемым ферментом, кодируемым на хромосоме 1q, что открывает новые возможности в терапии. — Oncogene-like addiction to aneuploidy in human cancers, «Биомолекула»: «Как анеуплоидия раковых клеток снижает эффективность химиотерапии и что с этим делать?».