Партнер публикации дайджеста — компания QIAGEN (Германия), мировой лидер по разработке реагентов и оборудования для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области молекулярной биологии.

Nature #588 (7837) + онлайны: Эволюционные братья птерозавров, «таблетка» от зависимостей и гистонный контроль сайленсинга генов

• Нейробиология. Когда мы попадаем в какую-то новую ситуацию, то в определенных нейронах активируется транскрипционный фактор FOS, роль которого в запоминании событий и ситуаций до конца не изучена. Оказалось, что FOS регулирует транскрипцию гена Scg2, который кодирует несколько нейропептидов и регулирует разнонаправленные ингибирующие сигналы от парвальбумин- и холецистокинин-экспрессирующих интернейронов. Таким образом регулируется создание сети FOS-активированных нейронов в зависимости от силы подавления тех или иных сигналов, что может поддерживать консолидацию памяти с течением времени. — Bidirectional perisomatic inhibitory plasticity of a Fos neuronal network. биомолекула: Технологии изучения клеточных механизмов памяти.
• Молекулярка. Сразу две работы в новом номере Nature посвящены исследованию принципа работы гистона Н1:
  • В первой работе американские ученые исследовали В-лимфомы, частой причиной развития которых являются нарушения в генах, кодирующих изоформы гистона Н1. Однако оставалось непонятным, почему это приводит к превращению нормальных клеток в опухолевые. Оказалось, что гистон Н1 регулируют пространственную структуру хроматина таким образом, чтобы инактивировать гены, необходимые для развития на стадии стволовых клеток. Нарушения в структуре гистона Н1 приводят к деконденсации хроматина и нарушениям эпигенетической регуляции, в частности, к увеличению деметилирования гистона Н3 и как следствие к активации «ненужных» генов. — Histone H1 loss drives lymphoma by disrupting 3D chromatin architecture.
  • Другая группа американских ученых исследовали работу гистона Н1 в Т-лимфоцитах. По сути исследователи пришли к сходным выводам: гистон Н1 регулирует пространственную компактизацию хроматина, эпигенетический ландшафт и таким образом приводит к сайленсингу определенных генов. — H1 histones control the epigenetic landscape by local chromatin compaction. биомолекула: Новый взгляд на геном: не просто цепочка генов, а трехмерная сеть, интегрирующая функциональные домены ядра.
• Эволюция. Используя машинное обучение, ученые сопоставили палеонтологические данные, чтобы оценить, насколько соответствуют друг другу массовые эволюционные вымирания и эволюционные радиации в период фанерозоя, а это последние 540 млн лет! Исходя из такого анализа образование новых видов не всегда сопоставимо во времени с массовым вымиранием, ярким примером чего является кембрийский взрыв и массовое вымирание в конце пермского периода. — Impacts of speciation and extinction measured by an evolutionary decay clock.
• Фармакология. Можно ли избавиться от алкогольной или даже наркотической зависимости с помощью «простой таблетки»? Одним из таких применяемых веществ является ибогаин, который добывают из африканского растения Tabernanthe iboga. Ибогаин обладает продолжительным действием и меняет нейронные цепи, связанные с зависимостью. Однако сам ибогаин тоже вызывает галюциногенный эффект и поэтому запрещен во многих странах. Американские ученые создали нетоксичный аналог ибогаина, табернанталог, который не обладает галлюциногенным эффектом, но сохраняет «анти-зависимые» свойства. — A non-hallucinogenic psychedelic analogue with therapeutic potential.
• Экология. Израильские ученые исследовали, насколько весь объем материальной продукции, производимой человеком, сопоставим с общей биомассой Земли. Последние годы «антропогенная масса» удваивается каждые 20 лет, и к 2020 году она достигла размеров всей мировой живой биомассы. Довольно внушительно и удручающе эта оценка выглядит на уровне сравнения — в среднем в мире каждую неделю на отдельного человека производится «антропогенная масса», превышающая его вес. — Global human-made mass exceeds all living biomass.
• Анатомия. Молекулярка. Считается, что формирование артериальных клеток обусловлено индукцией высоко-консервативной генетической программы клетки. Однако оказалось, что изначально эндотелиальные клетки с одинаковой вероятностью могут дифференцироваться как в вены, так и в артерии. Более сильные сигналы от VEGF и Notch подавляют MYC-зависимую метаболическую активность и активность клеточного цикла, что главным образом приводит к развитию эндотелиальной клетки по пути формирования артерий. — Arterialization requires the timely suppression of cell growth.
• Фармакология. Структурка. Туберкулез по-прежнему остается одним самых распространенных и опасных инфекционных заболеваний человечества. Вызывающие туберкулез микобактерии Mycobacterium tuberculosis ежегодно приносят примерно 10 млн новых случаев заражения и 1,5 млн смертей. Одна из основных проблем борьбы с туберкулезом — это широкая лекарственная устойчивость бактерий. Один из эффективных препаратов последних лет, бедаквилин, блокирует микобактериальную АТФ-синтазу. С помощью крио-электронной микроскопии канадские ученые показали, какие именно конформационные изменения вызывает связывание бедаквилина с АТФ-синтазой. — Structure of mycobacterial ATP synthase bound to the tuberculosis drug bedaquiline. биомолекула: Болезнь, не думавшая сдаваться.
• Эволюция. Происхождение птерозавров остается нерешенной загадкой эволюции. Периодически их связывают с разными группами рептилий, в том числе, с динозаврами. Используя недавно обнаруженные и хорошо сохранившиеся останки черепа, ученые продемонстрировали, что лагерпетиды, группа нелетающих предшественников динозавров, являются сестринской группой птерозавров. Эта находка сокращает временной и морфологический разрыв между самыми старыми птерозаврами и их ближайшими родственниками, а кроме того указывает на то, что птерозавры принадлежат к птичьей линии архозавров. — Enigmatic dinosaur precursors bridge the gap to the origin of Pterosauria.
• Физиология. Недавние исследования показали, что лимфатическая система способствует восстановлению работы сердца после травм и операций. Новая работа на мышах демонстрирует, что лимфатические эндотелиальные клетки секретируют белок рилин, который необходим для развития сердца в эмбриогенезе, поскольку контролирует пролиферацию и выживаемость кардиомиоцитов, а также способствует восстановлению сердечной ткани после инфаркта миокарда у взрослых мышей. — Lymphoangiocrine signals promote cardiac growth and repair.
• Физиология растений. Как хорошо известно, бобовые растения обладают уникальным свойством вступать в симбиоз с азотфиксирующими бактериями. Предполагается, что это происходит благодаря особым свойствам кортикальных клеток корня бобовых. Известно, что белки SHR и SCR необходимы для поддержания стволовых клеток разных растений. Китайские ученые показали, что именно у бобовых накопление этих белков в кортикальных клетках и их активация ризобиями приводит к стимуляции деления клеток корня с образованием клубеньков. Вероятно, что инфекция ризобиями и повышенное содержание SHR и SCR в кортикальных клетках корней бобовых стало ключевым этапом в эволюции такого симбиоза. — An SHR—SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation, биомолекула: Одиссея азота.
• Молекулярка. Методы обратной генетики широко применяются для исследования функций генов. Однако у такого подхода довольно много недостатков, поскольку часто выключение (нокаут) какого-то гена приводит к нежизнеспособности организма вообще или тяжелым морфологическим нарушениям, осложняющим выявление конкретной функции. С помощью альтернативного метода термического профилирования протеома удалось выявить новые функции и особенности взаимодействия белков Escherichia coli. — The functional proteome landscape of Escherichia coli.
• Структурка. Огромное количество белков собирается в мультимерные комплексы.Существует два основных объяснения для появления и сохранения таких структур в процессе эволюции. С одной стороны, мультимерные белки должны были появиться для осуществления каких-то особенных функций. С другой стороны, такая структура физически или химически может быть более выгодна, чем мономер. На примере строения рецепторов стероидных гормонов оказалось, что в процессе эволюции происходит закрепление мутаций, приводящих к накоплению гидрофобных замен в сайтах, спрятанных в мультимерном комплексе. Это стабилизирует структуру белка, но часто не способствует улучшению его функций. — A hydrophobic ratchet entrenches molecular complexes.

Science #370 (6522) + онлайны: «незрелые убийцы» опухолей, искусственные эмбрионы и борьба с атрофией мышц

• Климат Земли. Муссоны являются критическим источником воды для сотен миллионов жителей Индии. В тоже время прогноз сезонной муссонной засухи ученые всегда связывали с повышением температуры в экваториальной части Тихого океана. Однако последние исследования показали, что возникают резкие субсезонные засухи, когда тихоокеанские температуры близки к нейтральным. Оказалось, что такой тип субсезонной засухи связан с аномальными холодными завихрениями в северной части Атлантического океана, которые изгибаются в сторону Восточной Азии, нарушая сезон дождей. — Indian monsoon derailed by a North Atlantic wavetrain.
• Иммунология. Для лечения некоторых видов онкологических заболеваний используют технологию адоптивного переноса Т-клеток. Дело в том, что Т-клетки могут проникать внутрь опухоли. Тогда такие Т-клетки выделяют, наращивают и вводят обратно пациенту. Во многих случаях это приводит к полной регрессии опухоли, но, к сожалению, так происходит не всегда. Оказалось, что если выделенные из опухоли Т-лимфоциты имеют незрелый фенотип (CD39⁻CD69⁻), напоминающий стволовые клетки, тогда терапия будет успешной. Если же полученные Т-клетки уже дифференцированы (CD39⁺CD69⁺), то такие клетки не справляются с опухолью. — Stem-like CD8 T cells mediate response of adoptive cell immunotherapy against human cancer.
• Онкология животных. В последние десятилетия популяция тасманских дьяволов находится на грани исчезновения из-за очень агрессивного трансмиссивного рака, поражающего морды животных и приводящего к их смерти. Передача заболевания происходит даже при обычной игре животных, когда они покусывают друг друга. Анализ распространения заболевания показал, что в последние годы скорость его передачи снизилась из-за уменьшения популяции и менее частых встреч отдельных особей тасманского дьявола. — A transmissible cancer shifts from emergence to endemism in Tasmanian devils.
• Молекулярка. Структурка. Определение структуры белка является ключевым для понимания его функций в клетке. Американские ученые используют новый подход, определяющий структуру белка исходя из генетических взаимодействий in vivo. Анализ позволяет определить, как эффект одной мутации изменяется присутствием второй мутации, и какие группы генов действуют в одном и том же направлении. Создание такого профиля pE-MAP позволит предсказывать структуру труднодоступных для выделения белков. — Using genetics to reveal protein structure, Genetic interaction mapping informs integrative structure determination of protein complexes.
• Эволюция. Роль окружающей среды в видообразовании до сих пор остается предметом дебатов. Несмотря на то что тропики являются источником большей части биоразнообразия, оказалось, что самые высокие темпы видообразования воробьинообразных наблюдаются в более холодных и климатически нестабильных районах, но накопление и сохранение разнообразия по-прежнему характерно для благоприятных районов. — The evolution of a tropical biodiversity hotspot.
• Иммунология. Коронавирус. Группа английских ученых показала, что иммунологическая память, возникающая при контакте с сезонными коронавирусами hCoVs может обеспечивать кросспротекцию в отношении SARS-CoV-2. Оказалось, что у неинфицированных SARS-CoV-2 людей обнаруживаются антитела IgG, обладающие кросс-реактивностью к S2-субъединице белка шипа вируса SARS-CoV-2. Более того, такие антитела обладают нейтрализующей активностью в отношении вируса SARS-CoV-2 и его S-псевдотипа. Любопытно, что такие антитела встречаются гораздо чаще у детей и подростков, чем у взрослых, что может быть одним из объяснений распределения заболевания новой коронавирусной инфекцией в разных возрастных группах. — Preexisting and de novo humoral immunity to SARS-CoV-2 in humans, Remembering seasonal coronaviruses. биомолекула: Откуда появились человеческие коронавирусы?.
• Коронавирус. Вакцина. В этом выпуске Science рассматриваются исторические аспекты того, почему так важно, чтобы разрабатываемые вакцины, спасающие ежегодно миллионы жизней, проходили тщательную проверку на безопасность использования. — Ensuring vaccine safety.
• Молекулярка. Регуляция экспрессии генов в клетке контролируется внешними и внутренними сигналами. Американские ученые разработали метод CiBER-seq, который сочетает оценку генетических нарушений с глубоким секвенированием и позволяет определять генные сети, лежащие в основе логики клеточных решений. — CiBER-seq dissects genetic networks by quantitative CRISPRi profiling of expression phenotypes.
• Эмбриология. Изучение эмбриогенеза млекопитающих на клеточном и молекулярном уровне затруднено, поскольку оно происходит внутриутробно. В связи с этим ученые разрабатывают разные подходы, позволяющие исследовать отдельные стадии эмбриогенеза вне тела животного. Один из таких примеров — это использование суррогатного внеклеточного матрикса, который в норме обеспечивает важные сигналы для правильного развития. Новый подход позволил создавать структуры, подобные тому, что образуется in vivo. Важно, что анализ РНК на уровне отдельных клеток показал, что состояние и динамика дифференцировки клеток в искусственно-созданной структуре сходны с таковыми в эмбрионах мыши. — Mouse embryonic stem cells self-organize into trunk-like structures with neural tube and somites. биомолекула: Лаборатория молекулярных основ эмбриогенеза: от гена к признаку.
• Биология развития. Одним из первых и ключевых событий в определении судьбы клетки в процессе эмбрионального развития является определение апикобазальной полярности клетки, но как это контролируется, во многом остается неизвестным. На мышиных эмбрионах теперь идентифицированы три молекулярных регулятора — Tfap2c, Tead4 и RhoA, — контролирующих время поляризации клеток и их последующую судьбу. — Developmental clock and mechanism of de novo polarization of the mouse embryo.
• Коронавирус. Полногеномный анализ 772 вариантов вируса SARS-CoV-2 из ранней волны в Бостоне выявил две мощных волны распространения. В одном случае генетические изменения вируса привели к быстрому распространению среди медицинского персонала в одной из больниц, что повлекло за собой большое количество смертей, но этот вариант вируса не вышел за пределы больницы. Во втором случае вспышка возникла на одной из бизнес-конференций, что привело к масштабному распространению этого варианта измененного вируса в разные регионы. Важно, что к этим событиям привели разные генетические изменения, что говорит о том, что геномная эпидемиология может помочь найти связь между генетическими изменениями и распространением вируса. — Phylogenetic analysis of SARS-CoV-2 in Boston highlights the impact of superspreading events.
• Онкология. Микробиом. В доклинических исследования на мышах было показано, что микробиота кишечника влияет на эффективность анти-PD1 иммунотерапии некоторых опухолей. Международная группа ученых опубликовала первые обнадеживающие данные по эффективной пересадке фекальной микробиоты пациентам с резистентной PD1 метастатической меланомой. Важно, что такое восстановление кишечного микробиома приводило возобновлению эффективности иммунотерапии. — Fecal microbiota transplant promotes response in immunotherapy-refractory melanoma patients.
• Фармакология. Молекулярка. Американские ученые разработали механизм, позволяющий анализировать целые генные сети, работа которых нарушается при развитии разных заболеваний. Подход с использованием машинного обучения позволит расширить поиск молекул лекарств-кандидатов, которые смогут восстановить нарушенные генные сети. — Network-based screen in iPSC-derived cells reveals therapeutic candidate for heart valve disease.
• Физиология. С возрастом наши мышцы истощаются, и, к сожалению, не существует препаратов, способных это предотвратить. К атрофии мышц приводит сильно сниженная интенсивность сигналов от простагландина Е2 (PGE2), что влечет за собой снижение эффективности работы митохондрий и нарушение аутофагии. Оказалось, что в стареющих мышцах повышается уровень фермента 15-PGDH, разрушающего PGE2. Так, 15-PGDH может стать потенциальной терапевтической мишенью для борьбы с саркопенией. — Inhibition of prostaglandin-degrading enzyme 15-PGDH rejuvenates aged muscle mass and strength. биомолекула: Вода студеная, вареная и кипящее молоко, или Еще раз об омоложении.