https://thermo-fisher-lsg-emea.preview.ceros.com/chemistry-of-science/page/page-5f9bfa3197f23
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

SciNat за декабрь 2020 #2: «таблетка» от зависимостей, «компас» для метастазов и борьба с мышечной атрофией

SciNat за декабрь 2020 #2: «таблетка» от зависимостей, «компас» для метастазов и борьба с мышечной атрофией

  • 280
  • 0,0
  • 0
  • 0
Добавить в избранное print
Дайджест

Обложка нового выпуска Nature посвящена исследованию важнейшей проблемы — образованию метастазов при развитии опухолей, ведь именно метастазы являются основной причиной гибели людей при онкологических заболеваниях. Используя баркодированные клеточные линии человеческих опухолей, ученые создали MetMap (карту метастазов) первого поколения, выявляющую орган-специфические особенности новообразований, что позволит оценивать клинические и генетические особенности опухолей. Оказалось, что клетки рака молочной железы метастазируют в мозг, если у них нарушен липидный метаболизмом. Это стало ярким примером практичности такого подхода. — A metastasis map of human cancer cell lines.

На этой неделе в номерах авторитетных журналов несколько статей, посвященных исследованию происхождения и развития опухолей, а также разным путям борьбы с ними. Вы узнаете, что генетические изменения опухолевых клеток определяют направление распространения метастазов, что гистон Н1 препятствует превращению нормальных клеток в опухолевые и как пересадка кишечной микробиоты помогает в иммунотерапии меланомы. Кроме того, вы прочтете, от кого же произошли птерозавры, как лимфатическая система регулирует работу сердца и как можно бороться с мышечной атрофией в старости.

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 (CD39CD69), 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.

Комментарии