Партнер дайджеста — Университет «Сириус»

Университет «Сириус» — это качественно новый подход к образованию и научно-исследовательской деятельности. В нем нет привычных факультетов и кафедр, ядро университета составляют Научные центры по приоритетным для России направлениям, которые возглавляют ученые с мировым именем.

Генетика

МикроРНК управляет эволюцией бабочек

У чешуекрылых бабочек геномная область вокруг гена cortex является локусом «горячей точки» (наиболее мутабельная последовательность). Эта область неоднократно вовлекалась в генерацию внутривидовых полиморфизмов меланической окраски крыльев бабочек на протяжении 100 миллионов лет эволюции. Однако до сих пор не удавалось установить эффекторный ген, регулирующий меланическую окраску крыльев в этом локусе. В новом исследовании ученые показали, что ни один из четырех генов-кандидатов, кодирующих белок в этом локусе, включая cortex, не служит основным эффектором. Вместо этого основным эффектором служит микроРНК (miRNA), mir-193. Это было установлено у трех эволюционно глубоко разошедшихся линий бабочек, а также показано на дрозофилах. У чешуекрылых mir-193 происходит от гигантской первичной длинной некодирующей РНК, ivory. Она может напрямую подавлять множественные гены пигментации. Исследование доказывает, что miRNA может управлять повторяющимися случаями адаптивной эволюции у животных. —  A microRNA is the effector gene of a classic evolutionary hotspot locus, «Биомолекула»: «МикроРНК с огромным влиянием — за что вручили Нобелевскую премию по медицине (2024)», «МикроРНК — чем дальше в лес, тем больше дров».

Нейробиология

Спорное исследование меняет классическое представление о нейронах

Откройте любой учебник по нейробиологии, и описание нейрона будет примерно следующим: кляксообразное, амебоподобное тело клетки, выпускающее длинную толстую нить. Эта нить — аксон, который проводит электрические сигналы к терминалам, через которые клетка общается с другими нейронами. Аксоны долгое время изображались гладкими и цилиндрическими, но новое исследование нейронов мышей ставит под сомнение эту точку зрения.

Жаклин Грисволд, аспирантка в лаборатории Ватанабе, обнаружила нечто новое в нейронах мышей, препарированных с помощью новой техники, использующей заморозку под высоким давлением. Используя электронный микроскоп, она заметила равномерно расположенные маленькие жемчужины диаметром около 200 нанометров вдоль аксонов мыши.

Скорость, с которой электрический сигнал распространяется по аксону, зависит от формы, диаметра и рисунка жемчужин. Команда Ватанабе смоделировала эту зависимость математически, а также записала скорость проведения сигнала в реальных нейронах мыши с разной степенью «жемчужности». Ученые обнаружили, что сигналы становились медленнее, когда жемчужины аксона были меньше и располагались плотнее. В то же время, более широкое расстояние между жемчужинами приводило к более быстрым сигналам. Это говорит о том, что мозг может изменять тонкую форму нейронов, чтобы улучшить сигнализацию, когда ему нужно вычислить большой объем информации.

Как именно мозг может контролировать эти жемчужины, пока неясно. Мы еще не обладаем нужными техниками, чтобы детально изучать структуры мозга в живом организме. Некоторые скептики считают, что феномен жемчужин вызван повреждением клеток, однако ученые настаивают, что их исследование достоверно. — Controversial study redraws classical picture of the neuron, «Биомолекула»: «Обёртка для аксона», «Как происходит выделение нейромедиатора».

Нейроэндокринная система контролирует, когда личинки рыб готовы вылупиться

Для видов, откладывающих яйца (яйцекладущих), время вылупления имеет решающее значение для выживания детенышей. Механизмы, которые регулируют этот процесс у рыб, самой большой группы яйцекладущих позвоночных, реагируют как на внутренние, так и на внешние сигналы, но детали этого процесса не очень хорошо изучены. В новом выпуске журнала Science ученые сообщают о нейроэндокринном сигнальном пути, который активирует вылупление у рыб данио-рерио. Тиреотропин-рилизинг-гормон (Trh), вырабатываемый в нейронах гипоталамуса в мозге рыб, перемещается в специальную железу через кровеносную систему. Это вызывает высвобождение ферментов, которые растворяют защитную оболочку яйца, инкапсулирующую эмбрион. Недавно обнаруженная активность этого гипоталамического нейропептида поднимает вопросы об эволюции и развитии регуляции высвобождения Trh и его функциях. — How the brain hatches an escape, «Биомолекула»: «Модельные организмы: данио рерио».

Стресс может притупить нашу способность получать удовольствие

Новое исследование Nature выявило паттерн мозга, который, по-видимому, придает устойчивость к стрессу. Ученые также нашли другой паттерн, который делает животных, находящихся в состоянии стресса, менее склонными испытывать удовольствие, что является основным симптомом депрессии. Эти результаты дают ключ к пониманию того, как мозг порождает ангедонию — сопротивление к получению наслаждения и удовольствия.

Более 70% людей с тяжелой депрессией испытывают ангедонию, которая также часто встречается у людей с шизофренией, болезнью Паркинсона и другими неврологическими и психиатрическими заболеваниями. Чтобы понять, как мозг вызывает ангедонию, Мазен Хейрбек, системный нейробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, изучал мышей, которые подвергались стрессу из-за воздействия более крупных и агрессивных мышей. Обычно мыши любят сладкое и предпочитают сахарную воду обычной воде, если есть такой выбор. Но некоторые мыши в стрессе вместо сладкой предпочитали простую воду — что Хейрбек и его коллеги интерпретировали как версию ангедонии у грызунов. Другие мыши, подвергшиеся тому же стрессу, все равно предпочитали сахарную воду. Авторы назвали этих животных «психически устойчивыми». Затем исследователи наблюдали за активностью нейронов этих мышей в миндалевидном теле и гиппокампе — двух областях мозга, важных для обработки эмоций.

У устойчивых мышей связь между миндалевидным телом и гиппокампом была стабильной, тогда как у животных, подверженных ангедонии, связь между этими двумя областями мозга была фрагментированной. Чтобы улучшить разрозненную коммуникацию у восприимчивых мышей, исследователи вводили грызунам соединения, которые заставляли нейроны в целевых областях активироваться чаще. Такие животные начинали выбирать сахарную воду чаще, чем до инъекций, а активность их мозга была больше похожа на активность устойчивых мышей, обнаружили авторы. Понимание этих нейронных паттернов также дало способ различить, у каких животных был стресс в анамнезе, а у каких — нет. Даже спустя продолжительное время у находящихся в покое мышей спонтанная активность в определенной части миндалевидного тела была признаком прошлой травмы. Ответы на вопрос, применимы ли эти результаты к людям, могут быть не за горами. Здесь могут помочь электроды, имплантированные в мозг людей с эпилепсией или резистентной к лечению депрессией. Такая технология уже разрабатывается. — Stress can dull our capacity for joy: mouse brain patterns hint at why, «Биомолекула»: «Можно ли убежать от депрессии?».

Макрофаги возбуждают мышечные веретена глутаматом, усиливая локомоторные функции

Рефлекс растяжения мышц является фундаментальным компонентом двигательной системы, которая организует координированные сокращения мышц для передвижения. В основе этого процесса лежат мышечные веретена (МВ), специализированные рецепторы, тонко настроенные на колебания напряжения внутри интрафузальных мышечных волокон. Изменение напряжения в МВ запускает серию нейронных событий, включая начальную деполяризацию сенсорных афферентов типа Ia, которая впоследствии вызывает активацию моторных нейронов в спинном мозге. Этот нейронный каскад достигает кульминации при совершении мышечного сокращения, подчеркивая тем самым предполагаемый механизм замкнутого цикла между опорно-двигательным аппаратом и нервной системой.

В новом исследовании Nature ученые сообщают об открытии новой популяции макрофагов с исключительными молекулярными и функциональными сигнатурами внутри МВ, которые обладают механизмом для синтеза и высвобождения глутамата. Используя методы генетики, оптогенетики и электрофизиологии, исследователи показали, что активация макрофагов в мышечных веретенах запускает проприоцептивную сенсорную нейронную активность в миллисекундном масштабе времени. Такие макрофаги активируют спинномозговые цепи, двигательные нейроны и мышцы посредством глутамат-зависимого механизма, который возбуждает мышечные веретена. Кроме того, макрофаги реагируют на нейронную и мышечную активацию, увеличивая экспрессию глутаминазы, что позволяет им преобразовывать поглощенный глутамин, высвобождаемый миоцитами во время сокращения мышц, в глутамат.

Избирательное подавление или истощение этих макрофагов в мышцах задних конечностей нарушало модуляцию рефлекса растяжения для генерации мышечной силы и коррекции сенсорной обратной связи, нарушая локомоторные функции у мышей. Результаты выявили новый клеточный компонент, который напрямую регулирует нейронную активность и сокращение мышц. Опосредованная глутаматом сигнализация макрофагов и их динамическая реакция на сенсорные сигналы обновляет наше понимание ощущений и двигательных действий. Это потенциально поможет нам открыть новые инновационные терапевтические подходы при нарушениях у людей сенсомоторных функций. — Macrophages excite muscle spindles with glutamate to bolster locomotion.

Микробиология

Адгезины, связывающие сахар, позволяют бактериям сохраняться в определенных средах своих хозяев

Lactiplantibacillus plantarum — это бактерия, встречающаяся в различных средах: от ферментированных продуктов до существования в растениях и животных-хозяевах. Было обнаружено, что многие лактобациллы способствуют улучшению метаболизма, иммунитета и развитию опорно-двигательного аппарата у различных животных-хозяев, включая мух, рыб, мышей и людей. Это сочетание универсальности в выборе среды обитания и полезных для здоровья свойств вызвало интерес к пониманию того, как лактобациллы эволюционируют для колонизации новых хозяев и как эти адаптации влияют на свойства, полезные для здоровья носителей. В новом выпуске журнала Science ученые сообщают о кодируемом плазмидой сахар-связывающем адгезине, используемом штаммом L. plantarum, выделенным из дикой плодовой мушки (LpWF), для колонизации передней кишки своего хозяина. Исследования показывают, что связанные с сахаром адгезины широко распространены среди бактерий, живущих внутри хозяина. Это демонстрирует, как сахарные структуры могут служить опорными пунктами как для симбионтов, так и для патогенов, когда те обустраиваются в организме хозяина. — Home sweet home.

Онкология

Фруктоза — лакомство для опухолей

Хорошо известно, что опухолевые клетки потребляют больше сахара глюкозы, чем неделящиеся нормальные клетки — явление, известное как эффект Варбурга. Другой тип сахара, фруктоза, появился как потенциальное альтернативное топливо для роста опухоли. Фруктоза способствует росту опухоли, но раковым клеткам обычно не хватает ферментов, необходимых для метаболизма этого сахара. Печень преобразует пищевую фруктозу в липиды, которые попадают в кровь, а раковые клетки используют липиды для создания мембран при собственной пролиферации. — The liver converts fructose into lipids to fuel tumours.